研究背景
高温印刷电子器件（如航空发动机传感器、新能源汽车高温部件电路）对导电层的高温稳定性、导电性、力学可靠性要求极高。丝网印刷片状银浆是制备这类导电层的主流材料，成本低、工艺兼容性强。常规丝网印刷的银浆导电层，在高温服役环境下会出现晶粒长大、晶界氧化、导电性能衰减、附着力下降等问题；而晶粒结构（晶粒尺寸、取向、晶界分布） 是决定其高温性能的核心因素，但传统制备工艺难以精准调控银浆的晶粒结构。本文研究人员通过晶粒结构调控（Grain Structure Engineering） 手段，优化丝网印刷片状银浆导电层的微观组织，以实现提升导电层在高温环境下的导电性稳定性和力学耐久性。
测试过程
研究人员通过工艺调控实验，如调整片状银粉的形貌参数（粒径、长径比）、银浆的粘结剂体系、丝网印刷的网版参数）；设计差异化热处理方案（温度、保温时间、气氛），实现对银晶粒形核、长大过程的调控。结合利用Bruker EBSD和平插式能谱仪FlatQUAD EDS来进行微观结构表征和对比观察，得出一系列结论：经过优化的低温烧结+ 时效处理工艺，可抑制银晶粒的异常长大，获得细晶 + 强 (111) 织构的导电层结构；细晶结构能增加晶界密度，阻碍高温下原子扩散和氧化进程；(111) 择优取向可降低电子传输阻力，兼顾导电性与高温稳定性；晶界处低含量的粘结剂残留，能提升导电层与基底的附着力，避免高温服役时出现剥离失效。
如图1显示，硅元素（红色，用黑色箭头突出显示）均匀分布在印刷和烧结的薄膜上。这种均匀分布说明硅颗粒成功与银基体混合，并在烧结过程中形成了稳定的复合结构。
▲图1
晶粒尺寸随温度显著增加。在900°C时，晶粒尺寸增长约7倍，达到18.2 μm（经过10分钟等温处理）。硅颗粒在墨水中的存在通过Zener pinning有效抑制了晶粒的生长。这种效应是由于硅颗粒在晶界处阻碍了晶粒的移动，从而限制了晶粒的增大。布鲁克EBSD可以实现微米级高精度晶粒测量。
▲图2
改性墨水（Ag-5 wt.% Si）在900°C等温处理10分钟后，平均晶粒尺寸仅为4.5 μm。相较于未改性银墨水的晶粒尺寸（约18.2 μm），改性墨水的晶粒尺寸仅为其四分之一。
图3显示EBSD结果清晰展示了硅颗粒对银晶粒生长的抑制作用。大尺寸硅颗粒充当物理屏障，而小尺寸硅颗粒通过Zener pinning机制限制晶界迁移。
▲图3
大 Si 颗粒和小 Si 颗粒对改性（Ag-5 wt.% Si）油墨中的晶粒钉扎的影响。大Si颗粒均匀分布在银基质中，延缓了致密化。较小的 Si 粒子迁移到晶界界面，引发Zener pinning。
FlatQUAD全能型平插式能谱仪可清晰实现微米级表征，在5kV低电压下对Si进行测量（参考图4）
▲图4
研究意义
首次将晶粒结构精准调控理念引入丝网印刷银浆体系，突破了 “高温性能与导电性不可兼得” 的技术瓶颈，为高温印刷电子器件的商业化应用提供了理论支撑。
整个研究过程中，EBSD 提供的晶粒取向、织构数据，直接证实了工艺调控对晶粒结构的优化效果，是 “结构 - 性能” 关联的关键证据。平插EDS 的元素面分布结果，补充了晶界杂质的影响分析，让性能衰减机理的解释更完整、更有说服力。
参考原文
Wadhwa, A., Saadati, M., et al. (2024) 'Grain structure Engineering in Screen-Printed Silver Flake-Based inks for High-Temperature Printed Electronics applications,' Materials, 17(20), p. 4966.
https://doi.org/10.3390/ma17204966.
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