一种水相制备微米级球形或类球形Cu粉的方法

本发明属于金属粉末制备，具体涉及一种水相制备微米级球形或类球形cu粉的方法。

背景技术：

1、cu粉具有较低的电阻和材料成本，在触摸板和太阳能电池行业，cu粉作为导电浆料中的填料已被广泛研究。然而，室温下纯cu粉在空气中容易逐渐被氧化，而且氧化过程随着温度的升高而加速。制备和应用ag包覆的cu粉(cu@ag)可以抑制cu粉的表面氧化。高级封装应用中cu互连间距变得越来越窄，因此，制备粒径几微米的金属粉末填充物(包括cu@ag粉末)变得更为重要。由于传统的雾化方法无法产生如此小的颗粒，制备几微米的cu粉采用湿化学方法更为适合。湿化学方法制备cu粉可以最大限度地减少cu粉的颗粒尺寸差异，获得粒径均一的cu粉。

2、cu粉的形貌、粒径大小和分布以及分散性等参数对后续制备的cu@ag粉末的性能具有重要影响。公告号为cn 103397349 b的中国发明专利采用硫酸铜、硫酸铵、氨水、添加剂和水组成电解液，氮气除氧后，通过直流三电极电解在阴极制备出二维羽毛状cu粉。

3、在电子浆料应用中，球形或类球形ag粉形成的导电膜的接触面结构及电极的导电性良好，制备的太阳能电池的光电转换效率高。那么，要想制备高性能的cu@ag粉末，首先需要制备出粒径均一、分散性良好的球形或类球形cu粉。目前，使用湿化学方法制备粒径为微米级的cu粉已成为一种更为关键的生产技术。公开号为cn 114749677 a的中国发明专利在乙二醇和水的混合溶液中，采用两种分散剂(如聚乙烯吡咯烷酮和β-环糊精)和两种还原剂(如次磷酸钠和抗坏血酸)，制备了粒径从1-10μm可调的cu粉。其不足之处是，从其sem图可以看出，一些样品的粒径分布较宽，一些样品存在团聚现象。而且，相当一部分样品中除了类球形的cu粉，还存在许多片状结构的cu粉，即产物形貌不统一。这将影响后续ag的包覆以及导电浆料的性能。因此，采用简单的湿化学方法制备出粒径范围分布窄、粒径可调、形貌均一且具有较高分散性的球形或类球形cu粉显得尤为重要。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供一种水相制备微米级球形或类球形cu粉的方法，目的是采用简便的工艺制备出表面光滑、粒径分布均匀，粒径大小在1.0μm-5.0μm范围内可调控、形貌均一、分散度高的球形或类球形cu粉。

2、本发明具体是通过以下技术方案来实现的，依据本发明提出的一种水相制备微米级球形或类球形cu粉的方法，包括以下步骤：

3、(1)、称取一定量的硫酸铜和聚二烯丙基二甲基氯化铵(pdda)，加入到一定体积的水中，搅拌至完全溶解，得到溶液a，备用；

4、溶液a中硫酸铜的摩尔浓度为30-80mmol/l，pdda(重复单元)的摩尔浓度为100-300mmol/l；

5、(2)、称取一定量的还原剂n,n-二乙基羟胺(deha)，加入到一定体积的水中，搅拌至完全溶解，得到溶液b，备用；该溶液b中还原剂的摩尔浓度为80-120mmol/l；

6、(3)、将溶液a和溶液b混合后在70-95℃的温度下，以一定的转速搅拌反应4h；然后进行离心分离，用去离子水对沉淀进行洗涤后于40℃真空干燥，得到微米级cu粉。

7、较佳地，步骤(1)和步骤(2)中所用的溶剂水的体积相等。

8、较佳地，步骤(3)中转速为200-800rpm/min。

9、进一步地，所制备的cu粉的形貌为球形或类球形。其粒径分布范围窄，粒径在1.0-5.0μm范围内可调控。

10、本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明可达到相当的技术进步性及实用性，并具有广泛的利用价值，其至少具有下列优点：

11、(1)、本发明制备的微米级cu粉呈球形、类球形，形貌均一，cu粉分散性好，没有其他结构的cu产物，cu粉粒径分布均匀，粒径在1.0μm-5.0μm范围内可调，粒径分布范围较窄，表面光滑，结晶度高，具有较高的抗氧化性，有利于进一步制备ag包覆的cu粉(cu@ag)。

12、(2)、本发明在制备过程中使用了聚二烯丙基二甲基氯化铵作为分散剂，聚二烯丙基二甲基氯化铵的作用在于提高产物的分散性、控制产物的形貌为球形或类球形结构。以水为反应溶剂，工艺过程绿色环保，简单易实现，易于放大。

13、(3)、本发明合成温度相对较低，这主要得益于n,n-二乙基羟胺还原剂的选择和使用，n,n-二乙基羟胺还原剂具有中等强度的还原能力，能够在相对较低的温度下合成性能优异、粒径分布范围窄、分散度高、结晶度高、形貌均一的cu粉。通过改变反应物种的浓度、反应温度和搅拌速度等，可以有效调控合成出粒径均一且大小从1.0μm到5.0μm可调控的微米级球形或类球形的cu粉。

技术特征：

1.一种水相制备微米级球形或类球形cu粉的方法，其特征在于包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的水相制备微米级球形或类球形cu粉的方法，其特征在于步骤(1)和步骤(2)中所用的溶剂水的体积相等。

3.如权利要求1所述的水相制备微米级球形或类球形cu粉的方法，其特征在于步骤(2)的溶液b中还原剂n,n-二乙基羟胺的浓度为80-120mmol/l。

4.如权利要求1所述的水相制备微米级球形或类球形cu粉的方法，其特征在于步骤(3)中转速为200-800rpm/min。

5.如权利要求1所述的水相制备微米级球形或类球形cu粉的方法，其特征在于所制备的cu粉的形貌为球形或类球形。

6.如权利要求1-5任一所述的水相制备微米级球形或类球形cu粉的方法，其特征在于所制备的cu粉的粒径在1.0-5.0μm内可调控。

7.如权利要求1所述的水相制备微米级球形或类球形cu粉的方法，其特征在于通过改变反应物种的浓度、反应温度和搅拌速度调控cu粉粒径。

技术总结
本发明涉及一种水相制备微米级球形或类球形Cu粉的方法，称取一定量的硫酸铜和聚二烯丙基二甲基氯化铵加入到一定体积的水中，搅拌溶解得到溶液A；硫酸铜和聚二烯丙基二甲基氯化铵在溶液A中的摩尔浓度分别为30‑80mmol/L和100‑300mmol/L；称取一定量的还原剂N,N‑二乙基羟胺加入到一定体积的水中，搅拌溶解得到溶液B；将溶液A和溶液B混合后在70‑95℃的温度下，以一定的转速搅拌反应4h；然后离心分离、洗涤、真空干燥，得到微米级Cu粉。本发明制备的微米级Cu粉呈球形、类球形，Cu粉分散性好，粒径分布均匀，粒径在1.0μm‑5.0μm范围内可调，粒径分布范围较窄，形貌均一，结晶度高，有利于进一步制备Ag包覆的Cu粉(Cu@Ag)。

技术研发人员：卢伟伟,姚开胜,韩天航,高佳凯,王双双,李行
受保护的技术使用者：河南科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15