[发明专利]纳米铜粉的稳定制备方法

说明书

技术领域本发明涉及纳米金属的制备，特别是涉及纳米铜粉的制备方法。

背景技术超微细铜粉以其优异的物理和化学性质及一些特殊的性能，成为应用潜力大、附加值高的基础功能性粉体材料，主要应用于生产粉末冶金、电子材料、摩擦材料、含油轴承、导电材料、医药、金刚石制品和机械零件等。纳米铜粉也开始应用于石油催化剂、润滑剂、导电与装饰涂料和电磁屏蔽材料等高科技领域中。 

传统生产方法如电解法和雾化法所得产品粒径较大，达几个微米，甚至10um以上，不合适制备超细铜粉。其中电解法生产纯度高，但粒径大、形状不规则；水雾化法成本高、收率低、颗粒不均匀和质量不稳定。文献报道的超细铜粉的制备方法如：物理法(球磨法、气相蒸汽法、等离子法、γ射线辐照法等)和液相化学还原法。前者成本高，设备昂贵。目前研究较多的是液相化学还原法，大多数方法处于探索实验阶段。常用的还原剂有水合肼、次亚磷酸钠、硼氢化物、甲醛等。

硼氢化物还原能力强，但反应体系不稳定，产品铜粉易结块；甲醛毒性大；次亚磷酸钠还原能力适中，但存在产物易粘连、粒度分布不均匀等缺点。水合肼作还原剂有一定优势。

专利CN1191142C公开采用水合肼还原硫酸铜，过程中用NaOH调节pH值，由于NaOH碱性太强，氧化还原反应激烈，且产物易结块。专利CN1686648A公开用氨水作络合剂，形成清透的铜氨络合物溶液，但反应物浓度太低，生产效率低，不适合工业化生产。现有纳米铜粉制备方法有的重现性差，有的在放大体系下反应不稳定。虽然有的方法涉及了包覆保护，但并未对制备全过程采用保护措施，纳米铜粉在洗涤过程最容易发生氧化。

发明内容本发明要解决的技术问题在于避免现有技术的不足之处，提供一种稳定的、适合工业化生产的制备纳米铜粉的方法。

本发明采取的技术方案是如下：提出一种纳米铜粉的稳定制备方法，包括以下步骤：

⑴ 在纯水中加入硫酸铜，配制浓度为0.1~1.0mol/L的铜盐溶液，置于反应器中并预热至50~90℃；

⑵ 边搅拌边滴加质量百分浓度为（15~30）%的氨水，形成蓝色浑浊液，氨水与铜盐的摩尔比为（1~4）:1，然后滴加质量百分浓度为（70~90）%的还原剂水合肼溶液，水合肼与铜盐的摩尔比为（1~3）:1；

⑶ 待水合肼还未反应完时注入分散剂溶液，加料完毕保温（1~3）h；

⑷ 对生成的砖红色粉末进行过滤洗涤，先用经处理的纯水洗涤，再用乙醇洗涤，最后用含有包覆剂的乙醇溶液浸泡；

⑸ 倾倒出上清液，真空干燥得到铜粉。

步骤（3）中，水合肼还未反应完是指所述水合肼还剩0~50%。

步骤（4）中，所述经处理的纯水为煮沸的纯水或添加了少量维生素C的纯水。

所述分散剂为十六烷基三甲基溴化铵和聚乙烯吡咯烷酮混合分散剂，两者质量比为1:5。

所述包覆剂为抗氧化剂2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚。

与现有技术相比，本发明的技术效果在于：制备方法重现性好，体系放大后反应过程稳定，检测结果与小体系一致。通过调整反应参数，如反应温度和加料速度等，所得纳米铜粉粒径在50~200nm内变化。

附图说明

图1是本发明方法实施例制备的铜粉的X射线衍射（XRD）图谱，显示产物为纯的铜粉，不含杂质峰如氧化铜和氧化亚铜等，说明铜粉未发生氧化；

图2是实施例1制备的铜粉的扫苗电镜图；

图3是实施例2制备的铜粉的扫描电镜图。

具体实施方式

本发明的制备方法，具体步骤如下：

⑴ 在纯水中加入硫酸铜，配制浓度为0.1~1.0mol/L的铜盐溶液，置于反应器中并预热至50~90℃。

⑵ 在搅拌下快速滴加质量百分浓度为20%的氨水，形成一定程度的蓝色浑浊液，而并非透明的铜氨络合溶液，氨水与铜盐的摩尔比为1~4:1。再缓慢滴加质量百分浓度为80%的还原剂水合肼溶液。水合肼与铜盐的摩尔比为1~3:1。

⑶ 待水合肼还剩一定量的时候快速注入分散剂溶液，加料完毕保温2h。

⑷ 对生成的砖红色粉末进行过滤洗涤，先用经处理的纯水洗涤2次，再用乙醇洗涤2次，最后用含有包覆剂的乙醇溶液浸泡20分钟。

⑸ 倾倒出上清液，真空干燥得铜粉。