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功能粉体|微纳米铜粉的应用
日期:2021-11-19    浏览次数:
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纳米(mi)金属铜粉独特的的导热、导电、润滑、抗菌、催化性能,可(ke)作(zuo)为新型(xing)电(dian)子浆料、润滑油改性剂、抗菌(jun)材(cai)料、工作(zuo)催(cui)化剂等等的(de)主要(yao)(yao)或重要(yao)(yao)组分。

功能粉体|微纳米铜粉的应用

一、微纳米铜粉的应用领域(yu)

①导电浆料:

传统的MLCC(多(duo)层陶瓷电容(rong)器(qi))内(nei)外(wai)电极均使(shi)用贵金属制作,随着贵金属价格的(de)上涨和(he)MLCC利润的下降,贱金属电极多层陶瓷电容器已经成为传统贵金属电极设计更经济的替代品。纳米铜粉配成铜电子浆料,可以烧结出仅有1个微米厚的电极,可优化微电子工艺,满足MLCC器件小型化要求,代替银电等贵金属电子浆料,大幅度降价成本。微(wei)纳米金属粉体(钯(ba)、银、镍、铜等)在MLCC的结构(gou)成本(ben)中(zhong)占(zhan)比超过5%(低容型MLCC5%,高容型MLCC5%-10%)。为适应MLCC近(jin)年的成本下(xia)降趋(qu)势和轻量化发(fa)展(zhan)方向,作为前述微纳米(mi)金属粉(fen)体(钯、银、镍(nie))的重要替代材料,单分散微纳米(mi)铜(tong)粉(fen)的市场规模和发(fa)展(zhan)潜力巨大,但也对所用的微纳米(mi)铜(tong)粉(fen)的规格要求进一步提(ti)升。内电极厚(hou)度2-3微米的MLCC要求金属晶体外(wai)形为球形或近球形,粒径控制在微米级以下,优(you)选为0.2-0.7微米,且分布均匀。

功能粉体|微纳米铜粉的应用 

MLCC

2019年全球多层陶瓷电(dian)容器(qi)MLCC的市场(chang)规(gui)模(mo)约为960亿人民币。未来几年随着5g建设提速、移动终端和通信设备更迭,新能源汽车和智能家电普及,预计MLCC市场还将进(jin)一步(bu)扩容(rong),2024市场规模将增至约1200亿元。

除此(ci)之外,金(jin)属材料(liao)由于(yu)具有(you)小粒子尺寸、低烧结温度等(deng)优良(liang)特性,且(qie)制成导(dao)电(dian)油(you)(you)(you)墨(mo)容易而在印刷电(dian)子领(ling)(ling)域也(ye)有(you)广泛应用(yong)(yong)。金(jin)属导(dao)电(dian)油(you)(you)(you)墨(mo)的理想状态应便于(yu)制取、保存和喷墨(mo),且(qie)应充分(fen)考虑电(dian)导(dao)率和价格等(deng)因(yin)素(su)(su)。综合考虑各方面因(yin)素(su)(su),纳米铜是最有(you)潜力制备可(ke)以普及应用(yong)(yong)的导(dao)电(dian)油(you)(you)(you)墨(mo)的金(jin)属。纳米铜导(dao)电(dian)油(you)(you)(you)墨(mo)主要应用(yong)(yong)于(yu)印刷电(dian)路(lu)和显示产品两个领(ling)(ling)域

功能粉体|微纳米铜粉的应用

会(hui)导电的油墨

固(gu)体润滑剂

纳米(mi)铜粉用做固体(ti)润滑剂则是(shi)纳米(mi)材料应用的(de)范例之一超细(xi)铜(tong)粉以适当方式分(fen)散于各种(zhong)润滑油(you)中(zhong)可形成(cheng)一种(zhong)稳定的悬(xuan)浮液,这种(zhong)油(you)每升中(zhong)含有(you)数(shu)百万个超细(xi)金属粉末颗粒,它们与固(gu)体(ti)表面相结合,形成(cheng)一个光滑的保护层,同(tong)时填塞微划痕,从(cong)而大幅度(du)降低磨擦(ca)和(he)磨损(sun),尤其在(zai)重载低速和(he)高温(wen)振动条件下作(zuo)用(yong)更为显著。

功能粉体|微纳米铜粉的应用

高效催(cui)化(hua)剂

微(wei)纳(na)米级铜粉具有相对(dui)较大(da)的(de)比表(biao)面积和较高的(de)表(biao)面活(huo)性(xing),作为催化(hua)剂应用于冶(ye)金和石(shi)油化(hua)工领(ling)域(yu),可以对(dui)诸多有机(ji)反应起到催化(hua)作用,表(biao)现(xian)出较高的(de)催化(hua)活(huo)性(xing)。例如(ru),微(wei)纳米铜粉还(hai)可以在制作(zuo)导(dao)电纤维(wei)过程(cheng)中(zhong)催化乙炔聚合,在汽车尾(wei)气(qi)处理过程(cheng)中(zhong)部分代(dai)替贵金(jin)属铂和钌(liao),完(wan)成尾(wei)气(qi)中(zhong)污染环(huan)境的(de)CO到CO2的转化。

功能粉体|微纳米铜粉的应用

⑤高性(xing)能工程材料

纳米铜粉是(shi)制(zhi)备纳米晶(jing)铜材(cai)的基础原料。与一般粗晶(jing)铜相比,纳米铜粉具(ju)有(you)较(jiao)高(gao)的硬(ying)度(du)(du)、抗拉强度(du)(du)和热(re)导(dao)率。高(gao)密度(du)(du)、高(gao)纯(chun)度(du)(du)的纳米铜具(ju)有(you)良好的超塑延展(zhan)性,可以在工程材(cai)料领域(yu)获得(de)广(guang)泛应用。

⑥抗菌材料(liao)

在抗(kang)菌性方面(mian),研究人员对纳米铜及纳米银(yin)对不同(tong)(tong)菌种(zhong)的(de)抗菌性能做了比较,发(fa)现(xian)对于不同(tong)(tong)菌种(zhong),二者抗菌性强弱各有千秋。

总体(ti)来说,金属铜(tong)表现(xian)出(chu)了很强的抗菌性(xing)能(neng),且化学稳定性(xing)和环境安全性较(jiao)(jiao)高,价(jia)格较(jiao)(jiao)为低廉(lian),因此,可以(yi)对(dui)纳米铜的抗菌性能加以(yi)有效利用(yong)。

二、微(wei)纳米铜粉的制备(bei)技(ji)术

感应加热(re)法

将盛放在陶瓷坩埚内的金属(shu)材料(liao)在高频(pin)或中频(pin)电流感应(ying)下(xia),靠(kao)自身发热而蒸(zheng)发,这种加热方(fang)式具(ju)有强烈的诱导(dao)搅拌作用(yong),加热速度快(kuai),温度高。通(tong)过工艺参数的控制(zhi)可以制(zhi)备(bei)出10nm~1μm的金属铜粉末。

γ-射线法

γ-射线(xian)辐(fu)照制备各类金(jin)属颗粒(li)(li)是近年来(lai)(lai)发展起来(lai)(lai)的一种新(xin)方法,其基本原(yuan)理是金(jin)属盐在γ-射线(xian)下还(hai)原(yuan)成金(jin)属粒(li)(li)子(zi)。γ-射线(xian)使溶液生成了(le)溶剂化电子(zi),不需要使用还(hai)原(yuan)剂,可还(hai)原(yuan)金(jin)属离(li)子(zi),降低其化合价,经成核生长(zhang)形成金(jin)属颗粒(li)(li)。研究人员(yuan)采用γ-射线(xian)辐(fu)射-水热(re)结(jie)晶(jing)联(lian)合法获得了(le)平均粒(li)(li)径(jing)为50nm的纳米铜粉。

等离子体法

该法是用等(deng)离子体将金属等(deng)粉(fen)末(mo)熔融、蒸发(fa)变成气(qi)体,使之在气(qi)体状态下发(fa)生物理或化学(xue)反应,最(zui)后在冷却过程中(zhong)凝(ning)聚长大形成超细微粉(fen),是制备高纯、均匀、粒径小的(de)金属系(xi)列(lie)(lie)和金属合金系(xi)列(lie)(lie)纳(na)米(mi)微粒的(de)最(zui)有(you)效方法。适当(dang)工艺条件下,可平(ping)均粒径为70nm、粒度分布均匀、分散性好的纳米铜粉。

机械化学法

机械化(hua)学法是(shi)利用高(gao)能球磨法并(bing)发生(sheng)化(hua)学反应的(de)方(fang)(fang)法,其优(you)点是(shi)产量高(gao),工(gong)艺简单,能制(zhi)备(bei)出常(chang)规方(fang)(fang)法难以制(zhi)备(bei)的(de)高(gao)熔点金(jin)属、互不相溶体系的(de)固(gu)溶体、纳(na)(na)米金(jin)属(间化(hua)合物(wu))及纳(na)(na)米金(jin)属-陶瓷复合材料;缺点是所制粉体粒径分布不均匀,且球磨过程中易引入杂质。仅以氯化铜和钠为初始物机械粉碎,混合物将发生燃烧。如在反应混合物中预先加入氯化钠可避免燃烧,且生成的铜粉较细,粒径为20~50nm之间。

电解法

电解法(fa)可(ke)制得很(hen)多通(tong)常方法(fa)不能制备或难以制得的高纯金属超微粒,尤其是电负性较大的金属粉(fen)末。经(jing)过改良的工艺可(ke)制备平均粒度为(wei)80nm-100nm、粒度分布均匀、表面包覆、高弥散、抗氧化的超细铜粉。


粉体圈编辑:小白

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