微納米銅粉，自主制備有多難？

發(fā)表時(shí)間：2024/11/18 9:03:57  瀏覽次數(shù)：384

銅是現(xiàn)代工業(yè)的重要原材料，自今年2月以來(lái)，其價(jià)格節(jié)節(jié)攀升，近期更是再次突破每噸1萬(wàn)美元大關(guān)。我國(guó)銅加工業(yè)也是繼續(xù)保持穩(wěn)中求進(jìn)、穩(wěn)中向好的勢(shì)頭，2024年1至7月，實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)收入9691.1億元，同比增長(zhǎng)11.0%。

如今，隨著新能源、電子信息等新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展，對(duì)高性能銅粉的需求日益增加。尤其是以納米和亞微米尺度為主的微納米銅粉，因其具有高導(dǎo)電導(dǎo)熱性、低的電化學(xué)遷移行為、強(qiáng)的可焊性，成為現(xiàn)代軍工、船舶、航天與*科技領(lǐng)域的重要功能材料，備受市場(chǎng)關(guān)注。

01微納米銅粉的應(yīng)用

微納米銅粉，是尺度在微米（1～100μｍ）、納米級(jí)別（10～100ｎｍ）的材料，由于尺寸小，因而表現(xiàn)出獨(dú)特的更為優(yōu)異的特性，在電子漿料、化學(xué)催化、醫(yī)療抗菌、潤(rùn)滑摩擦等諸多領(lǐng)域都有著良好的發(fā)展前景。

●電子漿料

微納米銅粉主要應(yīng)用在微電子領(lǐng)域，占比超過(guò)六成，近年來(lái)，隨著電子工業(yè)小型化、集成化發(fā)展，微納米銅粉超細(xì)化、超純化發(fā)展趨勢(shì)顯現(xiàn)，由納米銅粉和亞微米銅粉制備的超細(xì)電子漿料將在大規(guī)模集成電路中起著重要的作用。納米銅粉由于具有的小尺寸效應(yīng)和低溫?zé)Y(jié)特性，是*有潛力被用作電子漿料的，在封裝互連和印刷電子領(lǐng)域均有應(yīng)用，此外由于銅優(yōu)良的導(dǎo)電性且價(jià)格低廉，以1~3μm和亞微米為主的超細(xì)銅粉還可被用來(lái)取代貴金屬作為多層陶瓷電容器（MLCC）的內(nèi)電極與端電極材料，有效地降低了多層陶瓷電容器的成本。

●化學(xué)催化

納米銅粉具有過(guò)渡金屬的特殊理化性質(zhì)，同時(shí)選擇性高、吸附能力強(qiáng)和表面活性高，可單獨(dú)或與其它貴金屬?gòu)?fù)合使用，具備良好的催化性能。通過(guò)調(diào)整納米銅粒子的形貌、粒度等性能可表現(xiàn)出不同的化學(xué)性質(zhì)，已在實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)應(yīng)用上用于偶聯(lián)反應(yīng)、加氫反應(yīng)、氧化反應(yīng)和光催化反應(yīng)等，并展現(xiàn)出良好的催化活性。

●醫(yī)療抗菌

具有抗菌性能的各種金屬及其氧化物均屬于抗菌材料，納米銅具有僅次于納米銀的抗菌殺菌能力，同時(shí)制備容易、生物毒性低，近年來(lái)受到廣泛關(guān)注。

●潤(rùn)滑摩擦

目前，微納米粉體材料作為潤(rùn)滑油添加劑的研究已成為關(guān)注的焦點(diǎn)之一，納米銅粉在用于潤(rùn)滑油時(shí)具有能在較大范圍的溫度下使用和剪切強(qiáng)度較低的特點(diǎn)而被廣泛研究。將通過(guò)表面化學(xué)修飾后的納米銅均勻分散在潤(rùn)滑油中表現(xiàn)出了優(yōu)良的摩擦學(xué)特性，至高可使摩擦因數(shù)降低37.5%；相較于傳統(tǒng)潤(rùn)滑油，除了顯著改善潤(rùn)滑性能外還發(fā)現(xiàn)納米銅粒子可以填充并修復(fù)金屬受損表面，但由于納米銅表面原子具有很高的活性容易引起團(tuán)聚，極大地限制了納米銅在潤(rùn)滑劑中的應(yīng)用。

02制備是應(yīng)用的基礎(chǔ)

微納米銅粉應(yīng)用的關(guān)鍵在于滿足形貌和表面結(jié)構(gòu)要求的粉末制備，顆粒尺寸越小，其形貌、尺寸分布、材料穩(wěn)定性、氧化性、分散均勻性等都存在較大難度，尤其對(duì)于納米粒子，其表面能高，極易團(tuán)聚，與銀和金相比，銅的還原電位較低、更容易被氧化，進(jìn)而導(dǎo)致電遷移性能出現(xiàn)極大下降，因此銅基納米晶體制備難度較大。

微納米銅粉的制備方法主要可分為物理法和化學(xué)法2大類(lèi)。物理法是較早的納米材料制備方法，主要是通過(guò)外力或物理變化將金屬銅制備成納米粉，主要包括高能球磨法、高壓噴霧法、機(jī)械研磨法、物理氣相沉積（PVD）法和電爆炸法等；化學(xué)法是通過(guò)離子狀態(tài)的銅前驅(qū)體在溶劑中與還原劑反應(yīng)，或者通過(guò)前驅(qū)體的直接熱分解制得微納米銅粉的方法，主要包括電解法、微乳液法、溶膠-凝膠法、水熱法和液相還原法等。

03小結(jié)

隨著下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展以及應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，全球超細(xì)銅粉市場(chǎng)將保持高速增長(zhǎng)趨勢(shì)。而目前全球只有日本三井與福田、美國(guó)ECKA、智利Tanchile等不到十家國(guó)際高科技企業(yè)在小批量生產(chǎn)納米銅粉，市場(chǎng)價(jià)格奇高，應(yīng)用受到極大限制。

未來(lái)，微納米銅粉的規(guī)?；瘧?yīng)用仍需要解決以下關(guān)鍵問(wèn)題：工藝的成本、抗氧化性和抗團(tuán)聚性和分散性；液相還原法可以制備出高純的納米銅粉，然而需要解決放大效應(yīng)存在的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題；利用表面修飾等技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)抗氧化和抗團(tuán)聚，此外，為保證制備的銅粉能夠形成導(dǎo)電膜或其他材料，需要解決在不同介質(zhì)中的分散性問(wèn)題，使得能夠在導(dǎo)電漿料和油脂添加劑等應(yīng)用環(huán)境下的溶劑中實(shí)現(xiàn)均勻分散。