镍介导铜核银壳结构的简易合成：高温稳定性与导电性的协同增强机制研究

为解决传统银包铜(Cu@Ag)颗粒在高温下抗氧化性与低电阻率难以兼顾的难题，研究人员通过一锅法合成新型Cu@Ni@Ag核-双壳结构。利用水合肼还原和L-组氨酸络合控制沉积，实现446°C抗氧化温度（较Cu@Ag提升146°C）和26.9μΩ·cm低电阻率。该研究为高温电子器件提供了兼具成本效益与性能优势的银替代方案。

　　

在电子封装和光伏领域，银(Ag)浆料因优异的导电性和抗氧化性被广泛应用，但其高昂成本制约了产业发展。银包铜(Cu@Ag)颗粒虽能降低成本，但高温下银壳易发生去润湿(dewetting)，导致铜核氧化和界面扩散，使电阻率急剧上升。更棘手的是，当温度超过200°C时，铜会穿透银壳形成氧化铜，严重损害材料性能。这些瓶颈问题迫使科学家寻找既能阻止铜扩散、又能维持导电网络的新型结构设计。

江苏省级科学技术部门支持的研究团队独辟蹊径，提出"镍夹层"工程策略。通过精确调控铜/镍质量比(8:1)，在铜核与银壳之间插入纳米级镍(Ni)中间层，利用镍与铜近乎完美的晶格匹配（均为面心立方结构），构建出原子级致密的扩散屏障。这种Cu@Ni@Ag核-双壳结构采用创新的一锅法合成：水合肼(N₂H₄·H₂O)作为清洁还原剂避免传统次磷酸钠导致的Ni-P杂质，L-组氨酸则通过氨基和羧基的协同配位，控制银离子(Ag⁺)的定向沉积，实现银壳的连续覆盖。

关键技术包括：1）铜颗粒表面清洁预处理；2）水合肼还原体系下的镍层可控沉积；3）L-组氨酸络合调控的银壳包覆；4）聚焦离子束(FIB)和扫描电镜(SEM)表征界面结构；5）热重分析(TGA)评估抗氧化性能。

【材料与试剂】
研究选用1μm级商业铜粉(纯度>99.9%)为核心基底，通过丙酮清洗去除表面氧化物。镍源采用高纯NiSO₄(99.99%)，银沉积使用AgNO₃溶液，通过EDTA-2Na和柠檬酸钠组成的复合缓冲体系维持反应稳定性。

【Cu@Ni颗粒的合成与特性】
SEM和XRD证实镍层实现了全表面包覆，铜核(111)晶面与镍壳(111)的衍射峰仅偏移0.35°，表明二者形成共格外延生长。能谱(EDS)面扫描显示镍层厚度约80nm，在铜核表面形成连续金属键合，为后续银沉积提供理想基底。

【抗氧化性能突破】
TGA数据显示Cu@Ni@Ag的初始氧化温度达446°C，比文献报道的Cu@Ag提高146°C。高温XPS揭示镍层有效阻隔铜向银壳扩散，即使银壳在220°C发生去润湿，镍层仍能维持结构完整性，阻止铜氧化物的生成。

【导电机制创新】
烧结后的导电浆料电阻率低至26.9μΩ·cm，接近纯银性能。FIB断层扫描显示镍层促使银壳形成三维互联网络，而游离的银纳米颗粒填充烧结孔隙，形成"银壳-银桥"双重导电通路。200°C长期老化实验表明，电阻率波动小于5%，证实结构稳定性。

这项研究通过原子尺度的界面设计，实现了材料性能的阶跃式提升：镍中间层如同"纳米卫士"，既阻挡铜扩散又维持晶格连贯；银壳则构建"电子高速公路"，保障电流高效传输。该方法简化了传统多步工艺，单罐反应即可年产公斤级产品，为高端电子封装提供了兼具性能与成本优势的解决方案。正如通讯作者Ying Sun强调的，这种"金属三明治"结构设计理念可拓展至其他易氧化金属体系，为新一代电子材料开发指明方向。论文成果发表于《Surfaces and Interfaces》，展现出广阔的产业化前景。