功能粉體｜微納米銅粉的應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間 | 2021-11-17 13:45 分類 | 粉體應(yīng)用技術(shù) 點(diǎn)擊量 | 1895

MLCC 納米材料

導(dǎo)讀：納米金屬銅粉具獨(dú)特的的導(dǎo)熱、導(dǎo)電、潤(rùn)滑、抗菌、催化等性能，可作為新型電子漿料、潤(rùn)滑油改性劑、抗菌材料、工作催化劑等等的主要或重要組分。

納米金屬銅粉具獨(dú)特的的導(dǎo)熱、導(dǎo)電、潤(rùn)滑、抗菌、催化等性能，可作為新型電子漿料、潤(rùn)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(yīng)用領(lǐng)域

①導(dǎo)電漿料：

傳統(tǒng)的MLCC（多層陶瓷電容器）內(nèi)外電極均使用貴金屬制作，隨著貴金屬價(jià)格的上漲和MLCC利潤(rùn)的下降，賤金屬電極多層陶瓷電容器已經(jīng)成為傳統(tǒng)貴金屬電極設(shè)計(jì)更經(jīng)濟(jì)的替代品。納米銅粉配成銅電子漿料，可以燒結(jié)出僅有1個(gè)微米厚的電極，可優(yōu)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(jià)成本。微納米金屬粉體（鈀、銀、鎳、銅等）在MLCC的結(jié)構(gòu)成本中占比超過5%（低容型MLCC中5%，高容型MLCC中5%-10%）。為適應(yīng)MLCC近年的成本下降趨勢(shì)和輕量化發(fā)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(chǎng)規(guī)模和發(fā)展?jié)摿薮螅矊?duì)所用的微納米銅粉的規(guī)格要求進(jìn)一步提升。內(nèi)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(jí)以下，優(yōu)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(chǎng)規(guī)模約為960億人民幣。未來幾年隨著5g建設(shè)提速、移動(dòng)終端和通信設(shè)備更迭，新能源汽車和智能家電普及，預(yù)計(jì)MLCC市場(chǎng)還將進(jìn)一步擴(kuò)容，2024市場(chǎng)規(guī)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(jié)溫度等優(yōu)良特性，且制成導(dǎo)電油墨容易而在印刷電子領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。金屬導(dǎo)電油墨的理想狀態(tài)應(yīng)便于制取、保存和噴墨，且應(yīng)充分考慮電導(dǎo)率和價(jià)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(yīng)用的導(dǎo)電油墨的金屬。納米銅導(dǎo)電油墨主要應(yīng)用于印刷電路和顯示產(chǎn)品兩個(gè)領(lǐng)域。

會(huì)導(dǎo)電的油墨

②固體潤(rùn)滑劑

納米銅粉用做固體潤(rùn)滑劑則是納米材料應(yīng)用的范例之一。超細(xì)銅粉以適當(dāng)方式分散于各種潤(rùn)滑油中可形成一種穩(wěn)定的懸浮液，這種油每升中含有數(shù)百萬個(gè)超細(xì)金屬粉末顆粒，它們與固體表面相結(jié)合，形成一個(gè)光滑的保護(hù)層，同時(shí)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(dòng)條件下作用更為顯著。

③高效催化劑

微納米級(jí)銅粉具有相對(duì)較大的比表面積和較高的表面活性，作為催化劑應(yīng)用于冶金和石油化工領(lǐng)域，可以對(duì)諸多有機(jī)反應(yīng)起到催化作用，表現(xiàn)出較高的催化活性。例如，微納米銅粉還可以在制作導(dǎo)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(huán)境的CO到CO2的轉(zhuǎn)化。

⑤高性能工程材料

納米銅粉是制備納米晶銅材的基礎(chǔ)原料。與一般粗晶銅相比，納米銅粉具有較高的硬度、抗拉強(qiáng)度和熱導(dǎo)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(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。

⑥抗菌材料

在抗菌性方面，研究人員對(duì)納米銅及納米銀對(duì)不同菌種的抗菌性能做了比較，發(fā)現(xiàn)對(duì)于不同菌種，二者抗菌性強(qiáng)弱各有千秋。

總體來說，金屬銅表現(xiàn)出了很強(qiáng)的抗菌性能，且化學(xué)穩(wěn)定性和環(huán)境安全性較高，價(jià)格較為低廉，因此，可以對(duì)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(shù)

感應(yīng)加熱法	將盛放在陶瓷坩堝內(nèi)的金屬材料在高頻或中頻電流感應(yīng)下，靠自身發(fā)熱而蒸發(fā)，這種加熱方式具有強(qiáng)烈的誘導(dǎo)攪拌作用，加熱速度快，溫度高。通過工藝參數(shù)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(fā)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(jià)，經(jīng)成核生長(zhǎng)形成金屬顆粒。研究人員采用γ-射線輻射-水熱結(jié)晶聯(lián)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(fā)變成氣體，使之在氣體狀態(tài)下發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)，最后在冷卻過程中凝聚長(zhǎng)大形成超細(xì)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(dāng)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(jī)械化學(xué)法	機(jī)械化學(xué)法是利用高能球磨法并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的方法，其優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)量高，工藝簡(jiǎn)單，能制備出常規(guī)方法難以制備的高熔點(diǎn)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(fù)合材料;缺點(diǎn)是所制粉體粒徑分布不均勻，且球磨過程中易引入雜質(zhì)。僅以氯化銅和鈉為初始物機(jī)械粉碎，混合物將發(fā)生燃燒。如在反應(yīng)混合物中預(yù)先加入氯化鈉可避免燃燒，且生成的銅粉較細(xì)，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(fù)性較大的金屬粉末。經(jīng)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(xì)銅粉。