铝电极的XRD分析

图4给出了掺杂不同导电增强相制得的铝电极的XRD衍射图。从图4可见,电极的XRD图基本一致,这说明掺杂不同导电增强相对铝电极的物相组成不会造成太大影响。掺杂石墨烯、碳纳米管与未掺杂铝电极的XRD图基本一致，但掺杂4%纳米银和6%银包铝粉的铝电极的XRD图中均出现了银峰,同时出现银峰的XRD图中铝峰强度更强,测定掺杂4%纳米银的铝电极方阻为0.27 Q/口,与基体的附着力达到8.7 N/mm'。分析可知:掺杂纳米银可显着提高铝电极的导电性能,在680℃下掺入铝浆的纳米银熔化并填充在铝粉颗粒之间,形成较为完整的导电网络。同时纳米银作为导电相会发生渗流﹑隧道效应和场致发射效应[10-习,因此掺杂纳米银的铝电极的导电能力及与基体的结合力均有提高。

银包铝粉——铝电极的显微组织分析

图5为不同峰值温度下烧结所得铝电极的SEM照片。图5a为未掺杂导电增强相、经500℃烧结后的铝电极表面，其空洞较多。图5b为未掺杂导电增强相、经680℃烧结后的铝电极表面,其空洞较少,经测定,它的电阻小于图5a样品的电阻。这是因为在烧结过程中若峰值温度低,样品中玻璃的转变不充分,没有足够的玻璃液包裹铝粉颗粒运动,且有机载体挥发后铝粉不能及时填充,导致导电网络减少,电阻变大。

图6为试样G1-2、G2-2、G3-3、G43在峰值温度680℃烧结后的铝电极的SEM照片。由图6a可知,掺杂1%石墨烯的铝电极的膜层致密﹐空洞较少,掺杂的碳纳米管形成了碳骨架,阻滞了过多的玻璃液流入基底,因此保温阶段有足够的玻璃液包裹铝粉颗粒,形成较为致密的膜层。同时管状碳纳米管可以形成碳骨架,粉体颗粒填充在碳骨架之间,形成致密的铝粉颗粒密排面﹐从而得到空洞较少、较为致密的膜层。

图6b是掺杂2%石墨烯的铝电极电镜照片﹐黑色区域周围铝粉颗粒表面熔化较为明显,铝粉颗粒彼此相连,形成较为致密的膜层,测定其方阻为1.23Q/口,附着力为6.8 N/mm。分析黑色部分是裸露在铝电极表面团聚的石墨烯纳米片,部分石墨烯在高温条件下促进周围铝粉表面的氧化层还原﹐裸露出的铝粉在高温下来不及氧化即发生熔化,熔化后的铝液填充到空隙处,因此得到空洞较少的铝电极。

由图6c可知,掺杂6%的纳米银粉的铝电极表面空洞较少,铝粉颗粒熔化后彼此连接形成膜网络,膜层导电性较好，测定其方阻为0.27Q/口,附着力为8.4 N/mm2。分析原因可知:纳米银粉粒径小,表面活性大,同时也是良好的导电相;在烧结过程中纳米银随着玻璃液流动填充到铝粉颗粒之间，形成较为致密的膜层。此外,纳米粒子由于表面效应、小尺寸效应等导致其熔点较本体熔点明显下降,纳米银作为导电填料可以在低温下发生烧结,从而显着减少粒子间的接触点,提高电极的电性能。

图6d是掺杂8%银包铝粉的铝电极的电镜照片,掺杂的银包铝粉在烧结过程中表层的银熔化,被包裹的铝粉裸露出来。因为玻璃液的保护及烧结温度高,部分铝粉在被氧化之前发生溶解,所以在添加8%的银包铝粉烧结完成后,铝电极表面空洞较少,表面形成了完整的导电网络,使得电极的导电能力增强。同时,添加银包铝粉对铝电极与基体的附着力也有一定的提高,实验测定其方阻为0.55Q/口,附着力为8.3 N/mm2。