中國粉體網(wǎng)訊 銅是現(xiàn)代工業(yè)的重要原材料，自今年2月以來，其價(jià)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(jìn)、穩(wěn)中向好的勢頭，2024年1至7月，實(shí)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(duì)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(qiáng)的可焊性，成為現(xiàn)代軍工、船舶、航天與尖端科技領(lǐng)域的重要功能材料，備受市場關(guān)注。
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(jí)別（10～100ｎｍ）的材料，由于尺寸小，因而表現(xiàn)出獨(dú)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(xì)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(xì)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，是最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(jià)格低廉，以1~3μm和亞微米為主的超細(xì)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(shí)選擇性高、吸附能力強(qiáng)和表面活性高，可單獨(dú)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(shí)驗(yàn)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(shí)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(diǎn)之一，納米銅粉在用于潤滑油時(shí)具有能在較大范圍的溫度下使用和剪切強(qiáng)度較低的特點(diǎn)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，最高可使摩擦因數(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(tuán)聚，極大地限制了納米銅在潤滑劑中的應(yīng)用。
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(duì)于納米粒子，其表面能高，極易團(tuán)聚，與銀和金相比，銅的還原電位較低、更容易被氧化，進(jìn)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。物理法是最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、機(jī)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。
相較而言，物理方法雖然成本較低、可大規(guī)模制備，但是仍存在較大問題：首先，在制備納米粉末時(shí)，雜質(zhì)容易混入其中，導(dǎo)致納米粉末純度不高；此外，當(dāng)粉末粒徑處于納米層級(jí)時(shí)，對(duì)粒度控制的影響因素變得更為冗雜，對(duì)設(shè)備的工藝參數(shù)要求也就越來越高，能耗也越來越大；不僅如此，所制備的微納米銅粉末的品質(zhì)較差，產(chǎn)量也較低；而且，物理法無法對(duì)所制備的微納米銅粉的粒度分布以及形貌加以控制，無法滿足日益多樣化、高標(biāo)準(zhǔn)的微納米銅粉需求。
目前液相還原法是最常用也是最具有工業(yè)前景的制備方法。液相還原法利用氧化還原反應(yīng)的機(jī)制，在液相或接近液相時(shí)，反應(yīng)物在還原劑的作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而制備出微納米顆粒。一般是在常壓或水熱條件下，還原劑將可溶性銅鹽中的Cu2+還原成Cu原子，通過調(diào)整反應(yīng)條件可以控制納米銅粒子的粒徑和形貌。該方法具有操作工藝簡單，所得納米顆粒形貌和粒徑易于調(diào)控等特點(diǎn)，且環(huán)境污染較小，極具應(yīng)用前景。
小結(jié)
隨著下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展以及應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，全球超細(xì)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(jià)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(tuán)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(shí)現(xiàn)抗氧化和抗團(tuán)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(shí)現(xiàn)均勻分散。
參考資料：
柯鑫等.微納米銅粉的液相還原法制備及抗氧化研究進(jìn)展
羅文博等.微納米銅粉的制備研究進(jìn)展
柯鑫.微納米銅粉的調(diào)控制備與表面抗氧化改性研究
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/黑金）
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