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功能粉体|微纳米铜粉的应用
2021年11月17日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:143
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纳米金属铜粉独特的的导热、导电、润滑、抗菌、催化性能,可作为新型电子浆料、润滑油改性剂、抗菌材料、工作催化剂等等的主要或重要组分。


一、微纳米铜粉的应用领域

①导电浆料:

传统的MLCC(多层陶瓷电容器)内外电极均使用贵金属制作,随着贵金属价格的上涨和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。微纳米金属粉体(钯、银、镍、铜等)在MLCC的结构成本中占比超过5%(低容型MLCC5%,高容型MLCC5%-10%)。为适应MLCC近年的成本下降趋势和轻量化发展方向,作为前述微纳米金属粉体(钯、银、镍)的重要替代材料,单分散微纳米铜粉的市场规模和发展潜力巨大,但也对所用的微纳米铜粉的规格要求进一步提升。内电极厚度2-3微米的MLCC要求金属晶体外形为球形或近球形,粒径控制在微米级以下,优选为0.2-0.7微米,且分布均匀。

 

MLCC

2019年全球多层陶瓷电容器MLCC的市场规模约为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市场还将进一步扩容,2024市场规模将增至约1200亿元。

除此之外,金属材料由于具有小粒子尺寸、低烧结温度等优良特性,且制成导电油墨容易而在印刷电子领域也有广泛应用。金属导电油墨的理想状态应便于制取、保存和喷墨,且应充分考虑电导率和价格等因素。综合考虑各方面因素,纳米铜是最有潜力制备可以普及应用的导电油墨的金属。纳米铜导电油墨主要应用于印刷电路和显示产品两个领域


会导电的油墨

固体润滑剂

纳米铜粉用做固体润滑剂则是纳米材料应用的范例之一超细铜粉以适当方式分散于各种润滑油中可形成一种稳定的悬浮液,这种油每升中含有数百万个超细金属粉末颗粒,它们与固体表面相结合,形成一个光滑的保护层,同时填塞微划痕,从而大幅度降低磨擦和磨损,尤其在重载低速和高温振动条件下作用更为显著。


高效催化剂

微纳米级铜粉具有相对较大的比表面积和较高的表面活性,作为催化剂应用于冶金和石油化工领域,可以对诸多有机反应起到催化作用,表现出较高的催化活性。例如,微纳米铜粉还可以在制作导电纤维过程中催化乙炔聚合,在汽车尾气处理过程中部分代替贵金属铂和钌,完成尾气中污染环境的CO到CO2的转化。

⑤高性能工程材料

纳米铜粉是制备纳米晶铜材的基础原料。与一般粗晶铜相比,纳米铜粉具有较高的硬度、抗拉强度和热导率。高密度、高纯度的纳米铜具有良好的超塑延展性,可以在工程材料领域获得广泛应用。

⑥抗菌材料

在抗菌性方面,研究人员对纳米铜及纳米银对不同菌种的抗菌性能做了比较,发现对于不同菌种,二者抗菌性强弱各有千秋。

总体来说,金属铜表现出了很强的抗菌性能,且化学稳定性和环境安全性较高,价格较为低廉,因此,可以对纳米铜的抗菌性能加以有效利用。

二、微纳米铜粉的制备技术

感应加热法

将盛放在陶瓷坩埚内的金属材料在高频或中频电流感应下,靠自身发热而蒸发,这种加热方式具有强烈的诱导搅拌作用,加热速度快,温度高。通过工艺参数的控制可以制备出10nm~1μm的金属铜粉末。

γ-射线法

γ-射线辐照制备各类金属颗粒是近年来发展起来的一种新方法,其基本原理是金属盐在γ-射线下还原成金属粒子。γ-射线使溶液生成了溶剂化电子,不需要使用还原剂,可还原金属离子,降低其化合价,经成核生长形成金属颗粒。研究人员采用γ-射线辐射-水热结晶联合法获得了平均粒径为50nm的纳米铜粉。

等离子体法

该法是用等离子体将金属等粉末熔融、蒸发变成气体,使之在气体状态下发生物理或化学反应,最后在冷却过程中凝聚长大形成超细微粉,是制备高纯、均匀、粒径小的金属系列和金属合金系列纳米微粒的最有效方法。适当工艺条件下,可平均粒径为70nm、粒度分布均匀、分散性好的纳米铜粉。

机械化学法

机械化学法是利用高能球磨法并发生化学反应的方法,其优点是产量高,工艺简单,能制备出常规方法难以制备的高熔点金属、互不相溶体系的固溶体、纳米金属(间化合物)及纳米金属-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

电解法可制得很多通常方法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末。经过改良的工艺可制备平均粒度为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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