納米金屬銅粉具獨特的的導熱、導電、潤滑、抗菌、催化等性能,可作為新型電子漿料、潤滑油改性劑、抗菌材料、工作催化劑等等的主要或重要組分。
一、微納米銅粉的應用領域
①導電漿料:
傳統的MLCC(多層陶瓷電容器)內外電極均使用貴金屬制作,隨著貴金屬價格的上漲和MLCC利潤的下降,賤金屬電極多層陶瓷電容器已經成為傳統貴金屬電極設計更經濟的替代品。納米銅粉配成銅電子漿料,可以燒結出僅有1個微米厚的電極,可優化微電子工藝,滿足MLCC器件小型化要求,代替銀電等貴金屬電子漿料,大幅度降價成本。微納米金屬粉體(鈀、銀、鎳、銅等)在MLCC的結構成本中占比超過5%(低容型MLCC中5%,高容型MLCC中5%-10%)。為適應MLCC近年的成本下降趨勢和輕量化發展方向,作為前述微納米金屬粉體(鈀、銀、鎳)的重要替代材料,單分散微納米銅粉的市場規模和發展潛力巨大,但也對所用的微納米銅粉的規格要求進一步提升。內電極厚度2-3微米的MLCC要求金屬晶體外形為球形或近球形,粒徑控制在微米級以下,優選為0.2-0.7微米,且分布均勻。
MLCC
2019年全球多層陶瓷電容器MLCC的市場規模約為960億人民幣。未來幾年隨著5g建設提速、移動終端和通信設備更迭,新能源汽車和智能家電普及,預計MLCC市場還將進一步擴容,2024市場規模將增至約1200億元。
除此之外,金屬材料由于具有小粒子尺寸、低燒結溫度等優良特性,且制成導電油墨容易而在印刷電子領域也有廣泛應用。金屬導電油墨的理想狀態應便于制取、保存和噴墨,且應充分考慮電導率和價格等因素。綜合考慮各方面因素,納米銅是最有潛力制備可以普及應用的導電油墨的金屬。納米銅導電油墨主要應用于印刷電路和顯示產品兩個領域。
會導電的油墨
②固體潤滑劑
納米銅粉用做固體潤滑劑則是納米材料應用的范例之一。超細銅粉以適當方式分散于各種潤滑油中可形成一種穩定的懸浮液,這種油每升中含有數百萬個超細金屬粉末顆粒,它們與固體表面相結合,形成一個光滑的保護層,同時填塞微劃痕,從而大幅度降低磨擦和磨損,尤其在重載、低速和高溫振動條件下作用更為顯著。
③高效催化劑
微納米級銅粉具有相對較大的比表面積和較高的表面活性,作為催化劑應用于冶金和石油化工領域,可以對諸多有機反應起到催化作用,表現出較高的催化活性。例如,微納米銅粉還可以在制作導電纖維過程中催化乙炔聚合,在汽車尾氣處理過程中部分代替貴金屬鉑和釕,完成尾氣中污染環境的CO到CO2的轉化。
⑤高性能工程材料
納米銅粉是制備納米晶銅材的基礎原料。與一般粗晶銅相比,納米銅粉具有較高的硬度、抗拉強度和熱導率。高密度、高純度的納米銅具有良好的超塑延展性,可以在工程材料領域獲得廣泛應用。
⑥抗菌材料
在抗菌性方面,研究人員對納米銅及納米銀對不同菌種的抗菌性能做了比較,發現對于不同菌種,二者抗菌性強弱各有千秋。
總體來說,金屬銅表現出了很強的抗菌性能,且化學穩定性和環境安全性較高,價格較為低廉,因此,可以對納米銅的抗菌性能加以有效利用。
二、微納米銅粉的制備技術
感應加熱法 |
將盛放在陶瓷坩堝內的金屬材料在高頻或中頻電流感應下,靠自身發熱而蒸發,這種加熱方式具有強烈的誘導攪拌作用,加熱速度快,溫度高。通過工藝參數的控制可以制備出10nm~1μm的金屬銅粉末。 |
γ-射線法 |
γ-射線輻照制備各類金屬顆粒是近年來發展起來的一種新方法,其基本原理是金屬鹽在γ-射線下還原成金屬粒子。γ-射線使溶液生成了溶劑化電子,不需要使用還原劑,可還原金屬離子,降低其化合價,經成核生長形成金屬顆粒。研究人員采用γ-射線輻射-水熱結晶聯合法獲得了平均粒徑為50nm的納米銅粉。 |
等離子體法 |
該法是用等離子體將金屬等粉末熔融、蒸發變成氣體,使之在氣體狀態下發生物理或化學反應,最后在冷卻過程中凝聚長大形成超細微粉,是制備高純、均勻、粒徑小的金屬系列和金屬合金系列納米微粒的最有效方法。適當工藝條件下,可平均粒徑為70nm、粒度分布均勻、分散性好的納米銅粉。 |
機械化學法 |
機械化學法是利用高能球磨法并發生化學反應的方法,其優點是產量高,工藝簡單,能制備出常規方法難以制備的高熔點金屬、互不相溶體系的固溶體、納米金屬(間化合物)及納米金屬-陶瓷復合材料;缺點是所制粉體粒徑分布不均勻,且球磨過程中易引入雜質。僅以氯化銅和鈉為初始物機械粉碎,混合物將發生燃燒。如在反應混合物中預先加入氯化鈉可避免燃燒,且生成的銅粉較細,粒徑為20~50nm之間。 |
電解法 |
電解法可制得很多通常方法不能制備或難以制得的高純金屬超微粒,尤其是電負性較大的金屬粉末。經過改良的工藝可制備平均粒度為80nm-100nm、粒度分布均勻、表面包覆、高彌散、抗氧化的超細銅粉。 |
粉體圈編輯:小白
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