《異質相界面對低熔點金屬晶須自發生長的影響機制研究》是依託東南大學，由張培根擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：異質相界面對低熔點金屬晶須自發生長的影響機制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張培根
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
金屬晶須自發生長問題長期困擾著電子、電力、通訊等眾多工程領域，雖經過近70年的研究，提出過很多理論、生長模型，但都有明顯的局限性。申請人在前期研究中發現，“金屬-異質相”複合體系中，金屬晶須的自發生長現象顯示了以往的研究中不能發現的很多生長特徵。本研究以A-MAX、金屬-金屬間化合物等“金屬-異質相”複合體系為研究對象，以晶須的形核機制與生長動力為研究目標。設計幾種典型的金屬-異質相界面，利用Micro-CT、SEM、EDS、TEM、FIB、DSC等技術手段，觀察並分析晶須的形核位點特徵、金屬原子的擴散路徑、晶鬚生長規律以及幾何特徵等。解決異質界面的晶體學特徵與金屬晶須形核的關係，以及金屬晶鬚生長過程中原子的擴散機制及其驅動力等關鍵科學問題；從而闡明異質相界面對晶鬚生長的影響機制，並揭示金屬晶須自發生長的普遍規律與物理本質。研究成果將有助於解決工程界的金屬晶須問題。
結題摘要
在“A元素-MAX相”，“金屬-金屬間化合物”，“金屬-碳/氧化物”和“金屬-非金屬”等“金屬-異質相”基體中系統研究了異質相界面存在條件下金屬晶須的自發生長普遍性、生長特徵與規律和生長機理等問題。確立了Sn晶須快速、可控生長的體系，解決了相關研究中遇到的周期長、Sn晶鬚生長隨機性大等困難；確定了MAX-A元素基體上A元素晶須自發生長具有普遍性，而對於MAX-B元素體系（Ti3AlC2-Sn等）則未觀察到金屬晶須自發生長現象；但是，在MAX-B體系中發現了一個新的現象，初步確定與MAX晶格中A原子層中的擴散有關，這位SnPb合金中Pb對Sn晶須的抑制作用提供了線索。特別地，鑒於Sn晶須自發生長在電子封裝領域的實際問題，以Ti2SnC-Sn體系為代表，圍繞界面對Sn晶須自發生長影響深入研究，明確了界面晶體學特徵對Sn晶須形核的作用，初步提出了一個新的界面“催化”形核機制；設計了其他對比含Sn體系，對比研究了體系對Sn原子擴散路徑的影響，提出了Sn原子快速擴散的兩種可能情況(界面流機制以及經過MAX晶格的體擴散)，確定了Sn晶須形貌的起源以及表面氧化層對Sn晶須表面典型縱向條紋形成的限域作用。此外，在MAX相衍生物MXene的製備與套用領域做出了特色探索，包括MXene基材料的改性、原位複合等製備及其在儲能與Sn晶須抑制以及環保電觸頭領域的套用。MXene的製備及後期改性、複合技術在本課題組依然成熟，並且初步顯示少量添加MXene即可有效緩解Sn晶須的自發生長，並且類似的金屬基MXene體系(Ag/MXene)作為電觸頭材料也表現出優異的性能。本項完成了既定的研究目標，並沿相關方向做出了新的探索，為進一步研究Pb對Sn晶須的抑制機制以及開發無鉛Sn基焊料提供了理論支撐與新的起點。
