纳米金的检测:科学严谨的探究与分析

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纳米金的检测:科学严谨的探究与分析

概括

纳米金(Nanogold)是金属金在纳米尺度上的一种特殊形态,具有许多独特的性质。由于其小尺寸和高表面能,纳米金在生物医学、化学催化、传感器以及电子设备等领域得到了广泛应用。在对纳米金进行科学研究的过程中,准确的检测方法显得尤为重要,因为它直接影响到纳米金的性能评估和应用效果。本篇文章将从检测样品、检测项目、检测仪器、检测方法等方面,深入分析纳米金的检测技术。

检测样品

纳米金的检测样品通常为纳米金颗粒溶液或其固体形式。在实验中,样品的纯度、分散性和浓度等因素都会影响检测的结果。因此,样品的准备工作需要特别注意,确保其代表性和一致性。纳米金样品的获取可以通过多种方法,包括化学还原法、溶胶-凝胶法以及喷雾干燥法等。无论是实验室小规模还是工业规模的生产,都需要严格控制样品的一致性,以便进行有效的检测。

检测项目

在纳米金的检测中,主要涉及以下几个关键项目:

  • 粒径分布:纳米金的粒径直接影响其光学性质和催化性能,因此粒径分布的检测是最基础的检测项目之一。
  • 表面化学特性:纳米金的表面化学性质,如表面修饰、表面电荷等,决定了其与其他分子或物质的相互作用。
  • 形态分析:通过形态学分析,可以了解纳米金颗粒的形状、聚集状态等,这对于进一步的应用非常重要。
  • 光学性质:纳米金在紫外-可见光区的吸收峰常用于研究其尺寸效应,因此光谱学检测是常见的检测项目。
  • 催化性能:纳米金的催化活性是许多研究关注的重点,通过催化反应性能的检测可以评估其在催化过程中的效果。

检测仪器

纳米金的检测涉及多种先进的检测仪器,这些仪器能够提供高精度的数据支持。常用的检测仪器包括:

  • 透射电子显微镜(TEM):能够精确测量纳米金颗粒的大小、形状及分布,是形态分析和粒径分布检测的核心工具。
  • 动态光散射仪(DLS):用于测定纳米金的粒径分布情况,尤其适用于液体样品。
  • 紫外-可见光谱仪(UV-Vis):能够通过吸收光谱分析纳米金的光学特性,广泛用于粒径分析和表面化学特性研究。
  • 扫描电子显微镜(SEM):用于观察纳米金颗粒的表面形态,常与能谱分析(EDS)配合使用。
  • 比表面积分析仪(BET):通过氮气吸附法分析纳米金的比表面积及孔结构。

检测方法

检测纳米金的常用方法包括物理、化学以及光学技术,具体方法如下:

  • 电子显微镜法:通过TEM或SEM技术,可以获得纳米金颗粒的精细图像,进而分析其形状、尺寸分布和分散性。
  • 光散射法:通过DLS进行粒径分布分析,DLS可以根据颗粒对光的散射特性来测量颗粒的大小。
  • 紫外-可见吸收光谱法:通过UV-Vis光谱仪,测定纳米金的吸收特性,进而分析其粒径和表面特性。
  • 催化反应法:通过研究纳米金在催化反应中的活性,评估其催化性能。常见的实验包括氧化还原反应等。
  • 表面电荷分析:采用电泳迁移率法等技术,分析纳米金颗粒的表面电荷,这对于理解其稳定性和与生物分子的相互作用非常重要。

检测标准(部分)

《 T/CASAS 017-2021 第三代半导体 微纳米金属烧结技术 术语 》标准简介

  • 标准名称:第三代半导体 微纳米金属烧结技术 术语
  • 标准号:T/CASAS 017-2021
    中国标准分类号:C398
  • 发布日期:2021-11-01
    国际标准分类号:31-030
  • 实施日期:2021-12-01
    团体名称:北京第三代半导体产业技术创新战略联盟
  • 标准分类:C 制造业电子学
  • 内容简介:

    本文件规定了第三代半导体器件封装用微纳米金属烧结技术相关术语的定义,具体包括一般术语、烧结原理相关术语、烧结材料相关术语、烧结工艺相关术语、性能测试与可靠性术语本文件适用于第三代半导体高温工作芯片与基板的封装,应用于光电子器件、功率器件、射频器件等;适用于器件基板与底板、底板与热沉的连接连接工艺的研发、生产制造及相关领域的从业者第三代半导体材料是指带隙宽度明显大于第一代半导体(如:硅、锗)、第二代半导体(如:砷化镓、磷化铟)的宽禁带半导体材料,目前产业化以SiC、GaN为主

    它具备禁带宽度大、击穿电场高、热导率大、电子饱和漂移速率高、抗辐射能力强等优越性能,第三代半导体器件(光电子器件、功率器件、射频器件)在半导体照明、消费类电子、5G移动通信、新能源汽车、智能电网、轨道交通等领域有广阔的应用前景,有望突破传统半导体技术的瓶颈,与第一代、第二代半导体技术互补,对节能减排、产业转型升级、催生新的经济增长点发挥重要作用,正在成为全球半导体产业新的战略高地

    随着宽禁带半导体器件的出现、日趋成熟及商业化普及,其独特的耐高温性能正在加速推动器件结温从目前的150℃迈向175℃、甚至200℃发展

    结温的不断提高对封装互连技术提出了更高要求和新的挑战

    近年来,新型微纳米金属烧结互连技术凭借其组分单一、低工艺温度、高服役温度等优点,逐渐成为宽禁带半导体模块封装最重要的连接技术之一

    然而,目前微纳米金属烧结连接技术尚属起步推广阶段,关于微纳米金属烧结材料、烧结工艺、烧结连接件性能和可靠性等关键环节的术语,业内尚无统一标准,这给从业人员的技术交流、产品验证和质量评估造成了一定的困难

    因此,有必要根据实际需求,制定术语标准以规范该行业的正规和技术用语,对后续从事该项技术开发的企业单位也有一定的指导价值

《 T/CASAS 019-2021 微纳米金属烧结体电阻率测试方法 四探针法 》标准简介

  • 标准名称:微纳米金属烧结体电阻率测试方法 四探针法
  • 标准号:T/CASAS 019-2021
    中国标准分类号:C397
  • 发布日期:2021-11-01
    国际标准分类号:31.080.01
  • 实施日期:2021-12-01
    团体名称:北京第三代半导体产业技术创新战略联盟
  • 标准分类:C 制造业电子学
  • 内容简介:

    本文件规定了第三代半导体器件封装用微纳米金属烧结体的电阻率测试方法本文件适用于第三代半导体器件封装用微纳米金属烧结体的电阻率测试评价;此烧结体不包含烧结件的被连接件(如芯片)、连接基体本方法适用于直径大于探针间距10倍、厚度小于探针间距4倍的微纳米金属烧结体圆形样品体积电阻率的测试,不适用于薄膜样品方块电阻的测试金属互连材料在半导体封装工业中占据关键地位

    传统封装采用焊料合金互连,但其析出的金属间化合物导致互连层服役温度较低且脆性较高

    作为最适合于第三代半导体模块封装的界面连接技术之一,以微纳米银、微纳米铜为代表的新型微纳米金属烧结互连技术具有组分单一、低工艺温度、高服役温度的优点,而且芯片连接件的可靠性也可以得到大幅提升,特别是微纳米金属烧结件的烧结层往往具有低电阻率、高导热性能,这也使其更加适合未来的高温度、高功率密度应用

    电阻率是表示材料导电能力的关键物理量

    作为材料的本征参数,电阻率与材料大小和形状无直接关系,如银电阻率为1.65×10-6Ω?cm,铜电阻率为1.75×10-6Ω?cm

    对于微纳米金属烧结技术制备的烧结体的电阻率,一般情况下是对应金属体材料电阻率的数倍;采用不同材料、不同工艺下的微纳米金属烧结体,往往会形成微观下不同尺寸、不同数量、不同致密度的孔隙结构,从而影响其电阻率性能

    目前,新型的微纳米金属烧结技术尚属技术推广阶段,业内尚未对该技术制备的烧结体制定专门的电阻率测试方法标准

    测试仪器品牌的不同,同时,样品规格、测试条件、测试步骤等的限定各有不同,这使得行业内无法高效可靠的对不同烧结膏体的电性能进行统一的比较

    因此,有必要根据实际需求,尽快制定相应关键性能参数的术语标准和测试标准

    本文件采用了与T/CASA020《微纳米金属烧结体热导率试验方法:闪光法》统一尺寸的样品,并以凯尔文电桥原理的四探针法测定,避免测量中引线电阻、接触电阻的干扰,以保证微纳金属烧结体的小电阻率测量值情况下的准确性、可对比性

《 T/CASAS 018-2021 微纳米金属烧结连接件 剪切强度试验方法 》标准简介

  • 标准名称:微纳米金属烧结连接件 剪切强度试验方法
  • 标准号:T/CASAS 018-2021
    中国标准分类号:C397
  • 发布日期:2021-11-01
    国际标准分类号:31.080.01
  • 实施日期:2021-12-01
    团体名称:北京第三代半导体产业技术创新战略联盟
  • 标准分类:C 制造业电子学
  • 内容简介:

    本文件规定了微纳米金属烧结连接件剪切强度的测试方法本文件适用于微纳米金属烧结连接件剪切强度的测定和失效模式判定(如果出现失效),用于微纳米金属材料的测试评价及相关领域的从业者金属互连材料在半导体封装工业中占据关键地位

    传统封装采用焊料合金互连,但其析出的金属间化合物导致互连层服役温度较低且脆性较高

    作为最适合于第三代半导体模块封装的界面连接技术之一,以微纳米银、微纳米铜为代表的新型微纳米金属烧结互连技术具有组分单一、低工艺温度、高服役温度的优点,而且芯片连接件的可靠性也可以得到大幅提升

    剪切强度作为微纳米金属烧结件主要的性能指标之一,其测试方法广受关注

    因微纳米金属烧结技术尚属技术推广阶段,业内尚未针对使用该技术制备的烧结件制定专门的的剪切强度测试方法标准

    传统焊料剪切强度较低,其测试方法标准和强度判定规则不再适用

    同时,因行业内各单位的测试仪器型号不同,样品规格、测试条件、操作步骤等条件也各有不同,这使得产业内从业人员无法在统一的条件下比较微纳米金属烧结件的剪切强度性能

    希望借此标准的制定,有效规范行业内测试方法,使得各测试参数可有效比对,助力微纳金属烧结技术的产业化发展

《 T/CASAS 020-2021 微纳米金属烧结体热导率试验方法 闪光法 》标准简介

  • 标准名称:微纳米金属烧结体热导率试验方法 闪光法
  • 标准号:T/CASAS 020-2021
    中国标准分类号:C397
  • 发布日期:2021-11-01
    国际标准分类号:31.080.01
  • 实施日期:2021-12-01
    团体名称:北京第三代半导体产业技术创新战略联盟
  • 标准分类:C 制造业电子学
  • 内容简介:

    本文件规定了第三代半导体器件封装用微纳米金属烧结体热导率的测试方法本方法适用于微纳米金属烧结体,不包括微纳米金属烧结件热导率的测定本方法测试的是样品在室温条件下的热导率值需注意的是,本方法适用于从样品正面到样品背面方向(即纵向方向)的热导率的测量,该方向与器件封装样品的传热方向相同金属互连材料在半导体封装工业中占据关键地位

    传统封装采用焊料合金互连,但其析出的金属间化合物导致互连层服役温度较低且脆性较高

    作为最适合于第三代半导体模块封装的界面连接技术之一,以微纳米银、微纳米铜为代表的新型微纳米金属烧结互连技术具有组分单一、低工艺温度、高服役温度的优点,而且芯片连接件的可靠性也可以得到大幅提升,特别是微纳米金属烧结件的烧结层往往具有低电阻率、高导热性能,这也使其更加适合未来的高温度、高功率密度应用

    热导率,又称导热系数或导热率,是表示材料热传导能力大小的物理量

    作为材料的本征参数,热导率与材料大小和形状无直接关系,但受材料种类、制备工艺和微观结构的影响

    对于微纳米金属烧结技术制备的连接层,采用不同材料和工艺,往往会造成微观下不同尺寸和数量的观孔隙结构,从而影响其导热性能

    目前微纳米金属烧结连接技术尚属起步推广阶段,热导率测试方法业内尚无统一标准

    通过行业调研发现,产业链中原材料提供商、研发单位、终端用户等各个环节使用的热导率测试方案和样品规格差异较大,这给从业者技术交流、样品验证和质量评定制造了极大困难

    因此,有必要根据实际需求,尽快制定统一的热导率性能测试标准,统一行业术语,从而方便业内对微纳米金属烧结样品的测试评定

    本文件采用了闪光法测定微纳米金属烧结体样品热扩散系数,再利用材料比热容、体积密度参数,由公式求出材料导热系数

    闪光法测定热扩散系数测试方法由于其测定范围广、速度快、样品制备简易、适用多种气氛、操作简便等特点,目前已在各行各业广泛应用

    材料比热容可通过查找参考资料获得,或使用比较法实验测得

    材料体积密度可按照相关标准测定

    本文件相较于GB/T22588-2008,对样品规格、测试条件、测试步骤进行了详细约束

《 DB63/T 1613-2017 人造纳米金刚石中铁、镁、锰、铜、钙、铝的化学分析方法 电感耦合等离子体发射光谱法 》标准简介

  • 标准名称:人造纳米金刚石中铁、镁、锰、铜、钙、铝的化学分析方法 电感耦合等离子体发射光谱法
  • 标准号:DB63/T 1613-2017
    中国标准分类号:D58
  • 发布日期:2017-12-18
    国际标准分类号:71.100.99
  • 实施日期:2018-03-01
    技术归口:青海省国土资源厅
  • 代替标准:
    主管部门:青海省质量技术监督局
  • 标准分类:化工技术制造业青海省其他化工产品
  • 内容简介:

    地方标准《人造纳米金刚石中铁、镁、锰、铜、钙、铝的化学分析方法 电感耦合等离子体发射光谱法》由青海省国土资源厅归口上报,主管部门为青海省质量技术监督局。本标准规定了人造纳米金刚石产品中铁、镁、锰、铜、钙、铝的测定方法的原理、试剂和仪器、试样制备、试验方法等技术内容。测定范围为ω(Fe)/μg.g-1:45-2500;ω(Mg)/μg.g-1:18-2500;ω(Mn)/μg.g-1:9-125;ω(Cu)/μg.g-1:9-125;ω(Ca)/μg.g-1:54-2500;ω(Al)/μg.g-1:72-2500。

《 JB/T 13947-2020 超硬磨料制品 纳米金刚石极压抗磨剂 》标准简介

  • 标准名称:超硬磨料制品 纳米金刚石极压抗磨剂
  • 标准号:JB/T 13947-2020
    中国标准分类号:J43
  • 发布日期:2020-04-16
    国际标准分类号:25.100
  • 实施日期:2021-01-01
    技术归口:
  • 代替标准:
    主管部门:工业和信息化部
  • 标准分类:机械制造切削工具磨料磨具JB 机械制造业
  • 内容简介:

    行业标准《超硬磨料制品 纳米金刚石极压抗磨剂》,主管部门为工业和信息化部。本标准规定了纳米金刚石极压抗磨剂的分类、代号和标记、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存。本标准适用于为改善润滑油的性能而作为添加剂加入的纳米金刚石极压抗磨剂。

《 JB/T 11765-2014 超硬磨料 纳米金刚石 》标准简介

  • 标准名称:超硬磨料 纳米金刚石
  • 标准号:JB/T 11765-2014
    中国标准分类号:J43
  • 发布日期:2014-12-24
    国际标准分类号:25.100
  • 实施日期:2015-06-01
    技术归口:全国磨料磨具标准化技术委员会(SAC/TC139)
  • 代替标准:
    主管部门:机械行业
  • 标准分类:机械制造切削工具磨料磨具JB 机械
  • 内容简介:

    行业标准《超硬磨料 纳米金刚石》,主管部门为机械行业。本标准规定了超硬磨料纳米金刚石的术语和定义、代号和标记、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装与贮存。本标准适用于爆轰法合成的纳米金刚石。

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结语

纳米金作为一种新型材料,因其独特的性质在多个领域展现出巨大的应用潜力。而其检测技术的科学性和严谨性对于确保纳米金性能的稳定性与可控性至关重要。通过细致的粒径分布、表面化学性质、催化性能等多方面的检测,科研人员能够更好地理解纳米金的特性,并推动其在实际应用中的发展。在未来,随着检测技术的不断进步,我们有理由相信,纳米金将会在更多领域中大放异彩。

结语

以上是关于纳米金的检测:科学严谨的探究与分析的介绍,如有其它问题请 联系在线工程师

 
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