[發明專利]一種銅-鎳核殼型納米粉體和導電薄膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010363025.3
• 申請日: 2020-04-30
• 公開（公告）號: CN111515385B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 陳遠志;方宴平;彭棟梁
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: B22F1/02
• 分類號: B22F1/02;B22F1/00;B22F7/04;B22F9/24;C23C18/34
• 代理公司: 廈門市精誠新創知識產權代理有限公司 35218
• 代理人: 方惠春

本發明屬于電子材料和金屬粉體應用領域，涉及一種銅?鎳核殼型納米粉體和導電薄膜及其制備方法和應用。所述銅?鎳核殼型納米粉體的制備方法包括：將溶解有銅前驅體和抗壞血酸的多元醇溶液同時注入高分子包覆劑的多元醇溶液中，保溫反應形成銅核，再分別將溶解有鎳前驅體和還原劑的多元醇溶液同時注入到以上含有銅核的溶液中，保溫反應，通過銅核的誘導作用，使鎳殼層外延生長在銅晶面上，得到殼層完全密閉的銅?鎳核殼型納米粉體。采用本發明提供的方法所得銅?鎳核殼型納米粉體具有良好的抗氧化性能，可以應用于導電漿料、導電薄膜、金屬電極、磁屏蔽材料或催化劑等眾多領域。

技術領域

本發明屬于電子材料和金屬粉體應用領域，具體涉及一種銅-鎳核殼型納米粉體和導電薄膜及其制備方法和應用。

背景技術

隨著電子、信息產業的高速發展，高性能電子元器件的研發對金屬導電材料提出了更高的要求。目前，用于制備電極材料的主要是金、銀、鈀等貴金屬以及銅、鎳、鋁等賤金屬材料。因為貴金屬的成本高昂，目前更希望用賤金屬去替代貴金屬以降低生產成本。銅作為一種價格相對低廉的賤金屬，已被廣泛用來制備金屬電極應用于電子元器件中。然而，由于銅的穩定性較差，容易被氧化，使得它們的應用受到了限制。在銅粉體顆粒的表面包覆一層鎳，形成核殼結構，不僅可以提高銅的穩定性，同時也不會對其導電性產生明顯影響，由其制備的金屬電極也具有更好的抗氧化性能。

化學液相法是制備鎳包覆銅粉體的重要方法之一。Kim等報道了(ACSAppl.Mater.Interfaces 2018,10,1059-1066)利用溶劑熱還原法制備銅鎳核殼納米顆粒。該方法將合成的銅種子和乙酰丙酮鎳一起溶解到油胺中，然后利用苯胺作為還原劑還原鎳鹽，使鎳單獨形核包覆在銅顆粒的表面。然而，采用該方法制備出的鎳包銅顆粒尺寸均勻性欠佳，而且鎳是以顆粒狀的形式包覆銅，并未能形成封閉的核殼結構。此外，該方法使用的有機試劑油胺、苯胺成本相對較高，也對環境不友好。CN1988973A以氯化鈀溶液活化銅粉表面，采用肼(聯氨)作為還原劑，可在30～70℃下獲得0.5～1微米的鎳質量分數為0.1-10％的鍍鎳銅粉。然而，該方法以肼(聯胺)作為還原劑，肼具有較強的毒性，對環境有一定污染。此外，原料含有貴金屬鈀，增加了生產成本。

從已報到的文獻來看，銅-鎳核殼型粉體的制備主要存在以下問題。首先，粉體的尺寸普遍在微米級和亞微米級，很少有制備尺寸在100納米左右的納米粉的報道，而納米粉體則有利于制備厚度更薄的電極層，以適用于高性能電子原件的要求。其次，粉體尺寸的均一性較差，不利于形成均勻的薄膜電極層。另外，鎳往往難以緊密地包覆銅核，銅鎳之間并未形成有效的異質結合界面，這會造成粉體及層狀電極抗氧化性能的下降。

發明內容

本發明針對以上問題，旨在提供一種銅-鎳核殼型納米粉體和導電薄膜及其制備方法和應用。采用本發明提供的方法制備的銅-鎳核殼型納米粉體具有可調控的尺寸范圍(粒徑65～200納米)，且尺寸均一，鎳與銅擁有異質外延界面，形成緊密的包覆，鎳層的厚度可以調控，可應用于導電漿料、導電薄膜、金屬電極、磁屏蔽材料、催化劑等眾多領域。

具體地，本發明提供了一種銅-鎳核殼型納米粉體，其特征在于，所述銅-鎳核殼型納米粉體內部的銅核為多面體，外部的鎳以暴露在外的銅晶面進行外延生長，形成密閉而又表面光滑的殼層。

優選地，所述銅-鎳核殼型納米粉體呈現出多面體的形狀，粒徑為65～200納米。

優選地，鎳殼層厚度為1～20納米，鎳所占的摩爾分數為0.5～50％。

本發明還提供了所述銅-鎳核殼型納米粉體的制備方法，包括以下步驟：

(1)將銅前驅體、鎳前驅體、抗壞血酸和高分子包覆劑分別溶解在多元醇溶液中，以形成各自的多元醇溶液；

(2)將高分子包覆劑的多元醇溶液加熱至110～170℃，然后同時將銅前驅體的多元醇溶液和抗壞血酸的多元醇溶液在惰性氣體的保護下分別以注射速率V1和V2注入到高分子包覆劑的多元醇溶液中，之后保溫反應0.1～60分鐘；