微納米銅粉，自主制備有多難？

發(fā)表時間：2024/11/18 9:03:57  瀏覽次數(shù)：446

銅是現(xiàn)代工業(yè)的重要原材料，自今年2月以來，其價格節(jié)節(jié)攀升，近期更是再次突破每噸1萬美元大關(guān)。我國銅加工業(yè)也是繼續(xù)保持穩(wěn)中求進、穩(wěn)中向好的勢頭，2024年1至7月，實現(xiàn)營業(yè)收入9691.1億元，同比增長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）、納米級別（10～100ｎｍ）的材料，由于尺寸小，因而表現(xiàn)出獨特的更為優(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，占比超過六成，近年來，隨著電子工業(yè)小型化、集成化發(fā)展，微納米銅粉超細化、超純化發(fā)展趨勢顯現(xiàn)，由納米銅粉和亞微米銅粉制備的超細電子漿料將在大規(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)電性且價格低廉，以1~3μm和亞微米為主的超細銅粉還可被用來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

納米銅粉具有過渡金屬的特殊理化性質(zhì)，同時選擇性高、吸附能力強和表面活性高，可單獨或與其它貴金屬復(fù)合使用，具備良好的催化性能。通過調(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)，已在實驗室和工業(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，同時制備容易、生物毒性低，近年來受到廣泛關(guān)注。

●潤滑摩擦

目前，微納米粉體材料作為潤滑油添加劑的研究已成為關(guān)注的焦點之一，納米銅粉在用于潤滑油時具有能在較大范圍的溫度下使用和剪切強度較低的特點而被廣泛研究。將通過表面化學(xué)修飾后的納米銅均勻分散在潤滑油中表現(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)潤滑油，除了顯著改善潤滑性能外還發(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聚，極大地限制了納米銅在潤滑劑中的應(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，尤其對于納米粒子，其表面能高，極易團聚，與銀和金相比，銅的還原電位較低、更容易被氧化，進而導(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。物理法是較早的納米材料制備方法，主要是通過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)域的擴展，全球超細銅粉市場將保持高速增長趨勢。而目前全球只有日本三井與福田、美國ECKA、智利Tanchile等不到十家國際高科技企業(yè)在小批量生產(chǎn)納米銅粉，市場價格奇高，應(yīng)用受到極大限制。

未來，微納米銅粉的規(guī)模化應(yīng)用仍需要解決以下關(guān)鍵問題：工藝的成本、抗氧化性和抗團聚性和分散性；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)問題；利用表面修飾等技術(shù)可以實現(xiàn)抗氧化和抗團聚，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)境下的溶劑中實現(xiàn)均勻分散。