低温预干燥是确保银纳米颗粒薄膜结构完整性的关键稳定步骤。通过将墨水置于温和的热源（通常约为 50°C）下，可以使挥发性溶剂逐渐蒸发，而不是在高温炉中瞬间沸腾。
预干燥就像一个“软烘烤”，能温和地去除低沸点成分。跳过此步骤会导致溶剂快速膨胀，从而产生影响薄膜最终质量和导电性的物理缺陷。
溶剂去除的物理学原理
控制蒸发速率
银纳米颗粒墨水是包含溶剂和功能颗粒的复杂混合物。当立即放入高温烧结炉时，热冲击会导致溶剂几乎瞬间从液态转变为气态。
在加热板上预干燥可以减缓此过程。它允许溶剂分子以受控速率从薄膜基体中逸出。
保持微观结构
印刷银墨水的目的是创建连续的导电通路。如果溶剂过快离开，会破坏纳米颗粒的排列。
通过温和去除溶剂，纳米颗粒会沉降成稳定、致密的构型。这会在高能烧结过程开始之前将微观结构“锁定”到位。
防止灾难性缺陷
消除气泡
溶剂快速沸腾时，会膨胀成被困在干燥薄膜内的气泡。这些气泡最终会破裂，留下空隙。
预干燥可确保在薄膜仍处于化学稳定状态时去除大部分挥发性液体，从而防止形成这些内部空腔。
阻止裂纹和粗糙度
快速沸腾会对薄膜产生物理应力。当气体试图冲出时，会在表面产生裂缝和裂纹。
这种剧烈的逸出还会破坏表面形貌，导致粗糙度增加。预干燥的薄膜以半固态形式进入炉中，使其能够抵抗开裂并确保最终表面光滑。
理解权衡
工艺时间与产量
预干燥的主要缺点是增加了制造工作流程的时间。它引入了一个额外的步骤，阻止了“打印-烧结”的连续工艺。
然而，这种时间成本几乎总是被产量的增加所抵消。跳过此步骤通常会导致产生非导电或机械强度低的薄膜，这些薄膜必须被丢弃。
温度敏感性
即使在此低温阶段也需要精确控制。如果加热板的设置明显高于 50°C，您就有可能触发您试图避免的沸腾效应。
优化您的烧结工作流程
为确保您的银纳米颗粒墨水达到最大的导电性和机械稳定性，您必须将预干燥视为一个强制性的准备阶段，而不是一个可有可无的建议。
- 如果您的主要关注点是电导率：优先考虑完整的预干燥循环，以消除可能中断电子流动的微裂纹。
- 如果您的主要关注点是表面形貌：确保预干燥温度保持在较低水平（约 50°C），以保持完美的表面轮廓。
通过将溶剂蒸发阶段与颗粒烧结阶段分开，您可以保护薄膜免受热冲击，并保证更高质量的电子元件。
总结表：
| 阶段 | 温度 | 主要功能 | 对薄膜质量的影响 |
|---|---|---|---|
| 预干燥 | ~50°C (加热板) | 受控溶剂蒸发 | 防止空隙、裂纹和表面粗糙度 |
| 烧结 | 高温 (炉) | 颗粒熔合/致密化 | 创建连续的导电通路 |
| 热冲击 | 不适用 (跳过的步骤) | 溶剂快速沸腾 | 导致气泡、裂缝和机械故障 |
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参考文献
- Hyeong-Jin Park, Seung Jae Moon. Physical Characteristics of Sintered Silver Nanoparticle Inks with Different Sizes during Furnace Sintering. DOI: 10.3390/ma17050978
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
