[发明专利]一种室温下制备超细铜粉的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及功能材料，尤其是室温条件下超细铜粉的制备方法。

背景技术

超细金属颗粒的表面效应、小尺寸效应、量子效应和宏观隧道效应使其在集成电路、催化、润滑、抗菌、电磁屏蔽等领域具有极其重要的应用价值。目前一些贵金属的超细微粒如金、铂、银都已得到了广泛的研究，而金属铜微粒易被氧化、颗粒分散性较差且形貌不易控制，所以相关研究较少。相比于贵金属微粒，金属铜的价格相对低廉，并且具有良好的导电性，这使其具有广泛的应用前景。

目前制备超细铜粉的方法主要有球磨法、气相蒸发法、微乳液法、电解法、γ射线辐照法、溶胶-凝胶法、超临界流体干燥法、液相还原法等。其中液相还原法由于其制备成本低、设备简单易得、反应容易控制等优点而具有重要研究价值。然而通常液相还原法制备超细铜粉的关键步骤，即铜离子被还原剂还原成金属铜这一反应步骤通常需要提供较高的反应温度。较高的反应温度造成了成本的增加、升温的环节消耗了时间，这限制了液相还原法制备超细铜粉的发展。

Kyoohee Woo[参考文献Kyoohee Woo，Kongjo Kim，Jang Sub Kim，Soonkwon Lim，Jooho Moon.Ink-Jet Printing of Cu-Ag-Based Highly Conductive Tracks on a Transparent Substrate[J].Langmuir，2009，Vol25(1)：429～433.]等人以聚乙烯吡咯烷酮为分散剂，以次亚磷酸钠为还原剂在一缩二乙二醇体系中还原硫酸铜，制得了超细铜粉，但是该反应需要140℃的反应温度。

公开号为CN 1188700A的中国专利申请提供了一种在液相中用连二亚硫酸钠还原二价铜离子制备超细铜粉的方法，但是该方法在铜离子被还原成金属铜微粒的步骤中需要40～100℃的反应温度。

公开号为CN 101195170A的中国专利申请提供了一种采用两步还原将二价铜离子还原为超细铜粉的方法，但是该方法在第一步和第二步还原时都需要提供60～80℃的环境温度。

以上方法得到的超细铜粉都需要在铜离子被还原成金属铜的这一步骤中提供较高的反应温度，并且液相还原法制备超细铜粉过程中使用的还原剂大都为甲醛、水合肼等有毒试剂。这在很大程度上制约了液相还原法制备超细铜粉的工业生产和实际应用。

发明内容

本发明旨在提供一种室温下制备超细铜粉的方法，以解决反应温度对液相还原法制备超细铜粉的限制，该方法设备简单、不需热源、工艺流程短、成本低、制备出的超细铜粉纯度高、分散性好，且制备过程中采用的原料对人体无害，对环境友好。

本发明详细技术方案为：

一种室温下制备超细铜粉的方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1：配制铜盐溶液。以乙酸铜为溶质，乙二醇为溶剂，配制乙酸铜的乙二醇溶液作为铜盐溶液，其中乙酸铜的质量浓度控制在2.9g/L～20g/L之间。

步骤2：配制还原性保护溶液。以抗坏血酸为还原剂，聚乙烯吡咯烷酮为保护剂，将所述还原剂和保护剂溶于乙二醇中，得到还原性保护溶液；其中所述还原剂的质量浓度控制在11g/L～50g/L之间，所述保护剂的质量浓度控制在2.5g/L～100g/L之间。

步骤3：液相还原反应。在室温条件下将步骤1配制的铜盐溶液和步骤2配制的还原性保护溶液按照乙酸铜∶抗坏血酸＝1∶(2～10)的摩尔比进行混合，同时进行搅拌。

步骤4：收集步骤3液相还原反应所得固体物，经无水乙醇洗涤、真空干燥，得到最终的超细铜粉。