[发明专利]一种纳米金属铜粉体的制备方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种化工材料的制备方法，特别是涉及一种纳米金属铜粉体的制备方法。

背景技术

纳米铜粉具有比表面积大、尺寸小、表面活性中心数多、电阻小、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等诸多特点，拥有非常广泛的应用。纳米铜粉不仅是一种优良的润滑剂、催化剂，还可以作为导电填料广泛应用于电磁屏蔽材料和导电涂料中。因此，研制纳米铜粉有重要的理论意义和实用价值。

纳米铜粉体的制备方法主要有化学还原法、电解法、机器研磨法、气相蒸气法、等离子体法等。目前，关于制备纳米铜粉体的文献报道有：

《应用科技》(2004, 31(5): 61-63)介绍了一种液相还原法制备纳米铜粉的方法。首先配制一定浓度的CuCl₂溶液和KBH₄溶液，在CuCl₂溶液中加入氨水，使2价铜离子全部呈配合离子形式存在，并调节溶液pH值至12.2；同时在KBH₄溶液中也加入一定量的氨水，亦调节pH值至12. 2。将Cu( NH₃) ₄²⁺ 溶液缓慢滴入KBH₄溶液中，滴入时剧烈搅拌，控制CuCl₂与KBH₄的物质的量比为1:1。滴完后静置10 min，溶液无色透明，产品悬浮在溶液上层，抽滤分离液体与生成物，产物经蒸馏水多次洗涤后在真空中干燥得到纳米铜粉。专利《一种纳米铜粉的制备方法》(中国专利 CN 101372037A)也介绍了一种类似的方法。该类方法所使用的KBH₄价格昂贵，不利于工业化生产，且在反应过程中需精确调解铜盐和还原剂溶液的pH值以及精确控制两者比例，条件较为苛刻。

《中国粉体技术》(2004, 3:31-32)介绍了一种晶核生长法制备纳米铜粒子的方法。首先配制4 mL0.01 mol/L的NaBH₄溶液。将20 mL蒸馏水煮沸，以去除水中氧气，加入0.005 g的CuSO₄。当温度冷却到50 ℃时，用磁力搅拌器搅拌，向CuSO₄溶液中逐滴滴入NaBH₄溶液，等到颜色变为黄色时停止，制成晶种。将2 gCuSO₄溶于100 mL蒸馏水中。搅拌溶化后加入4 g抗坏血酸，待抗坏血酸溶化后，加入配制好的黄色晶种溶液。1 min后溶液颜色变为红色。离心分离收取粉体，即得到纳米铜。该方法过程较为繁琐，所用还原剂NaBH₄成本高、且形成的晶核大小不易控制，还原产物中含CuO，Cu₂O等杂质，影响纯度。

《Angew. Chem. Int. Ed.》 (2009, 48: 1-4)介绍了一种利用溶胶-凝胶法制备纳米金属铜的方法。该方法以硝酸铜为原料，以柠檬酸为络合剂，将溶液用氨水调节pH值为7，然后将上述溶液倒入烧杯中于95 ℃条件下加热制备成干凝胶。在氩气或氮气等惰性气体的保护下，将凝胶加热至一定温度(300 ℃)进行剧烈燃烧，释放出大量的白色气体，然后冷却至室温后，得到纳米金属铜粉。该方法获得的铜粉粒径约为5-10 nm，但所用原料局限于硝酸铜、对反应的pH值要求较为严格。 

《精细化工》(2000, 17(2): 69-71)介绍了一种均匀沉淀法制备纳米铜的方法。该方法将240 mL浓度为1.0320 mol/L的次亚磷酸钠溶液以80 mL/min的速率加入到2560 mL浓度为0.0715 mol/L的硫酸铜溶液中搅拌，其中硫酸铜溶液的pH值为5.0，溶液温度55~65 ℃，加入4 mL分散剂OP，溶液体系发生氧化还原反应，生成单质铜。此方法中，对pH值要求严格，另外需加入分散剂OP控制粒子团聚。

《华东理工大学学报》(1997, 23(3): 372-376)介绍了一种还原法制备超细铜粉的方法。将一定量的明胶和CuSO₄溶于100 mL蒸馏水中，其中CuSO₄的浓度为0.5 mol/L。将该溶液加入反应器中，恒温于70 ℃。另配制3.0 mol/L的水合肼溶液50 mL，也恒温于70 ℃。在搅拌条件下将水合肼溶液加入反应器中，反应30 min可制得铜粉。该方法中所使用的还原剂水合肼有剧毒，不适于大量使用。