金属氧化物形成的标准自由能及键合机理

如前所述，氧化反应促使了有机外壳的分解。在烧结Ag层和每种金属材料之间实现冶金键合需要氧化膜的分解。为了证实基板上氧化膜的去除机理，每种金属氧化物形成的标准自由能如图10.12所示。键合Cu时，键合前存在的表面氧化物消失，界面实现冶金键合，如图10.10所示。根据接头的剪切强度，每种金属的键合性能顺序如下：Au、Ag>Cu>Ni>Ti>Al。这个顺序与每种金属在573K下氧化物形成的标准自由能值的顺序一致，如图10.12所示^[19]。式（10.1）和式（10.2）中C还原反应在图10.12中用虚线表示。

C+O₂→CO₂ （10.1）

C+O₂→2CO （10.2）

在573K温度下，式（10.1）和式（10.2）中反应的ΔG₀分别在Ti和Ni氧化物形成的ΔG₀、Ni和Cu氧化物形成G₀之间。这些金属接头的剪切强度存在明显的差别。而且，前面部分提到Cu和Ag的氧化物在键合过程中被还原。这些结果表明纳米颗粒有机外壳分解产生的有机壳或者有机物质具有和C相似的还原功能，在金属表面氧化物的还原中起着重要的作用。在Cu-Cu键合情况下，还原反应可以表示为

2Cu₂O+C[有机外壳或有机物]→4Cu+CO₂ （10.3）(www.xing528.com)

2Cu₂O+2C[有机外壳或有机物]→4Cu+2CO （10.4）

另一方面，由于Al和Ti氧化物比CO和CO₂都要稳定，Al和Ti接头中没有还原反应发生。因此，在Cu、Ag和Au接头中，其氧化物较不稳定，能够被有机外壳还原，接头剪切强度也大致相同。Al和Ti接头中，金属氧化物比C氧化物稳定，具有最低的剪切强度。总而言之，复合Ag纳米颗粒中包含的Ag金属-有机纳米颗粒在有机外壳分解时起到了还原特定金属氧化物的功能。利用这种功能，可以实现氧化物比CO和CO₂不稳定的金属，如Au、Ag和Cu等的连接。

图10.12 不同金属氧化物形成的标准自由能值