[發明專利]一種納米銅粉的制備方法

有效

• 申請號: 201410036128.3
• 申請日: 2014-01-24
• 公開（公告）號: CN103752841A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 程繼貴;葉楠敏;陳聞超;劉巖;李劍峰
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: B22F9/22
• 分類號: B22F9/22
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

技術領域

本發明屬于納米材料制備領域，具體涉及一種納米銅粉的制備方法。

背景技術

納米銅粉是指粒徑分布范圍在1～100nm之間的微小銅顆粒。由于其具有小尺寸效應、表面界面效應、量子隧道效應等特征使納米銅粉擁有許多奇特的物理和化學性質，在粉末冶金、導電漿料、潤滑、催化等領域具有廣闊的應用前景，特別在導電漿料及潤滑油等領域的應用成為學者們研究的熱點。納米銅粉具有良好的塑性和優良的抗摩擦減磨性能，將納米銅粉作為潤滑油添加劑能大大改善其潤滑性能。與此同時，隨著近年來貴金屬銀價格的迅猛增長導致以銀作為原料的導電漿料生產成本大大增加，嘗試用賤金屬如銅等逐步代替銀作為導電填料生產導電漿料成為電子行業發展的新趨勢。為了達到生產導電漿料及潤滑油添加劑的技術要求，所使用的銅粉應具有高純度、高分散、粒徑分布范圍窄、球形度高、抗氧化性好等性能。

現有的制備納米銅粉的方法根據其制備原理主要分為氣相法，固相法和液相法幾大類。氣相法是指直接利用氣體或者通過各種手段將原料變成氣體，使之在氣體狀態下發生物理變化或化學反應，最后在冷卻過程中凝聚長大形成納米微粒的方法。例如，韋建軍等采用自懸浮定向流法利用高頻電源加熱銅塊使其熔化成金屬液滴，選用氬氣或氦氣等惰性氣體作為冷卻介質以一定的流速掠過熔化的銅液滴表面，當球狀液滴達到一定的溫度時，其表面金屬蒸汽在惰性氣流的冷卻作用下產生冷形核并隨之長大，最終制得平均粒徑在55～80nm的納米銅粉（韋建軍,李朝陽,唐永建等.自懸浮定向流法制備納米銅微粒及其結構表征[J].強激光與粒子束，2003，15(4)：359）。但上述氣相法對設備、反應條件要求高，原料氣體也比較昂貴。固相法是一種傳統的粉化工藝，通過從固相到固相的變化來獲得粉體，用于粗顆粒微細化。如Din?J.等采用機械化學法將氯化銅和鈉粉混合進行機械粉碎，發生固態取代反應，生成銅及氯化鈉的納米晶混合物，清洗去除研磨混合物中的氯化鈉和得到了粒徑分布范圍在20～50nm的納米銅粉（Ding.J，Tsuzuki.T等，Ultrafine?Cu?particles?prepared?by?mechanochemical?process，Journal?of?Alloys?and?Compounds，1996，（234）：L1～L3），但該方法能耗較高，且產物中易引入雜質。液相法是通過選擇合適的沉淀劑或還原劑將可溶性金屬鹽中的金屬離子均勻沉淀或結晶出來，最后將沉淀或結晶物脫水或者加熱分解而制得超微粉體。該方法具有設備簡單、原料容易獲得、產物純度高等優點，是近年來制備納米金屬粉末的研究熱點之一。例如，公開號為CN1299864C的中國專利提供了一種在液相中采用水合肼做還原劑制備納米銅粉的方法，該發明工藝簡單，制得的納米銅粉的粒徑分布范圍為10～100nm。但上述液相還原法獲得的產物Cu粉末粒徑分布范圍較寬、粒徑不均勻、且產率較低。

發明內容

本發明在現有納米銅粉制備方法的基礎上，避免其技術上的缺陷，提供一種納米銅粉制備的新方法，以期實現純度高、粒徑分布范圍窄、分散性好的類球形納米銅粉的簡易制備，能夠滿足其作為導電功能相填料替代貴金屬Ag生產導電漿料及其他添加劑的各項技術要求。

本發明為解決技術問題，采用如下技術方案：

本發明納米銅粉的制備方法，其特點在于按如下步驟進行：

a、以硝酸銅和石墨構成的混合物為原料，將原料加入有機單體溶液中經球磨獲得懸浮液，然后在引發劑和催化劑作用下使所述懸浮液膠凝化獲得濕凝膠；

b、對所述濕凝膠進行干燥獲得干凝膠；

c、將所述干凝膠在300℃-350℃的溫度下煅燒，獲得由CuO₂和Cu構成的混合前驅體粉末；

d、將所述混合前驅體粉末在450-550℃下于H₂氣氛中還原獲得納米銅粉。

本發明納米銅粉的制備方法，其特點也在于：步驟a所述原料中硝酸銅與石墨的摩爾比為1-3:1；原料質量與有機單體溶液體積的比為1:2～3g/ml；原料質量與引發劑體積的比為50～100:1g/ml；原料質量與催化劑體積的比為20～40:1g/ml。

優選的，所述有機單體溶液以質量比為20-25:1的含丙烯酰胺單體和N,Nˊ亞甲基雙丙烯酰胺交聯劑的混合物為溶質、以水為溶劑，溶質質量濃度為20%。

優選的，所述引發劑為飽和過硫酸銨溶液。

優選的，所述催化劑為四甲基乙二胺。