研究院高温冶金与新材料团队在国际期刊《Journal of Materials Science: Materials in Electronics》发表题为《Rapid synthesis of size-tunable micron silver flakes with high aspect ratio: application to conductive paste with low silver content》的论文。针对传统导电银浆银含量高导致生产成本高问题，本研究提出了一种通过化学还原法从硝酸银溶液中快速制备尺寸可控、高径厚比微米级片状银粉的新工艺。以FeSO₄为还原剂、Fe₂(SO₄)₃为还原抑制剂，通过调控Fe³⁺/Fe²⁺摩尔比可控合成制备径厚比>100、振实密度<0.5 g·cm^-3的片状银粉并用于导电浆料。在银添加量为40%时即可形成电阻率仅为3.91*10^-3 Ω·cm的导电通路，为低银含量导电浆料的开发提供了研究基础。

标准引用格式：

Zheng C Y, Liu R J, Guo X Y, Wang S S, Wang Q*, Wang Q M*. Rapid synthesis of size-tunable micron silver flakes with high aspect ratio: application to conductive paste with low silver content. J Mater Sci: Mater Electron 36, 1134 (2025). https://doi.org/10.1007/s10854-025-15242-8

Chenyi Zheng, Runjin Liu, Xueyi Guo, Songsong Wang, Qiang Wang*, Qinmeng Wang*（* 为通讯作者）；

通讯作者：王亲猛，教授    王强，教授

第一作者：郑忱奕，博士研究生

中南大学资源循环研究院，湖南 长沙 410083

发表信息：

Journal of Materials Science: Materials in Electronics，2025，36: 1134.

doi.org/10.1007/s10854-025-15242-8

联系邮箱：

qmwang@csu.edu.cn（王亲猛）

qwangcsu@163.com （王强）

银粉是导电浆料的核心功能组分，其形貌与尺寸直接决定了浆料导电性能和银用量。片状银粉因颗粒间的面接触与线接触方式可有效降低接触电阻，高径厚比使等质量银粉可填充更大体积，从而显著减少浆料中的银含量，降低浆料成本。然而，现有化学还原法制备的片状银粉普遍存在直径小于10 μm、径厚比较小的瓶颈，难以满足低银含量导电浆料的制备需求。如何调控化学还原过程实现大直径、高径厚比片状银粉的可控制备，已成为该领域的关键科学问题。本研究以FeSO₄为还原剂，将Fe₂(SO₄)₃预先引入含银溶液前驱体中作为还原抑制剂，通过精确调控Fe³⁺/Fe²⁺摩尔比和溶液混合方式，精细调节还原速率，最终成功合成大直径、高径厚比片状银粉。该研究为电子浆料行业降低银用量、控制生产成本提供了关键技术支撑，对贵金属资源节约型新材料制备技术开发具有重要推动作用。

提出了“还原抑制剂预调控”策略，通过Fe³⁺/Fe²⁺摩尔比精确调控化学还原速率，突破传统方法难以制备大直径（>30 μm）片状银粉的技术瓶颈；

揭示了柠檬酸络合、SO₄^2-定向吸附与Fe(III)还原抑制的三重协同调控机制，阐明了片状银粉晶体定向生长与形貌演化的微观机理；

成功制备径厚比>100、振实密度<0.5 g·cm⁻³的微米级片状银粉，在银添加量仅40%时实现电阻率3.91×10⁻³ Ω·cm的优异导电性能，为高品质低银导电浆料制备提供了可推广的技术方案。

图1为不同溶液混合方式下制备银粉的SEM图像及XRD图谱。如图1a所示，当Ag⁺前驱体中含有PVP、柠檬酸和Fe₂(SO₄)₃时，所得银粉（#M1）呈单分散、准圆形的微米级片状结构，厚度为200~400 nm；而图1b所得银粉为亚微米级花瓣状（#M2，前驱体不含Fe₂(SO₄)₃），图1c（#M3，前驱体不含柠檬酸和Fe₂(SO₄)₃）则为团聚的纳米片。XRD图谱（图1e）显示所有样品均为面心立方银晶型，与ICSD标准卡片完全一致，且#M1的(111)晶面择优取向最为显著（峰强为其他衍射峰的4.6~16.5倍），证实了其良好的晶体定向生长特性。

图2为不同溶液混合方式对银粉形貌影响的机理示意图及LSV曲线。图2a1~2a3阐明了三种混合方式下的晶体生长路径差异：#M1中柠檬酸与Ag⁺形成配合物，同时柠檬酸根、SO4^2-和PVP共同吸附于银晶核表面，显著限制晶体生长方向，促使片状结构形成；Fe(III)作为还原抑制剂使溶液变浑浊时间延长至约15秒，有利于晶体定向生长。#M2因缺乏SO4^2-吸附和Fe(III)抑制作用，还原速率过快（约4秒），形成花瓣状结构。#M3因无柠檬酸预络合，Ag⁺被快速消耗，结晶度最差。LSV曲线（图2b）进一步验证了PVP和柠檬酸与Ag⁺的络合作用，但该作用不足以显著降低还原速率，证实了Fe(III)作为还原抑制剂的不可或缺性。

图1 不同溶液混合方式下制备银粉的SEM图像及XRD图谱

图2 溶液混合方式影响银粉形貌的机理示意图及LSV曲线

图3为不同Fe³⁺/Fe²⁺摩尔比下制备银粉的SEM图像及性能变化曲线。当Fe³⁺/Fe²⁺=0.07（#N3）时，银粉直径达30.29 μm、径厚比>100、振实密度<0.5 g/cm³，综合性能最优；Fe³⁺/Fe²⁺比值过高（0.08~0.11）所得片状结构较脆易碎，比值过低（≤0.04）则粒径减小且发生团聚。通过额外添加Na₂SO₄（#N5）可弥补SO₄^2-吸附不足的问题，改善片状银粉的单分散性。

图3 不同Fe3+/Fe2+摩尔比下制备银粉的SEM图像及性能变化曲线

图4为热处理前后银粉的TG-DSC曲线及SEM图像。未处理银粉在250 °C的放热峰对应有机残留物分解，320 °C的放热峰对应表面氧化。经“空气250 °C×1 h + 真空300 °C×1 h”两步热处理后，有机残留物被有效去除，氧化物部分去除，银粉导电性显著提升，且微观形貌保持完好。

图4 热处理前后银粉的TG-DSC曲线及SEM图像

图5为导电浆料制备流程及银含量对电阻率的影响。以90%自研片状银粉和10%商用球形银粉为导电相，在总银含量仅40%时，导电厚膜电阻率达3.91×10^-3 Ω·cm，低于未热处理银粉的电阻率，证明高径厚比片状银粉结合优化热处理工艺可在低银含量条件下构建高效导电通路。

图5 导电浆料制备流程及银含量对电阻率的影响

（1）本研究成功开发了一种快速化学还原法制备尺寸可控、高径厚比微米级片状银粉的新工艺。以FeSO₄为还原剂、Fe₂(SO₄)₃为还原抑制剂，通过将Fe₂(SO₄)₃预先加入Ag⁺前驱体并控制Fe³⁺/Fe²⁺摩尔比为0.06~0.07，合成了直径>30 μm、径厚比>100、振实密度<0.5 g·cm^-3的单分散片状银粉。该工艺具有快速、低能耗、尺寸可控的显著优势，突破了传统化学还原法难以制备大直径高径厚比片状银粉的技术瓶颈。

（2）揭示了溶液混合方式中柠檬酸络合、SO₄^2-定向吸附与Fe(III)还原抑制协同调控片状银粉晶体定向生长的微观机制，丰富了金属粉体形貌可控合成的理论体系，为同类材料的形貌工程提供了方法学参考。

（3）确立了“空气中250 °C×1 h氧化去有机物 + 真空300 °C×1 h去氧化物”的两步热处理工艺，有效提升了银粉表面纯净度与导电性能。以所制片状银粉为导电相，在银添加量仅为40%时即可获得3.91×10^-3 Ω·cm的电阻率，为低银含量导电浆料的工业化开发提供了可行的技术路径。后续研究可进一步优化热处理工艺参数、探索工程化条件，并拓展该银粉在柔性电子、光伏电极等领域的应用验证。

（一审：全温灿； 二审：秦雯琦； 三审：王强）