银是一种化学元素,是一种过渡金属。在自然界中,主要以银化合物矿石存在。在工业上,按照粒径分类,银粉可以分为以下几类:细银粉、超细银粉、极细银粉、纳米银粉。按照超细银粉的形貌来分,主要可分为:球形银粉、片状银粉。
银的物理性质
物理性质 | 数值 | 物理性质 | 数值 |
化学式 | Ag | 汽化热 | 150.58KJ/mol |
原子序数 | 47 | 熔化热 | 11.3KJ/mol |
晶体结构 | 面心立方 (fcc) | 比热容 | 232KJ/(Kg·K) |
晶格常数a | 0.40362nm | 反射率 | 0.91 |
相对原子质量 | 107.88 | 电导率 | 6.301×107S/m |
原子半径 | 0.144nm | 热导率 | 429W/(m·K) |
外层电子结构 | 4d105s1 | 莫氏硬度 | 2.5 |
主要氧化态 | +1,+2,+3 | 维氏硬度 | 251MPa |
第一电离能 | 7.567 eV | 布氏硬度 | 24.SHB Mpa |
电负性 | 1.93 | 膨胀系数(25℃) | 18.9μm/(m-K) |
水溶性 | 不溶于水 | 杨氏模量 | 83Gpa |
相对密度(水=1) | 10.49 | 剪切模量 | 30Gpa |
熔点 | 961.93 ℃ | 体积模量 | 100Gpa |
沸点 | 222.12℃ | 泊松比 | 0.37 |
银还具有很好的导电性和化学稳定性。超细银粉由于形貌和粒径的差异,其晶体结构的表面原子排列发生相应变化,产生大量表面缺陷,使材料具有不饱和性和化学活性,且具备:小尺寸效应、量子效应、宏观量子隧道效应、表面效应。
银粉作为一种导电相,应用在电子浆料中,其性质会对导电浆料的性能产生极大的影响,特别是太阳能电池正面银浆,其应用性能很大程度上都要取决于所用银粉的性质。
银粉分散性的好坏对正面银浆的印刷,烧结以及电池的导电性有着重要的影响。银粉的粒径大小会影响其振实密度,从而影响到银浆烧结后的致密性。银粉的形貌会影响其比表面积,比表面积大的颗粒,其表面自由能也大,处于不稳定状态,烧结时就容易收缩,从而影响导电浆料的性能。
超细银粉的应用
- 在光学领域的应用
由超细银粉为导电功能相混合感光树脂制备出的光敏浆料印刷在母版上,经过曝光刻蚀后得到的电极图案连续、线宽均匀、边缘重直,现已应用于等离子显示器电极材料的制备中。
- 在电磁屏蔽领域的应用
超细银粉具有高的导电性,在电磁场中可以将正在传播的电磁波反射回原来的空间,从而起到电磁屏蔽的作用,同时由于超细银粉的导电率高,而磁导率相对较低,所以超细银粉的电磁屏蔽作用比较适用于高频磁场,而不适用于以吸收损耗为主要屏蔽作用的低频磁场。
- 在生物医疗领域的应用
超细银粉具有杀菌能力,很大程度上是因为溶液中的Ag+和纳米级的超细银粉自身的小尺寸效应引起的,高的化学活性可以摧毁病毒的细胞膜,使病毒DNA上的一些基团失去活性,抑制病毒的繁殖从而达到杀菌的作用。
- 在催化领域的应用
对于纳米银而言,其催化过程的实质就是银对氧进行化学吸附与解吸的过程,可广泛用于对烯烃环氧化的药品、化学品领域,对醇选择性氧化的负载银催化剂领域,对汽车尾气排放出的NOX还原生成氮气的催化剂领域;对一氧化碳选择性氧化的燃料电池和环境污染处理领域等。
- 在光伏发电领域的应用
太阳能电池的正极材料通常由微米级球形银粉制备成的导电银浆组成,导电银浆经过丝网印刷附着在太阳能晶硅片上经过高湿烧结形成栅级(正极),可以将光能转化为电能。
- 在微电子工业领域的应用
超细银粉由于其高的导电性和优异的传热性,在微电子工业领域得到了广泛的应用,如用作导电联接和传输的介质以及各类电子用浆料等,用于开发新一代的高性能电子元器件。利用银纳米线的量子性质,可将其用作纳米级设备的连接线,从而满足连接线对于比表面积大、直径小以及取向均匀等方面的要求。
- 在其它领域的应用
超细银粉因为优良的导热、导电性能,使得其被应用于汽车后挡风玻璃除霜加热电阻线等;纳米银粉能够促进细胞的修复,常被用于医疗手术后的康复领域中。
超细银粉的制备方法
超细银粉的制备方法可分为:物理制备方法和化学制备方法两种。物理法有机械球磨法、蒸发冷凝法、直流电弧等离子体法、激光烧蚀法和雾化法。化学法有超声化学法、电解法、液相化学还原法、喷雾热分解法、液相沉淀转化法。
不同物理方法制展超细银粉工艺的优缺点
物理制备方法 | 优点 | 缺点 |
机械球磨法 | 工艺简单、成本低,适合规模生产 | 粒径分布宽、性能不均一,效率低 |
蒸发冷凝法 | 银粉纯度高,粒度均匀,结晶性好 | 对设备要求高,难以工业化生产 |
激光烧蚀法 | 工艺简单,银粉纯度高,稳定性好 | 成本高 |
雾化法 | 银粉纯度高,结晶性好 | 受设备限制,只能生产微米级银粉 |
直流电弧等离子体法 | 银粉纯度高,银粉纯度高 | 粒径分布宽、对设备要求高,投资高 |
不同化学方法制备超细银粉工艺的优缺点
化学制备方法 | 优点 | 缺点 |
液相化学还原法 | 工艺简单、原料价格低、能耗小、参数易控、适合规模生产 | 工艺改进困难 |
喷雾热分解法 | 工艺简单、生产效率高、环境友好 | 粒径分布宽 |
电解法 | 工艺设备简单、银粉纯度高、对原料银含量要求低 | 过程能耗大、生产成本高 |
微乳液法 | 银粉分散性好、粒径可精确控制 | 固液分离困难 |
由于液相化学还原法具有工艺简单、原料价格低、能耗小、参数易控、适合规模生产等优点,因此,目前工业上超细银粉主要采用液相化学还原法来制备。
超细银粉液相化学还原法制备工艺中,影响超细银粉使用性能的主要因素有反应物浓度、还原剂种类、反应温度、分散剂种类、反应体系pH值。
随着银粉在太阳能、物联网等行业的应用不断增加,银粉作为战略性新兴产业支撑材料的地位和作用将不断增强,消费前景广阔。
文章来源:中国粉体网