亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        陽極鍵合中離子導(dǎo)電聚合物的開發(fā)

        2015-03-19 13:27:36趙為剛劉翠榮
        機械管理開發(fā) 2015年3期
        關(guān)鍵詞:磨時間導(dǎo)電性導(dǎo)電

        趙為剛, 陰 旭, 劉翠榮, 杜 超

        (太原科技大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院,山西 太原 030024)

        引言

        陽極鍵合技術(shù)[1]是一個有著五十多年的研究歷史,并逐步在實際生產(chǎn)中得到應(yīng)用的一種連接技術(shù),它最大的優(yōu)勢在于可以在很低的鍵合溫度下以及不需要加入其他材料就能實現(xiàn)良好焊合[2],這樣的優(yōu)勢為其發(fā)展提供了廣闊的空間,現(xiàn)在主要應(yīng)用到微機電系統(tǒng)生產(chǎn)過程中的封裝環(huán)節(jié)[3-5]。微機電系統(tǒng)[6]是伴隨著微型制造技術(shù)和大規(guī)模集成電路制造技術(shù)而發(fā)展起來的,其中毫微米尺寸的微型一體化機電系統(tǒng)制造業(yè)發(fā)展尤為迅猛。因為微機電系統(tǒng)對封裝的要求很高[7],而陽極鍵合又滿足鍵合后密封性好、鍵合過程溫度低、產(chǎn)生鍵合應(yīng)力小、不影響不污染電子元器件的封裝要求,所以陽極鍵合技術(shù)是微機電系統(tǒng)封裝的有效手段。

        常用的封裝材料是一種有機玻璃,但這種玻璃需要較高的鍵合溫度才能達(dá)到焊合目的,高溫又會降低電子器件的使用壽命,且這種有機玻璃造價較高,不利于微機電系統(tǒng)生產(chǎn)中成本的控制,因而開發(fā)一種代替這種玻璃的導(dǎo)電材料就十分有意義。

        離子導(dǎo)電聚合物是導(dǎo)電高分子材料的一種[8],它既具有高分子材料質(zhì)輕、耐蝕等優(yōu)點,又具備良好的離子導(dǎo)電性[9],同時造價低廉。如果開發(fā)出一種專門利用陽極鍵合技術(shù)進行封裝時使用的離子導(dǎo)電聚合物作為封裝材料,那將大大提高封裝質(zhì)量。

        1 原材料及制備方法

        離子導(dǎo)電聚合物材料是由很大相對分子質(zhì)量的高分子基體與一些堿金屬鹽同時加入一些無機填料而構(gòu)成的[10],高分子基體中的給電子基團可以起到電子配位作用,堿金屬鹽外加無機填料組成復(fù)合電解質(zhì)。作為在鍵合中使用的材料,聚合物的鍵合性能或者鍵合質(zhì)量,主要取決于材料的電導(dǎo)率[11]、離子遷移數(shù)和金屬鹽的擴散系數(shù)以及材料表面處理程度,其中較高的離子電導(dǎo)率是陽極鍵合的關(guān)鍵,所以在確定制備原材料和制備方法時,主要考慮的也是其對導(dǎo)電性的影響。

        經(jīng)研究,聚氧化乙烯(PEO)作為一種聚合物主體,它本身就可以溶解大量的無機鋰鹽,從而可絡(luò)合成PEO-LiX離子導(dǎo)電聚合物。隨著加入鋰鹽與PEO共混,大大增加了該體系的無序性,使得有序性下降,這樣就在一定程度上破壞了本身的絡(luò)合結(jié)構(gòu),使得絡(luò)合材料變得具有多孔性,這樣更有利于鋰離子在材料中的遷移,讓導(dǎo)電成為可能。

        考慮到離子間的相互作用力制約絡(luò)合體的導(dǎo)電性,首選一價離子的鋰鹽進行絡(luò)合,而不選用二價或者多價離子的鋰鹽。由于一價陽離子對應(yīng)的陰離子在靜電作用方面也比較弱,這樣的鋰鹽也易于解離,所以經(jīng)過絡(luò)合成的材料導(dǎo)電率也會提高。

        綜合以上要求,選用聚氧化乙烯(PEO)作為基體,其分子量為六百萬,軟化溫度為30℃;一價無機鋰鹽選用常見的高氯酸鋰(LiClO4)、六氟磷酸鋰(LiPF6)和四氟硼酸鋰(LiBF4)。

        實驗中利用高能球磨法進行材料制備,因為要使PEO與堿金屬鋰鹽充分絡(luò)合就必須創(chuàng)造一個讓它們“互溶”的環(huán)境,最簡單的辦法是“溶膠凝膠法”和“旋涂法”。但是這兩種方法制備出的材料在機械性能上達(dá)不到鍵合的要求,而球磨制備可以讓材料充分細(xì)化絡(luò)合的同時經(jīng)過壓制處理后又能滿足鍵合對機械性能的要求,同時,利用球磨方法可以在控制材料顆粒度的同時減小其結(jié)晶程度,繼而減小鍵合難度提高室溫下材料電導(dǎo)率,因而利用球磨法進行制備較為可靠。

        表1 球磨實驗參數(shù)工藝表

        2 高能球磨法制備離子導(dǎo)電聚合物

        2.1 材料制備的流程

        利用全面實驗法針對不同鋰鹽種類及比例,不同球磨參數(shù)的條件下進行多組實驗。在球磨前,將所稱取的材料和研磨球、研磨罐放入烘干箱中烘干1h,目的為了去掉材料中和研磨球、研磨罐表面殘留的水分,以及材料中部分結(jié)晶水,這樣在球磨過程中可以盡量保持研磨罐體內(nèi)部干燥。按照表1中的參數(shù)進行配方和球磨,逐一制備所需要的材料。

        觀察球磨后混粉情況(如圖1所示),如果發(fā)生較大團聚粘黏現(xiàn)象,那就意味著混粉沒有通過球磨達(dá)到充分絡(luò)合,改變球磨中最主要的參數(shù)——轉(zhuǎn)速,仍不能改善球磨情況,則此種實驗方法不適合制備,這樣通過觀察也可以排除不適合的工藝參數(shù),減輕工作量,則需要對混粉進一步分析,測量材料電導(dǎo)率和粒徑度,看是否達(dá)到鍵合要求。

        將球磨后得到的粉體材料,通過特制的壓片裝置和壓力機進行壓制處理,最終得到的材料厚度為3mm,直徑為15mm(如圖2所示),成型的材料用于陽極鍵合實驗,在實驗中繼續(xù)檢驗材料的實用性,通過分析實驗測量材料的電導(dǎo)率、粒徑度等,同時也通過鍵合實驗檢驗材料在鍵合過程中的性能,并逐步改進制備參數(shù),最終獲得最佳制備工藝參數(shù),完成材料制備。

        圖1 球磨后混粉

        圖2 混粉壓制成型后材料

        2.2 制備參數(shù)對材料導(dǎo)電性的影響

        由于所制備材料是利用在陽極鍵合中的,所以材料要保證陽極鍵合對導(dǎo)電性的要求,因而對比其不同制備參數(shù)下對材料導(dǎo)電性的影響。

        設(shè)置球磨時間為8h,球料比為7∶1,實驗選用PEO-LiClO4、PEO-LiPF6、PEO-LiBF4分別按照質(zhì)量比為10∶1經(jīng)行球磨,球磨轉(zhuǎn)速選取100~550 r/min進行對比(如下頁圖3所示)。

        由圖3可以得知在其他工藝條件不變的情況下,當(dāng)球磨轉(zhuǎn)速增加可以顯著提高材料的電導(dǎo)率,三種鋰鹽比例的材料均在250r/min到300r/min的轉(zhuǎn)速下材料電導(dǎo)率達(dá)到最高值,其中PEO-Li-ClO4的電導(dǎo)率最高,可以達(dá)到4.5×10-5S/cm,PEO-LiPF6和PEO-LiBF4的電導(dǎo)率次之;在三種材料都達(dá)到最大電導(dǎo)率后繼續(xù)增加轉(zhuǎn)速反而會使得電導(dǎo)率下降,這是因為當(dāng)其他工藝條件不變時,提高轉(zhuǎn)速可以增加球磨效率,使研磨球和材料的碰撞幾率增加,從而進一步細(xì)化材料并增加Li鹽在PEO上的絡(luò)合程度,增加材料導(dǎo)電性;但是繼續(xù)增大轉(zhuǎn)速后,研磨球和材料在不斷增加的離心力的作用下,有一部分就會貼附于罐體內(nèi)壁隨球磨運動,這樣就起不到研磨作用,混粉材料的絡(luò)合情況也不理想,隨著轉(zhuǎn)速進一步加大這種情況更加明顯,所以會使材料電導(dǎo)率下降。

        設(shè)置球磨轉(zhuǎn)速為250r/min,球料比為7∶1,實驗選用 PEO-LiClO4、PEO-LiPF6、PEO-LiBF4分按照質(zhì)量比為15∶1經(jīng)行球磨,球磨時間定為4~12h進行對比(如圖4所示)。

        圖3 三種絡(luò)合物球磨轉(zhuǎn)速與電導(dǎo)率關(guān)系圖

        圖4 三種絡(luò)合物不同球磨時間與電導(dǎo)率關(guān)系圖

        由圖4可以得知固定其他工藝條件和工藝環(huán)境,材料的導(dǎo)電性會隨著球磨時間的增加而增加,在球磨時間為8~9h之間,三種所制備材料的電導(dǎo)率均達(dá)到最大值,PEO-LiClO4的電導(dǎo)率最高,為4×10-5S/cm。

        隨后繼續(xù)增加轉(zhuǎn)速反而會使得三種材料的電導(dǎo)率都有不同程度的降低,這是由于當(dāng)其他工藝條件不變時,提高時間參數(shù)可以增加研磨球和材料的碰撞次數(shù),從而進一步細(xì)化材料并增加Li鹽在PEO上的絡(luò)合程度,增加材料導(dǎo)電性;之后再隨著時間提高電導(dǎo)率會下降,由于過長的球磨時間會使罐體內(nèi)部溫度上升導(dǎo)致材料間的團聚,內(nèi)部不斷增加的摩擦也會導(dǎo)致材料相變,從而影響最終所制備材料的性能,不但達(dá)不到球磨的目的反而增加能耗。

        對比圖3和圖4可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)鋰鹽種類相同時,鋰鹽的濃度越大,其電導(dǎo)率越大;而相同鋰鹽比例不同鋰鹽種類的材料對比時可以發(fā)現(xiàn),PEO絡(luò)合Li-ClO4所制備的離子導(dǎo)電聚合物的電導(dǎo)率最高,在同等鋰鹽濃度下LiClO4更易于離解,材料中載流子濃度也會隨之上升,繼而增加了材料導(dǎo)電性?;谝陨蠈嶒瀸Σ牧蠈?dǎo)電率的分析,定為選用PEO-LiClO4按照10∶1的比例絡(luò)合制備材料。

        設(shè)置球磨轉(zhuǎn)速為250r/min,球磨時間為8h,實驗選用PEO-LiClO4按照質(zhì)量比為10∶1經(jīng)行球磨,球料比為4∶1~9∶1進行對比(如圖5所示)。

        圖5 料比與材料電導(dǎo)率關(guān)系圖

        觀察圖5可知,當(dāng)球料比增大時材料的電導(dǎo)率會顯著增加,因為球料比較小時會造成對混粉材料研磨不充分,繼而混粉絡(luò)合情況不理想,隨著球料比的增加,單位數(shù)量混粉受到的研磨球碰撞幾率會提高,使球磨效率大大增加,當(dāng)球料比為7∶1時材料電導(dǎo)率最大,隨后繼續(xù)加大球料比,使混粉數(shù)量相對減少,球磨主要作用變成了研磨球之間的碰撞,混粉材料研磨不充分,繼而導(dǎo)致材料電導(dǎo)率下降。

        所以最終制備參數(shù)為選用PEO和LiClO4按照m(PEO)∶m(LiClO4)=10∶1進行球磨,球磨工藝參數(shù)為:球磨轉(zhuǎn)速為250r/min;球磨時間為8h;球料比為7∶1。

        3 所制備離子導(dǎo)電聚合物陽極鍵合

        將所制備PEO-LiClO4與鋁箔進行陽極焊接,首先進行鍵合材料表面處理,因為在純鋁的表面上難以避免的有一層Al2O3氧化膜,氧化膜的存在會影響鍵合中鋰離子的遷移,進而影響陽極鍵合效果,所以在實驗前要先去除鋁箔表面氧化膜。將裁剪好的鋁箔浸泡在50g/L的NaOH溶液中半分鐘以去除鋁箔表面的氧化膜,然后用丙酮溶液洗去鋁箔表面殘余雜質(zhì),為了防止鋁箔表面再次生成新的致密氧化膜,以上操作都需在真空手套箱中完成。

        在鍵合工藝參數(shù)為:預(yù)熱100℃、預(yù)設(shè)電壓800V、鍵合時間10min的條件下進行鍵合,鍵合后在材料連接處有過度層生成,鍵合界面SEM、EDS分析如圖6所示。

        圖6 鍵合界面SEM圖象及EDS能譜分析

        在圖6-1中可以看到有一層明顯的過渡層B,沒有出現(xiàn)明顯的孔洞和縫隙,鍵合界面質(zhì)密而連續(xù),未出現(xiàn)未鍵合的開裂,結(jié)合情況比較理想。從圖6-2的EDS圖譜可以看出,箭頭線上在16~21 μm的過渡層處鋁元素發(fā)生了遷移,氧元素在此處有略微的遷移并發(fā)生了聚集含量略微高于其兩側(cè),碳元素在該區(qū)域也發(fā)生了遷移。過渡層是兩種材料能夠鍵合成功的關(guān)鍵。

        4 結(jié)論

        1)將聚氧化乙烯(PEO)與LiClO4利用高能球磨法充分絡(luò)合,所得到的混合物可以作為陽極鍵合用離子導(dǎo)電聚合物。

        2)保持其他工藝參數(shù)和外界環(huán)境不變的情況:PEO絡(luò)合LiClO4比絡(luò)合LiPF6和LiBF4所制備的材料導(dǎo)電性高;增加絡(luò)合材料中堿金屬鋰鹽的含量有助于提高所制備材料的導(dǎo)電性;在一定范圍內(nèi)提高球磨轉(zhuǎn)速、球磨時間、球料比都會有利于提高所制備材料的導(dǎo)電性,但繼續(xù)上調(diào)工藝參數(shù)后,材料導(dǎo)電性不會再升高,反而會有所下降。

        3)綜合球磨參數(shù)對材料性能的影響,以及陽極鍵合對材料的要求,最終利用高能球磨法制備的離子導(dǎo)電聚合物原材料選用PEO和LiClO4按照m(PEO)∶m(LiClO4)=10∶1進行球磨,球磨工藝參數(shù)為:球磨轉(zhuǎn)速為250r/min;球磨時間為8h;球料比為7∶1,制備所得材料電導(dǎo)率為4.5×10-5S/cm。

        4)利用所制備的離子導(dǎo)電聚合物PEO-Li-ClO4與鋁箔進行陽極焊接,在鍵合工藝參數(shù)為:預(yù)熱100℃、預(yù)設(shè)電壓800V、鍵合時間10min的條件下,鍵合質(zhì)量良好,在SEM及EDS分析后可知,鍵合后在材料連接處有過度層生成,這是兩種材料連接的關(guān)鍵。所制備離子導(dǎo)電聚合物適用于陽極鍵合工藝。

        [1] Wallis G D,Pomerantz D I.Field assisted glass-metal sealing[J].J,App.Phys.1969,40(1):3 946-3 948.

        [2] U.Kreissig,S.Grigull,K.Lange,In situ ERDA Studies of iondrift Processesduring Anodic Bonding of Alkali—Borosilicate Glass to Metal[J].NuclearInstruments and Methods in Phy’sits Research B,1998,136:674-679.

        [3] Zhen Yang,Sohei Matsummoto,Hiroshi Goto.Ultrasonic Micromixer for Microfluidic Systems[J].Sensors and Actuators,2001,93:266-272.

        [4] Shuichi Shoji,Hiroto Kikuchi,Hirotaka Torigoe.Low-temperature anodic bonding using lithium aluminosilicate-β-quartz glass ceramic[J],Sensor and Actuators,1998,64:95-100.

        [5] S.Weichel,R.de Reus,S.Bouaidat,P.A.Rasmussen Low-temperature Anodic Bonding to Silicon Nitride[J].Sensors and Actuators,2000,82:249-253.

        [6] 溫詩鑄.關(guān)于微機電系統(tǒng)研究[J].中國機械工程,2003,14(2):160-163.

        [7] 朱福龍.基于工藝力學(xué)的MEMS封裝若干基礎(chǔ)問題研究[D].武漢:華中科技大學(xué),2007.

        [8] 王立仕.鋰離子電池納米復(fù)合聚合物電解質(zhì)的制備及性能研究[D].北京:北京化工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院,2011.

        [9] 楊兵,曾來祥,王新靈,等.聚氨酯固體電解質(zhì)的聚合物-離子相互作用及其導(dǎo)電性能[J].上海交通大學(xué)學(xué)報,2001,35(4):31.

        [10] 王東周,李光,江建明.導(dǎo)電高分子研究概述[J].合成技術(shù)及應(yīng)用,2001(3):36-39.

        [11] 李芳.聚合物固體電解質(zhì)的制備[D].南京:東南大學(xué),2004.

        猜你喜歡
        磨時間導(dǎo)電性導(dǎo)電
        球磨時間對石墨烯復(fù)合材料電化學(xué)性能的影響
        球磨時間對再生料硬質(zhì)合金性能的影響
        山東冶金(2022年4期)2022-09-14 08:59:00
        粉磨對粉煤灰綜合性能影響研究
        廣東建材(2022年1期)2022-01-28 15:08:18
        加入超高分子量聚合物的石墨烯纖維導(dǎo)電性優(yōu)異
        球磨時間對鉬鎢合金粉物理性能及燒結(jié)特性的影響
        PPy/Ni/NanoG復(fù)合材料的制備及導(dǎo)電性能研究
        中國塑料(2016年3期)2016-06-15 20:30:00
        碳納米管陣列/環(huán)氧樹脂的導(dǎo)熱導(dǎo)電性能
        TiO2/PPy復(fù)合導(dǎo)電微球的制備
        CPS導(dǎo)電回路電動斥力的仿真計算
        TiO2對硫正極材料導(dǎo)電性能的影響
        最新四色米奇影视777在线看| 国产色婷婷久久又粗又爽| 中文字幕有码无码人妻av蜜桃| 国产精品丝袜久久久久久不卡| 免费成人福利视频| 国产精品久久中文字幕亚洲| 精品亚洲一区二区三区四区五 | 无码少妇一区二区性色av | 色婷婷亚洲精品综合影院| 亚洲av中文无码乱人伦在线视色| 先锋影音av最新资源| 视频一区精品自拍| 9l国产自产一区二区三区| 亚洲最大成人网站| 射死你天天日| 国产va在线播放| 国产亚洲精品一品二品| 人妻洗澡被强公日日澡电影| 丰满人妻妇伦又伦精品国产| 香蕉久久夜色精品国产| av网站免费在线浏览| 亚洲成av人影院| 久久99欧美| 国产成人亚洲合色婷婷 | 中文乱码人妻系列一区二区| 日韩一区二区三区中文字幕| 国产精品综合一区久久| 最新国产福利在线观看精品| 一级午夜视频| 免费人妻精品区一区二区三 | 国产精品无套内射迪丽热巴| а的天堂网最新版在线| 国产精品国产三级国产专区不| 精品无码国产一区二区三区av| 欧美性猛交xxxx乱大交蜜桃| 少妇一级内射精品免费| 久久黄色视频| 国产内射性高湖| 亚洲一区二区av偷偷| 国产网站一区二区三区| 久久老子午夜精品无码怎么打|