不規則微粒經燒結後電移動度粒徑的變化情況

圖4. 42(a)為銀團粒的 TEM 影像(因圖片眾多，在此僅以電移動度粒徑為 200 nm 的微粒為例)，可發現團聚銀微粒的結構為數十顆近乎圓球的原始奈米銀顆粒所 組成，並且隨著微粒變大，團聚的就越嚴重。本研究分析了 381 顆原始銀微粒徑 粒，發現原始微粒的平均粒徑分佈非常接近常態分佈，粒徑範圍由5-25 nm，平均 粒徑為13.6±2.1 nm，如圖 4. 42(b)。此結果與文獻中由蒸發/核凝法產生的 d0的比 較結果如表4. 4 所示，由表中可知團聚銀微粒的 d0與產生溫度呈現相關性，並且 發現當產升溫度高於1000℃後 d0有小於20 nm 的趨勢。

0 5 10 15 20 25 30

d_p (nm) 0

0.1 0.2 0.3 0.4

Fraction of the number

Points:381 NMD:13.54 nm

_g:2.1

fitted cruve

圖4. 42 (a)電移動度粒徑為 200 nm 的銀微粒 TEM 影像；(b)原始微粒數目分佈(產 生溫度為1150℃)。

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表4. 4 文獻中以蒸發/核凝法產生的團聚銀微粒中的原始微粒粒徑(d0)。

Authors (years) Generation Temp. (℃) d0(nm) Schmidt-Ott (1988) 1000 15 Weber and Friedlander (1997) 1050 13 Ku and Maynard (2006) 1500 20

Lall et al. (2006) 1050 18.5±3.5 Shin et al. (2009) 1100 13.8±2.5 Present work 1150 13.6±2.1

由上述方法所產生團聚奈米銀微粒的數目濃度分佈如圖4. 43 所示，微粒的數 目中間粒徑(NMD, number median diameter)為 126.53±3.58 nm，σg為1.71±0.04，數 目總濃度為4.51 ± 0.29 ×10⁶ #/cm³。此外，本團隊為了確認此系統產生的奈米銀微 粒的濃度是否穩定，在實驗6 小時後重新量測微粒的數目濃度分佈，結果發現 NMD 為 125.27±4.52 nm，σg則為 1.71±0.05，而數目總濃度稍微降低至 4.42±0.18×10⁶

#/cm³，與6 小時前的差異皆在 5%之內。

10 100 1000

mobiliy diameter (nm) 0.0x10⁰

4.0x10⁶ 8.0x10⁶ 1.2x10⁷

dN/dlogDp (#/cm3 )

NMD:126.53 nm

_g:1.71

NMD:125.27 nm

_g:1.71 (after 6 hours)

圖4. 43 以蒸發/冷凝法產生奈米銀微粒的原始數目濃度分佈。

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表4. 5 為以 DMA 篩選出 30、80、150、200、250 及 300 nm 的不規則單徑奈 米銀微粒，經第二台高溫爐在不同溫度的情況下燒結後 SMPS 測出的電移動度粒 徑。由該表可發現未燒結時，高Qsh條件(9 L/min)的 DMA 所篩選出來 30、80、150、

200、250 及 300 nm 的單徑奈米銀微粒，由 SMPS 測得的 NMD 分別為 29.6、79.5、

148.5、199.6、247.5 及 294 nm，此結果與欲篩選粒徑的相對誤差分別為-1.3、-0.6、

-1.0、-0.2、-1.0 及-2.0%。當 Qsh降低至5 L/min 後，由 SMPS 測得的 NMD 分別為 28.6、78.4、145.8、192.8、242.6 及 287.9nm，與欲篩選粒徑的相對誤差分別為-2.6、

-2.0、-2.8、-3.6、-3.0 及-4.0%，相較於 Qsh為9 L/min 所篩選出的粒徑結果，此結 果與欲篩選單徑微粒粒徑的差異稍微增大且篩出來了粒徑皆有偏小的趨勢。

表4. 5 不同燒結溫度下的銀微粒數目中間電移動度粒徑。

sintering temperature (℃) Number median mobility diameter (nm) 24^a 29.2 78.4 145.8 192.8 242.6 287.9 24^b 29.6 79.5 148.5 199.6 247.5 294.0 100^b 29.5 77.2 143.5 191.2 231.5 272.1 150^b 25.7 58.6 94.0 120.7 141.6 157.9 200^b 23.7 51.2 75.8 91.2 104.3 115.9 250^b 24.0 50.9 74.4 88.6 102.9 113.2 300^b 24.2 49.7 71.2 85.9 98.6 110.5 400^b 23.8 48.5 72.1 85.6 98.2 108.6 500^b 23.7 49.2 73 86.3 98.1 107.4 600^b 24.1 48.6 72.6 86.3 98.0 107.5 800^b 23.6 47.8 72.1 86.1 97.2 107.3

a Qsh=5 L/min for DMA

b Qsh =9 L/min for DMA

根據圖4. 44，本團隊發現由 Qsh為9 L/min 的 DMA 篩選出來的單徑奈米銀微 粒經燒結過後，電移動度粒徑的變化可分為三個階段，第一階段為燒結溫度在 24 -100℃，此時微粒燒結作用不明顯，電移動粒徑會緩慢縮小；第二階段為燒結溫度 介於100-300℃，在此階段中微粒燒結明顯，微粒電移動度粒徑明顯下降；第三階 段則為燒結溫度300-800℃，微粒已成緊密堆積，電移動度粒徑的變化非常不明顯，

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此結果與Weber and Friedlander (1997)和 Shin et al. (2010)有相同。

0 200 400 600 800

sintering temperature (^oC) 0

50 100 150 200 250 300

dm2 (nm)

dm1=30 nm dm1=80 nm dm1=150 nm dm1=200 nm dm1=250 nm dm1=300 nm

圖4. 44 不規則奈米銀團粒經不同燒結溫度燒結後，微粒電移動度粒徑的變化。微 粒在燒結管停留的時間為 2.8 秒(其中 dm1為在未燒結前之微粒電移動度粒徑，dm2

為經各個不同溫度燒結後的微粒電移動度粒徑)。