CN105741918A - 一种基于纳米铜的导电复合材料及其制备工艺 - Google Patents

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李程
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Abstract

本发明提供一种基于纳米铜的导电复合材料，其特征在于：从下至上依次设置有ITO导电膜基材、石墨烯层及纳米铜导电层。所述的导电复合材料较现有技术的导电材料，导电性能得到显著提高，且电阻率降低，使用范围广；且所述基于纳米铜的导电复合材料的制备工艺简单，生产成本低，便于推广和应用。

Description

一种基于纳米铜的导电复合材料及其制备工艺
技术领域
本发明涉及纳米功能材料技术领域，特别是一种基于纳米铜的导电复合材料及其制备工艺。
背景技术
纳米材料指材料在某些尺寸维度上达到纳米尺度的材料，包括零维的纳米颗粒，一维的纳米线、纳米管以及二维的纳米薄膜，纳米材料颗粒大小在1-100nm范围内，纳米粒子由于粒径小、比表面自由能高，顾其化学势比相同条件下的块状固体高很多，结果导致其熔点和烧结温度大大低于同样材质的块状固体。
金、银和铜纳米粒子被认为是前景很好的导电功能材料，因为它们具有高的导电性（105S/cm）、操作稳定性以及低温过程能力。金和银比铜贵很多，因而在近几年，铜纳米导电材料的制备引起广泛关注。
纳米铜颗粒的优良特性得以造福人类。纳米铜粉的比表面积大、表面活性中心数目多，在冶金和石油化工中是优良的催化剂。纳米级铜粉和其块体材料一样具有很高的热导率和电导率，可用于制造导电浆料，如导电胶、导磁胶等，并用于微电子工业中的封装、连接，对微电子器件的小型化起重要作用。自上世纪九十年代中期，IBM的Pokka等指出纳米铜由于其低电阻而可被用于电子连接后，其特殊的电学性质引起电子界的很大关注，越来越多的研究人员开始把注意力转移到纳米铜的制备和应用上来。在工程结构材料的应用中，纳米铜晶体材料有着良好的拉伸性能和抗冲击强度，其力学性能与传统的铜材相比有着很明显的提升。另外，纳米铜粉是高导电率、高强度的纳米铜材不可缺少的基础原料，因此纳米铜粉和与其有关的复合材料的研制具有重要的理论意义和实用价值。
中国专利201410828545.1，公开了一种环氧树脂/石墨烯/纳米铜复合材料的制备工艺，涉及一种环氧树脂复合材料的制备工艺。本发明是要解决目前的环氧树脂不同时具备优良的导电性能和优异的机械性能的技术问题。本发明：一、制备氧化石墨烯溶胶；二、氧化石墨烯负载纳米铜粉；三、负载纳米铜粉的石墨烯在环氧树脂中的分散；四、固化。本发明的优点：一、本发明方法制备的环氧树脂/石墨烯/纳米铜复合材料中石墨烯/纳米铜在环氧树脂中的分散性良好；二、与纯环氧树脂相比，本发明制备的环氧树脂/石墨烯/纳米铜复合材料的抗拉强度大幅度提高；三、本发明制备的环氧树脂/石墨烯/纳米铜复合材料的玻璃化转变温度与纯环氧树脂相比有提高。但是本发明环氧树脂/石墨烯/纳米铜复合材料的导电性能并不适用于导电材料。
因此，需要发明一种基于纳米铜的导电功能材料，来提高材料的导电性能。
发明内容
为解决上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于纳米铜的导电复合材料及其制备工艺。所述的导电复合材料较现有技术的导电材料，导电性能得到显著提高，且电阻率降低，使用范围广；且所述基于纳米铜的导电复合材料的制备工艺简单，生产成本低，便于推广和应用。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种基于纳米铜的导电复合材料，从下至上依次设置有ITO导电膜基材、石墨烯层及纳米铜导电层。
且，所述ITO导电膜基材的厚度为100-200μm。
另有，所述石墨烯层的厚度为500-700nm。
再，所述纳米铜导电层的厚度为150-300nm。
进一步地，所述纳米铜导电层含有纳米铜粉，纳米铜粉的粒径为30-50nm。
一种基于纳米铜的导电复合材料的制备工艺，包含以下步骤：
（1）采用化学气相沉积法在催化的金属衬底上沉积所述石墨烯层，再将所述石墨烯层转移至所述ITO导电膜基材表面；
（2）将纳米铜粒子均匀分散于有机溶剂中，采用超声分散至少2h，将得到的溶液喷涂于石墨烯层表面，接着真空干燥，并在惰性氛围保护下进行烧结，烧结温度为100-200℃，最终得到一种基于纳米铜的导电复合材料。
同时，所述步骤（2）中的有机溶剂为乙醇、乙二醇中的任一种或其组合。
本发明的有益效果在于：
（1）本发明所述的一种基于纳米铜的导电复合材料，从下至上依次设置有ITO导电膜基材、石墨烯层及纳米铜导电层，较现有技术的导电材料，所述导电复合材料的导电性能得到显著提高，且电阻率降低，使用范围广；
（2）本发明所述的一种基于纳米铜的导电复合材料的制备工艺，制备工艺简单，生产成本低，便于推广和应用。
附图说明
图1为本发明所提供的一种基于纳米铜的导电复合材料的结构示意图。
其中：1为ITO导电膜基材，2为石墨烯层，3为纳米铜导电层。
具体实施方式
实施例1
参见图1，图1为本发明所述的一种基于纳米铜的导电复合材料的结构示意图：一种基于纳米铜的导电复合材料，从下至上依次设置有ITO导电膜基材1、石墨烯层2及纳米铜导电层3。
且，所述ITO导电膜基材1的厚度为100μm。
另有，所述石墨烯层2的厚度为500nm。
再，所述纳米铜导电层3的厚度为150nm。
进一步地，所述纳米铜导电层3含有纳米铜粉，纳米铜粉的粒径为30nm。
一种基于纳米铜的导电复合材料的制备工艺，包含以下步骤：
（1）采用化学气相沉积法在催化的金属衬底上沉积所述石墨烯层2，再将所述石墨烯层2转移至所述ITO导电膜基材1表面；
（2）将纳米铜粒子均匀分散于乙醇中，采用超声分散2h，将得到的溶液喷涂于石墨烯层2表面，接着真空干燥，并在惰性氛围保护下进行烧结，烧结温度为200℃，最终得到一种基于纳米铜的导电复合材料。
所制备的导电复合材料性能如下：导电率：145.2S/m。
实施例2
一种基于纳米铜的导电复合材料，从下至上依次设置有ITO导电膜基材1、石墨烯层2及纳米铜导电层3。
且，所述ITO导电膜基材1的厚度为150μm。
另有，所述石墨烯层2的厚度为600nm。
再，所述纳米铜导电层3的厚度为220nm。
进一步地，所述纳米铜导电层3含有纳米铜粉，纳米铜粉的粒径为30nm。
一种基于纳米铜的导电复合材料的制备工艺，包含以下步骤：
（1）采用化学气相沉积法在催化的金属衬底上沉积所述石墨烯层2，再将所述石墨烯层2转移至所述ITO导电膜基材表面1；
（2）将纳米铜粒子均匀分散于乙醇和乙二醇和混合溶剂中，采用超声分散5h，将得到的溶液喷涂于石墨烯层2表面，接着真空干燥，并在惰性氛围保护下进行烧结，烧结温度为100℃，最终得到一种基于纳米铜的导电复合材料。
所制备的导电复合材料性能如下：导电率：131.8S/m。
实施例3
一种基于纳米铜的导电复合材料，从下至上依次设置有ITO导电膜基材1、石墨烯层2及纳米铜导电层3。
且，所述ITO导电膜基材1的厚度为200μm。
另有，所述石墨烯层2的厚度为700nm。
再，所述纳米铜导电层3的厚度为300nm。
进一步地，所述纳米铜导电层3含有纳米铜粉，纳米铜粉的粒径为50nm。
一种基于纳米铜的导电复合材料的制备工艺，包含以下步骤：
（1）采用化学气相沉积法在催化的金属衬底上沉积所述石墨烯层2，再将所述石墨烯层2转移至所述ITO导电膜基材1表面；
（2）将纳米铜粒子均匀分散于乙二醇中，采用超声分散3h，将得到的溶液喷涂于石墨烯层2表面，接着真空干燥，并在惰性氛围保护下进行烧结，烧结温度为150℃，最终得到一种基于纳米铜的导电复合材料。
所制备的导电复合材料性能如下：导电率：139.5S/m。
本发明所述的一种基于纳米铜的导电复合材料，从下至上依次设置有ITO导电膜基材1、石墨烯层2及纳米铜导电层3，较现有技术的导电材料，所述导电复合材料的导电性能得到显著提高，且电阻率降低，使用范围广；且制备工艺简单，生产成本低，便于推广和应用。
需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (7)

1.一种基于纳米铜的导电复合材料，其特征在于：从下至上依次设置有ITO导电膜基材、石墨烯层及纳米铜导电层。
2.根据权利要求1所述的一种基于纳米铜的导电复合材料，其特征在于，所述ITO导电膜基材的厚度为100-200μm。
3.根据权利要求1所述的一种基于纳米铜的导电复合材料，其特征在于，所述石墨烯层的厚度为500-700nm。
4.根据权利要求1所述的一种基于纳米铜的导电复合材料，其特征在于，所述纳米铜导电层的厚度为150-300nm。
5.根据权利要求1所述的一种基于纳米铜的导电复合材料，其特征在于，所述纳米铜导电层含有纳米铜粉，纳米铜粉的粒径为30-50nm。
6.一种基于纳米铜的导电复合材料的制备工艺，其特征在于：包含以下步骤：
（1）采用化学气相沉积法在催化的金属衬底上沉积所述石墨烯层，再将所述石墨烯层转移至所述ITO导电膜基材表面；
（2）将纳米铜粒子均匀分散于有机溶剂中，采用超声分散至少2h，将得到的溶液喷涂于石墨烯层表面，接着真空干燥，并在惰性氛围保护下进行烧结，烧结温度为100-200℃，最终得到一种基于纳米铜的导电复合材料。
7.根据权利要求6所述的一种基于纳米铜的导电复合材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤（2）中的有机溶剂为乙醇、乙二醇中的任一种或其组合。
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