AI服务器、高功率芯片等领域的快速发展，对于烧结浆料、导电浆料和精细互连的重要原料——铜粉提出了更高要求。铜粉粒径从微米级迈向纳米级，其粒径的减小会带来比表面积增大和表面活性提高，有利于低温烧结和高致密连接，超细化也成为铜粉发展的主要方向。

但随着铜粉超细化，团聚也越容易发生。粉体颗粒越小，比表面积越大、表面能越高，则需要通过与其他颗粒接触来降低自身表面能，因此颗粒趋向于聚在一块。

为什么超细铜粉容易团聚？

这种趋势还会受到范德华力、静电作用和表面吸附等因素影响。尤其在湿法制粉过程中，铜颗粒虽然可以通过分散剂保持分散，但进入干燥阶段后，溶剂蒸发会形成液桥和毛细力，使原本分散的颗粒逐渐靠拢。这种由液桥毛细力及后续化学键合导致的不可逆聚集，称为硬团聚；与之对应，仅由范德华力等弱相互作用引起的是软团聚，尚可通过机械力再分散。而干燥阶段一旦形成硬团聚，后续将难以重新打开。

因此，在超细铜粉制备、干燥和储存过程中，如何避免团聚、让颗粒保持稳定分散状态是一个关键的技术难点。

典型的球形/类球形铜粉 （来源：参考文献）

如何防止超细铜粉团聚？

1. 表面化学：防团聚的核心方法

超细铜粉防团聚的第一步，是从颗粒表面入手。通过加入保护剂或分散剂，可以改变铜粉颗粒表面的化学状态，其作用机理具体来说，可以分为三类：一是空间位阻效应，即保护剂分子吸附在颗粒表面形成具有一定厚度的有机膜，增大颗粒间的作用距离，阻止颗粒直接接触；二是静电排斥作用，即保护剂通过改变颗粒表面电荷状态，使带同种电荷的颗粒之间产生排斥力；三是化学吸附与络合作用，即保护剂分子通过化学键吸附在铜表面，或与铜离子形成络合物来调控反应速率、抑制颗粒过度生长。

工业生产中最常用的保护剂主要包括三类：高分子聚合物类（PVP、PVA等）、小分子表面活性剂类（SDS、CTAB等）、无机盐类（STPP等）。虽然这些保护剂都能有效防止颗粒聚集，但在实际应用中也各有局限，前两类有机保护剂成本较高且难以完全去除，而无机盐类虽然成本低、环保但是在某些体系中效果可能不如有机保护剂。

四种试样的微观形貌（TEM）。其中(b)、(d)有加PVP分散剂，分散性较(a)、(c)好。（来源：参考文献）

保护剂虽能有效抑制团聚，却并非用得越多越好。其添加量需要在湿态分散稳定性与后续应用适配性之间寻找平衡。铜粉可能还要用于制浆或烧结，过厚表面有机层会阻碍铜颗粒直接接触，在烧结过程中还会热分解产生碳残留，这反而抑制了铜的烧结致密性，降低其导电性能。

2.分散过程控制：避免颗粒重新聚集

即使表面化学设计合理，如果分散过程控制不当，超细铜粉仍可能形成团聚体。因此，在制粉和后处理过程中，需要控制反应温度、搅拌速率、pH值及加料方式等条件，从成核与生长阶段抑制团聚倾向。例如，较低的反应温度和适中的搅拌速率有助于形成均匀细小的晶核，避免局部过饱和度骤增导致的爆发成核与二次团聚；分段添加还原剂则可控制反应进程，使铜颗粒平稳生长。此外，反应体系的pH值影响保护剂的电离状态及其与铜表面的结合强度，进而改变静电排斥效果。这些工艺参数与保护剂协同作用，共同决定铜粉的初始分散质量。

3.干燥与储存：抑制团聚的最后防线

湿法还原制备得到的超细铜粉经洗涤、过滤后形成滤饼，其中残留的溶剂和水分在蒸发脱除过程中极易引发团聚。因此，干燥环节是防团聚的第二道关口。

不同干燥条件下超细铜粉的扫描电镜图。A3:真空干燥；A4:真空冷冻干燥 （来源：参考文献）

工业生产中，真空干燥是较为普遍的选择，通过在负压环境下降低溶剂沸点、加快蒸发速率来缩短颗粒相互接触的时间，但仍会经过液桥阶段。真空冷冻干燥则先将物料冻结，再使溶剂以升华方式直接脱除，彻底绕过液桥阶段，是目前公认最能有效抑制硬团聚的干燥方式。此外，低温通氮干燥也被部分企业采用，通过在50–60℃下通入氮气既加速干燥又隔绝氧气。干燥完成后，铜粉通常采用充惰性气体密封包装，并储存于干燥、阴凉环境中，避免受潮引发二次团聚和氧化。

4.新型制备方法：从源头上防团聚

制备铜纳米颗粒设备的示意图。a 传统液相混合法。b 气溶胶制备法 （来源：参考文献）

除主流的液相化学还原法外，一些新兴制备方法在防团聚思路上提供了新的可能。微乳液法以表面活性剂形成的纳米级“微型水池”作为反应器，将铜离子的还原与成核限域在极小的空间内，从空间上能够控制产物粒径，防止颗粒碰撞团聚。多元醇法利用乙二醇等多元醇同时作为溶剂和还原剂，反应体系中多元醇分子可吸附于颗粒表面，既提供空间位阻又避免了外加保护剂的引入。近年来受到关注的雾化液相反应法则将反应液即时雾化为微液滴，使每个液滴成为一个独立的微反应器，生成的铜颗粒自始至终彼此隔离，从根本上杜绝了团聚的可能。这些新方法的共同思路，是从“被动防护”走向“源头回避”——通过物理隔离或限域生长来规避颗粒相遇，而非单纯依赖保护剂。

小结

超细铜粉的防团聚，本质上是对液相合成、干燥及储存全过程中颗粒表面状态与颗粒间作用力的协同调控。其核心技术链条涵盖制备阶段的表面改性与工艺参数优化，以及后续干燥、储存过程中的状态控制，各环节相互衔接，共同决定粉体的最终分散稳定性。面对AI服务器、高功率芯片等高端应用对铜粉细化和烧结性能提出的更高要求，团聚控制正在转向“表面修饰—过程调控—应用适配”的协同设计，推动超细铜粉向更稳定、更高性能和规模化应用方向发展。

参考文献

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