微纳米铜粉，自主制备有多难？

发表时间：2024/11/18 9:03:57  浏览次数：483

铜是现代工业的重要原材料，自今年2月以来，其价格节节攀升，近期更是再次突破每吨1万美元大关。我国铜加工业也是继续保持稳中求进、稳中向好的势头，2024年1至7月，实现营业收入9691.1亿元，同比增长11.0%。

如今，随着新能源、电子信息等新兴产业领域的发展，对高性能铜粉的需求日益增加。尤其是以纳米和亚微米尺度为主的微纳米铜粉，因其具有高导电导热性、低的电化学迁移行为、强的可焊性，成为现代军工、船舶、航天与*科技领域的重要功能材料，备受市场关注。

01微纳米铜粉的应用

微纳米铜粉，是尺度在微米（1～100μｍ）、纳米级别（10～100ｎｍ）的材料，由于尺寸小，因而表现出独特的更为优异的特性，在电子浆料、化学催化、医疗抗菌、润滑摩擦等诸多领域都有着良好的发展前景。

●电子浆料

微纳米铜粉主要应用在微电子领域，占比超过六成，近年来，随着电子工业小型化、集成化发展，微纳米铜粉超细化、超纯化发展趋势显现，由纳米铜粉和亚微米铜粉制备的超细电子浆料将在大规模集成电路中起着重要的作用。纳米铜粉由于具有的小尺寸效应和低温烧结特性，是*有潜力被用作电子浆料的，在封装互连和印刷电子领域均有应用，此外由于铜优良的导电性且价格低廉，以1~3μm和亚微米为主的超细铜粉还可被用来取代贵金属作为多层陶瓷电容器（MLCC）的内电极与端电极材料，有效地降低了多层陶瓷电容器的成本。

●化学催化

纳米铜粉具有过渡金属的特殊理化性质，同时选择性高、吸附能力强和表面活性高，可单独或与其它贵金属复合使用，具备良好的催化性能。通过调整纳米铜粒子的形貌、粒度等性能可表现出不同的化学性质，已在实验室和工业应用上用于偶联反应、加氢反应、氧化反应和光催化反应等，并展现出良好的催化活性。

●医疗抗菌

具有抗菌性能的各种金属及其氧化物均属于抗菌材料，纳米铜具有仅次于纳米银的抗菌杀菌能力，同时制备容易、生物毒性低，近年来受到广泛关注。

●润滑摩擦

目前，微纳米粉体材料作为润滑油添加剂的研究已成为关注的焦点之一，纳米铜粉在用于润滑油时具有能在较大范围的温度下使用和剪切强度较低的特点而被广泛研究。将通过表面化学修饰后的纳米铜均匀分散在润滑油中表现出了优良的摩擦学特性，至高可使摩擦因数降低37.5%；相较于传统润滑油，除了显著改善润滑性能外还发现纳米铜粒子可以填充并修复金属受损表面，但由于纳米铜表面原子具有很高的活性容易引起团聚，极大地限制了纳米铜在润滑剂中的应用。

02制备是应用的基础

微纳米铜粉应用的关键在于满足形貌和表面结构要求的粉末制备，颗粒尺寸越小，其形貌、尺寸分布、材料稳定性、氧化性、分散均匀性等都存在较大难度，尤其对于纳米粒子，其表面能高，极易团聚，与银和金相比，铜的还原电位较低、更容易被氧化，进而导致电迁移性能出现极大下降，因此铜基纳米晶体制备难度较大。

微纳米铜粉的制备方法主要可分为物理法和化学法2大类。物理法是较早的纳米材料制备方法，主要是通过外力或物理变化将金属铜制备成纳米粉，主要包括高能球磨法、高压喷雾法、机械研磨法、物理气相沉积（PVD）法和电爆炸法等；化学法是通过离子状态的铜前驱体在溶剂中与还原剂反应，或者通过前驱体的直接热分解制得微纳米铜粉的方法，主要包括电解法、微乳液法、溶胶-凝胶法、水热法和液相还原法等。

03小结

随着下游产业发展以及应用领域的扩展，全球超细铜粉市场将保持高速增长趋势。而目前全球只有日本三井与福田、美国ECKA、智利Tanchile等不到十家国际高科技企业在小批量生产纳米铜粉，市场价格奇高，应用受到极大限制。

未来，微纳米铜粉的规模化应用仍需要解决以下关键问题：工艺的成本、抗氧化性和抗团聚性和分散性；液相还原法可以制备出高纯的纳米铜粉，然而需要解决放大效应存在的关键技术问题；利用表面修饰等技术可以实现抗氧化和抗团聚，此外，为保证制备的铜粉能够形成导电膜或其他材料，需要解决在不同介质中的分散性问题，使得能够在导电浆料和油脂添加剂等应用环境下的溶剂中实现均匀分散。