1.本发明涉及一种纳米银室温合成和焊接技术,属于纳米材料/纳米封装技术领域。
背景技术：
2.银胶技术目前广泛的应用于太阳能电池丝网印刷工艺、功率半导体封装等应用，目前而言，多是采用微米尺度的银纳米颗粒。纳米银的尺度更小，由于纳米尺度的银颗粒的“熔点降低”及其表面原子更为活跃，其烧结和焊接过程更为容易，由于其尺度更小，焊接后有望实现更小的烧结“孔隙”，从而实现更高的导电性。而将较小的纳米颗粒与较大的纳米颗粒相结合，利用大尺寸的纳米银作为主体，而小尺寸的纳米银实现孔隙填补，可以同时实现高导电性和较低的烧结能耗，是该领域未来的发展方向。因此，纳米银的尺寸可控生长在纳米材料制备和纳米封装领域具有重要研究价值。
3.然而，通常而言，纳米银的合成通常需要高温条件，例如典型的frens合成路线，需要沸腾的条件，制备过程能量损耗大，大批量制备成本高，并且frens合成方法通常合成的纳米银浓度较低，不利于大批量扩大生产。此外，在通常的纳米银的合成中，大批量合成亚20纳米的纳米银难度较大。这是由于合成亚20纳米的小颗粒需要促进颗粒的成核，并抑制颗粒的生长过程，而常规技术通常需要在有机溶剂中进行，且需要较高浓度的表面活性剂，抑制纳米颗粒的生长，造成了材料的浪费并增加了后续提纯工艺的难度。另一方面，室温、水相合成大尺寸、尺寸均一的银纳米颗粒同样存在挑战，这是由于通常的一步法合成纳米银难以对反应速度进行分段控制，如果反应速度较慢时，颗粒尺寸难以控制，反应速度较快时，无法合成较大尺寸的颗粒。此外，较高浓度的表面活性剂将使得纳米颗粒生长沿特定晶面，导致合成的纳米银形貌不均。
4.高浓度的表面活性剂对于纳米银胶的加工是不利的，需要进行多次的提纯，从而去除纳米银合成过程中残留的表面活性剂，从而使得纳米银胶可以导电。另一方面，在纳米颗粒加工成银胶之后，通常需要高温、高压、或者光照的等能量提供，才能使得纳米颗粒克服表面活性剂的束缚，烧结并焊接在一起，在这一过程中，同样需要损耗较多的能量，增加银胶烧结的成本。
5.因此，在超小纳米银的合成和焊接中需要有原理性的新突破，而研发一种高产率、大批量、室温、低表面活性剂浓度的纳米银合成及后续的室温银胶烧结路线具有重要的技术价值和实用意义。
技术实现要素：
6.技术问题：本发明的目的是提供一种纳米银的室温水相多轮法合成及室温焊接方法，利用简单的有机溶剂浸泡法，利用纳米银胶本身低表面活性剂和溶剂蒸发时表面张力诱导烧结的新机制，一步实现纳米银的室温烧结和焊接，实现纳米银胶导电，对纳米银胶的实用化和产业化具有变革型贡献。
7.技术方案：本发明的一种纳米银的室温水相多轮法合成方法包括以下步骤：
8.步骤一：低浓度表面活性剂溶液配制
9.在超纯水中加入表面活性剂粉末，在常温下搅拌，使得表面活性剂充分溶解，溶液中表面活性剂的浓度为0.001-50mm，得到低浓度表面活性剂溶液；
10.步骤二：抗坏血酸还原溶剂配制
11.将步骤一所得的低浓度表面活性剂溶液中，加入的抗坏血酸水溶液，使得所得溶液中抗坏血酸浓度为0.001-1.4m，常温搅拌，随后加入强碱溶液，使得体系的ph值范围为6至11之间，得到抗坏血酸还原溶剂；
12.步骤三：纳米银种子溶液的制备
13.将步骤二所得的抗坏血酸还原溶剂进行剧烈搅拌，并一次性10秒内注入硝酸银溶液，使得硝酸银在抗坏血酸还原溶剂+硝酸银溶液的体系中的浓度为0.001-1m，并持续搅拌1-10分钟，得到纳米银种子溶液；
14.步骤四：配置生长溶液
15.采用步骤一中的低浓度表面活性剂溶液，加入0.001-1.4m的抗坏血酸水溶液，低浓度表面活性剂溶液与抗坏血酸水溶液体积比为20到100，得到生长溶液；
16.步骤五：多轮法生长控制纳米银尺寸
17.在步骤四所得的生长溶液中加入步骤三中合成的纳米银种子溶液，生长溶液和纳米银种子溶液的体积比为0.1到10，并加入0.001-1m的硝酸银溶液，持续室温搅拌2-15小时，此为第1轮生长的纳米银水溶液；在步骤四所得的生长溶液中加入第n-1轮生长的纳米银水溶液，生长溶液和第n-1轮生长所得的纳米银水溶液的体积比为0.1到10，并加入0.001-1m的硝酸银溶液，持续室温搅拌2-15小时，得到第n轮生长的纳米银水溶液，其中，n为大于等于2的正整数；
18.步骤六：纳米银胶的提取
19.通过离心的方式，将步骤五所得的纳米银水溶液进行浓缩，去除上清液，取离心管底部2％-8％的体积得到纳米银胶。
20.其中，
21.所述的表面活性剂包括聚乙烯磺酸钠pss、聚丙烯酸paa、十六烷基三甲基溴化铵ctab、十六烷基三甲基氯化铵ctac或柠檬酸三钠。
22.所述强碱溶液为氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液，强碱溶液中的氢氧根浓度为0.01-5m。
23.所述离心的方式中的转速根据纳米颗粒的粒径设定，转速为5000-18000转/分钟。
24.本发明的纳米银的室温焊接方法为：所述的纳米银胶采用点胶的方法将纳米银胶加工成图案，通过采用有机溶剂浸泡的方式去除纳米银的表面活性剂，通过溶剂的挥发过程导致的固液界面的表面张力牵引纳米颗粒实现室温焊接。
25.所述有机溶剂包括乙醇、甲醇、己烷、丙酮、异丙醇或环戊酮。
26.有益效果：
27.1.本发明提出纳米银的室温水相合成方法，采用了低表面活性剂浓度及中性和碱性条件下过量抗坏血酸的高还原性，使得无需通常纳米银技术中的高温和高表面活性剂浓度，能够在室温实现纳米银的合成亚20纳米的纳米银颗粒，同一批次制备的浓度可达到frens方法纳米银浓度的10倍以上，且表面活性剂浓度极低，便于后续处理，是纳米银及纳
米银胶的制备方法的重大突破，易于实现超小纳米银的工业化批量生产。
28.2.本发明提出在室温下采用多轮法生长银纳米颗粒，在低表面活性剂浓度下，抗坏血酸在酸性条件下的弱还原性，缓慢还原硝酸银，从而在使得银纳米颗粒缓慢长大，这一策略可实现室温条件下不同尺寸纳米颗粒的生长，且由于低表面活性剂的浓度，纳米颗粒的形貌均一，无需任何高温条件。
29.3.本发明提出的室温焊接方法是纳米银胶领域的一大突破，该方案在室温条件下仅采用有机溶剂浸泡，无需银胶领域中其他的高温、高压或光照条件，大大降低了焊接过程的能源损耗，且工艺方法极为简单，巧妙地利用了本专利方法提出的低表面活性剂浓度的纳米银胶的特点和有机溶剂蒸发过程中的表面张力，实现室温烧结和焊接，是纳米银胶室温焊接领域的变革型的突破，在纳米银胶的工业化进程具有重要意义。
具体实施方式
30.本发明完整的技术手段和方法涉及以下步骤：
31.步骤一：低浓度表面活性剂溶液配制
32.在超纯水中加入表面活性剂粉末，在常温下搅拌，使得表面活性剂充分溶解，溶液中表面活性剂的浓度为0.001-50mm。
33.步骤二：抗坏血酸还原溶剂配制
34.将步骤一所得的低浓度表面活性剂溶液中，加入的抗坏血酸水溶液，使得所得溶液中抗坏血酸浓度为0.001-1.4m，常温搅拌，使得抗坏血酸粉末充分溶解，随后加入强碱溶液，使得体系的ph值范围为6至11之间。
35.步骤三：硝酸银溶液快速注入得到纳米银种子溶液
36.将步骤二所得的抗坏血酸还原溶剂进行剧烈搅拌，并一次性10秒内注入硝酸银溶液，硝酸银的浓度为0.001-1m，并持续搅拌1分钟，得到纳米银种子溶液。
37.步骤四：配置生长溶液
38.采用步骤一中的低浓度表面活性剂溶液，加入0.001-1.4m的抗坏血酸水溶液，低浓度表面活性剂溶液与抗坏血酸水溶液体积比为20到100，得到生长溶液。
39.步骤五：多轮法生长控制纳米银尺寸
40.在步骤四所得的生长溶液中加入步骤三中合成的纳米银种子溶液，生长溶液和纳米银种子溶液的体积比为0.1到10，并加入0.001-1m的硝酸银溶液，持续室温搅拌10小时，此为第1轮生长的纳米银水溶液；在步骤四所得的生长溶液中加入第n-1轮生长的纳米银水溶液，生长溶液和第n-1轮生长所得的纳米银水溶液的体积比为0.1到10，并加入0.001-1m的硝酸银溶液，持续室温搅拌10小时，得到第n轮生长的纳米银水溶液(n为大于等于2的正整数)。
41.步骤六：纳米银胶的提取
42.通过离心的方式，将步骤三所得的纳米银种子溶液或步骤五所得的纳米银水溶液进行浓缩，去除上清液，取离心管底部2％-8％的体积得到纳米银胶。
43.步骤七：有机溶液浸泡法室温焊接
44.采用点胶的方法将纳米银胶加工成图案，并通过采用有机溶剂浸泡的方式去除纳米银的表面活性剂，并通过溶剂的挥发过程导致的固液界面的表面张力牵引纳米颗粒实现
室温焊接。
45.其中：
46.所用的表面活性剂为易溶于有机溶剂的表面活性剂，包括聚乙烯磺酸钠(pss)、聚丙烯酸(paa)、十六烷基三甲基溴化铵(ctab)、十六烷基三甲基氯化铵(ctac)、柠檬酸三钠。
47.所用强碱溶液为氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液或其混合物，强碱溶液中的氢氧根浓度为0.01-5m。
48.所用有机溶剂能够良好的溶解表面活性剂，包括乙醇、甲醇、己烷、丙酮、异丙醇、环戊酮。
49.所用离心过程中的转速根据纳米颗粒的粒径设定，转速为5000-18000转/分钟。
50.可利用本方法进行大批量合成，反应体系中硝酸银的量可扩大至10克以上。
51.本发明的纳米银的室温水相多轮法合成及室温焊接方法，解决现有纳米银合成难以同时实现尺寸可控、高产率、大批量、室温和低表面活性剂浓度等技术问题，且纳米银烧结过程中通常需要高温、高压、光照等耗能的技术问题。通过利用控制反应初期的反应速率，采用低表面活性剂浓度、银源最后快速注入实现快速还原和成核的策略，实现尺寸范围为亚20纳米到500纳米银颗粒的大批量、室温合成。
52.实施例1：
53.步骤一：低浓度表面活性剂溶液配制
54.在超纯水中加入表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵(ctab)粉末，在常温下搅拌，使得十六烷基三甲基氯化铵(ctab)充分溶解，表面活性剂在反应体系中的浓度为7.5mm。
55.步骤二：抗坏血酸还原溶剂配制
56.将步骤一所得的低浓度表面活性剂溶液中，加入的抗坏血酸水溶液，使得所得溶液中抗坏血酸浓度为0.021m，常温搅拌，使得抗坏血酸粉末充分溶解，随后加入强碱溶液，使得体系的ph值范围为6至11之间。
57.步骤三：硝酸银溶液快速注入得到纳米银种子溶液
58.将步骤二所得的抗坏血酸还原溶剂进行剧烈搅拌，并一次性10秒内注入硝酸银溶液，所得溶液中硝酸银的浓度为0.015m，并持续搅拌1分钟，得到纳米银种子溶液。
59.步骤四：配置生长溶液
60.采用步骤一中的低浓度表面活性剂溶液，加入0.021m的抗坏血酸水溶液，低浓度表面活性剂溶液与抗坏血酸水溶液体积比为20，得到生长溶液。
61.步骤五：多轮法生长控制纳米银尺寸
62.在步骤四所得的生长溶液中加入步骤三中合成的纳米银种子溶液，生长溶液和纳米银种子溶液的体积比为1，并加入0.015m的硝酸银溶液，持续室温搅拌10小时。
63.步骤六：纳米银胶的提取
64.通过离心的方式，离心力为8000g，将步骤五所得的纳米银水溶液浓缩，去除上清液，取离心管底部7％的体积得到纳米银胶。
65.步骤七：有机溶液浸泡法室温焊接
66.采用点胶的方法将纳米银胶加工成图案，并通过采用丙酮浸泡的方式去除纳米银的表面活性剂，并通过溶剂的挥发过程导致的固液界面的表面张力牵引纳米颗粒实现室温焊接。