[发明专利]在石墨上化学镀银

说明书

背景技术

本发明涉及在石墨粉末上化学镀银。

块体银成本持续增加，促使人们寻求用于制造例如半导体和电子器件的替代物。镀银铜因其优异的初始导电性而成为最佳替代物之一。但是，由于铜缺乏氧化稳定性，限制了其在高温和高湿度条件下需要高可靠性的应用中的使用。此外，镀银铜本身相对昂贵。具有绝缘核的镀银玻璃或任何其他镀银填料的导电性低，是银或镀银铜的不良替代物。

银涂覆的石墨成本比块体银或镀银铜低，并且可提供可比的初始导电性，而没有与铜相关的氧化稳定性问题。但是当前制备银涂覆的石墨的方法遇到了生产难题。

石墨表面呈惰性并且其必须经过预处理才能在化学镀工艺中被镀敷。但是，石墨预处理方法包括以下步骤中的至少一种：氧化、加热或湿化学活化，然后粉末分离、洗涤和冲洗。所有这些程序在大规模制造中都会引起问题。

氧化可以有效地在石墨表面上引入镀敷活性位点，但是代表性的氧化剂，例如硝酸、硫酸或过氧化氢，由于它们的腐蚀性或爆炸性因而需要特殊操作步骤。此外，粉末分离、洗涤和冲洗产生会有害废物。

加热是在石墨上产生活性表面的另一种方法。但是，加热需要特殊设备，操作的温度窗口窄，并且难以重现结果。

代表性的湿活化法包括在含水条件下使用锡或类似金属化合物，以及敏化剂例如氯化钯。充分混合后，必须使用大量的过滤、洗涤和冲洗步骤将石墨粉末从活化浴中分离，耗时并产生有害废物。

本发明避免了这些问题。

发明内容

本发明是用于在石墨粉末上化学镀银的一锅法。不需要对石墨进行粉末预处理步骤，所述预处理步骤通常需要过滤、洗涤或冲洗。

本发明的方法包括将三种反应物组合物在水中混合在一起。它们可同时添加在一起或分阶段添加。

第一组合物为含水的石墨活化组合物，其包含石墨粉末和功能性硅烷。该功能性硅烷既与该活化组合物中的石墨相互作用，又与镀银组合物的组分银盐相互作用。

第二组合物为镀银组合物，包含银盐(其与功能性硅烷相互作用)和银络合剂。它们可以固体或水溶液的形式提供。

第三组合物为还原组合物，包含所述银盐的还原剂，其可以固体或水溶液的形式提供。

具体实施方式

所述含水的石墨活化组合物包含石墨粉末和含氮硅烷。该硅烷为硅氧烷或硅烷醇。

石墨粉末在其表面上结合了少量(在ppm范围内)的氧；该氧在含水条件下能够与含氮硅烷中的硅烷相互作用，从而通过水解形成硅烷醇基。该反应将含氮硅烷固定至石墨。

含氮硅烷中的氮会与镀银组合物中的银盐配位。该配位为在整个石墨表面上镀银提供活化或晶种位点。

示例性的含氮硅烷包括3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷、3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷、2-氰基乙基三甲氧基硅烷、2-氰基乙基三乙氧基硅烷、3-氰基丙基三甲氧基硅烷、3-氰基丙基三乙氧基硅烷、3-氰基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-氨基丙基甲基二乙氧基硅烷、4-氨基丁基三乙氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、氨基丙基硅烷三醇、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基硅烷三醇、氨基苯基三甲氧基硅烷、3-氰硫基丙基三乙氧基硅烷和3-(2-咪唑啉-1-基)丙基三乙氧基硅烷。这些物质的中的任何一种可与这些物质中的其他物质组合使用。

在一个实施方案中，所述含氮硅烷以石墨重量的0.01重量％-20重量％的量存在于石墨活化组合物中，优选石墨重量的0.1重量％-10重量％。

所述镀银组合物包含银盐和银络合剂。在一个实施方案中，所述银盐是水溶性的。示例性的银盐包括硝酸银、硫酸银和氯化银。在一个实施方案中，所述银盐是硝酸银。

银盐在镀敷浴中的浓度为0.01克/升-50克/升。在一个实施方案中，银盐浓度为2克/升-30克/升。在另一个实施方案中，银盐浓度为5克/升-25克/升。

示例性的银络合剂包括氢氧化铵、乙二胺、甲胺和乙胺。在一个实施方案中，所述络合剂为在水溶液中的氢氧化铵，其含量为28重量％-30重量％(重量百分数)。该28重量％-30重量％氢氧化铵溶液以0.01克/升-35克/升存在于镀敷浴中；在一个实施方案中，为1.4克/升-20克/升；在另一个实施方案中，为3.5克/升-18克/升。

镀银组合物可与石墨活化组合物混合在一起，或在形成并混合石墨组合物后单独添加。