[发明专利]一种氮化铜粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化工材料技术，具体涉及一种氮化铜粉体的制备方法。

背景技术

氮化铜（Cu₃N）是一种以共价键结合的铜的氮化物，具有高电阻率，在对红外和可见光的反射率等方面与Cu单质有明显的差别。氮化铜是一种新型的电、光学材料，它具有典型的反三氧化铼结构，在光存储器件和高速集成电路领域备受瞩目。

通过反应溅射法、气相沉积法和等离子体喷涂等方法制备Cu₃N薄膜，制备工艺也较成熟，而氮化铜粉体制备方法的文献报道很少。目前，关于制备Cu₃N粉体的文献报道有：

《中国科学E辑: 技术科学》(2009, 39(1): 150-155)介绍了一种通过化学气相沉积法制备Cu₃N纳米棒的方法。首先需要制备介孔材料SBA-15模板：三嵌段共聚物EO₂₀PO₇₀EO₂₀ (pluronic 123)做为有机模板分子，在308 K下将其溶于浓度为1.6 mol/L的HCl 溶液中；然后加入tetra-ethylorthosilicate (TEOS)并搅拌至完全溶解；混合物放入反应釜373 K下晶化24 h；所得固体823 K下焙烧6~9 h得到SBA-15。将焙烧过的SBA-15在383 K下干燥12 h，然后以N₂为载气，以C₂H₂为碳源在1073 K下镀碳，得到产物记做SBA-(C)，用作制备Cu₃N纳米结构的模板。将基质与前驱物Copper(II) acetylacetonate以质量比1:1的比例混和后放入CVD反应器中，体系抽真空(真空度为2 kPa)后升温至463 K并保持30 min使Cu(acac)₂升华；然后体系继续升温确保沉积作用开始，至623 K并保持30 min；此过程中H₂做为反应气以0.5 mL/s的流速贯穿反应始终。随后关闭H₂阀，打开NH₃阀，控制其流速为0.5 mL/s，623 K下反应45 min，然后停止通入 NH₃，体系迅速降至室温，此过程体系真空度仍旧保持2 kPa。即可在基质孔中得到产物Cu₃N纳米棒。该方法虽制备得到了纳米级的氮化铜，但是需要合成有机模板分子，过程过于繁琐，时间较长，且涉及的原材料较多，成本较高。

《Chemistry Communications》(2011, 47: 3604-3606)介绍了一种以六水合硝酸铜为原料合成氮化铜纳米晶的方法。将Cu(NO₃)₂·6H₂O加入到10 mL的十八胺中，于240 ℃条件下搅拌10 min，然后将体系冷却至80 ℃，即可在容器底部得到纳米Cu₃N晶体。该方法制备条件较为温和，且时间短。然而，方法所用的原料局限于硝酸铜，并且硝酸铜和十八胺比例控制较苛刻，否则得到的将不是氮化铜产物。

《J Less-Common Met》(1990, 161: 175-184)介绍了一种利用氨热法合成氮化铜的方法。首先，以[Cu(NH₃)₄](NO₃)₂为原料，与单质铜在液氨中于室温下反应生成[Cu(NH₃)_X]NO₃(2≤_X≤3)。然后将上述产物在p(NH₃)=6 kbar的气氛下进行梯度升温(350-580 ℃)，热分解生成Cu₃N、N₂和H₂O。该方法所用的原料不易得，且需要进行前驱体的制备，工艺流程较复杂，压力较高。