CN106001595B - 一种六方氮化硼包裹纳米铜颗粒的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种制备六方氮化硼包裹纳米铜颗粒的方法。将一定摩尔比例六方氮化硼的前驱体和纳米铜颗粒前驱体混合研磨，在氮气氛围下高温煅烧制备六方氮化硼包裹纳米铜颗粒。本发明原料便宜易得，成本低，制备方法操作简单,制备出的六方氮化硼包裹纳米铜复合材料具有优良的导热性能，并且具有高温抗氧化性能可以使铜颗粒在腐蚀性液体或者气体中稳定存在，因为六方氮化硼壳保护了铜颗粒被外界环境影响到。

Description

一种六方氮化硼包裹纳米铜颗粒的制备方法

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及电子元件散热技术领域，特别是一种高导热率、高机械强度、高温抗氧化性的无机复合金属纳米颗粒材料。更具体的涉及一种基于铜氨络合物前驱体的制备，和焙烧六方氮化硼前驱体混合物进而得到六方氮化硼包裹铜颗粒的方法。

背景技术

随着科技的发展和产业的升级，电气及电子设备的集成化，小型化，高频化，轻量化程度愈来愈高，为了不影响器件的使用性能，寿命和稳定性，对设备的散热及抗氧化腐蚀提出更严格的需求，从而对导热材料提出了更高的要求。要求导热材料具有膨胀系数低、导热系数高及高比刚强度的特点，而传统导热材料如铜、铝、铁钛合金则热膨胀系数大和密度大，已经不能满足现代发展的要求。而且金属抗腐蚀性能，绝缘性差和成型工艺性能较差，限制了其在这些领域上的应用，因而迫切需要开发除高导热性能外，还具有其它优良综合性能如质轻、耐腐蚀、易成型加工及绝缘的材料。

六方氮化硼是一种具有类似石墨烯层状结构的物质，它是一种宽禁带半导体（3.5-5.9eV)，具有良好的电绝缘性，导热性，化学稳定性等性能。在增强陶瓷、耐高温机械器件制备、高分子聚合物填充剂等方面具有广泛的工业应用。六方氮化硼纳米片，因为具有不同的微观形貌而导致其独特的特性，除了上述所具有的性能外，还具有其他的特别性能，如，低膨胀率、优良的紫外发光性能、良好的润滑性和优良的耐腐蚀性等；尤其是其在电子导热胶填料、电子封装、陶瓷导热涂料、膜电极材料、电子散热器件等方面具有广泛的潜在应用。

六方氮化硼包裹的纳米金属颗粒作为一种新型的复合材料，引起了广大学者和企业的关注。它是一种新型高导热，高化学稳定性，热膨胀系数小，密度低，综合性能优异的导热材料。它既可以改善基体介质的热传导性能，实现对热量的高效率传递；同时还可以利用其特殊纳米六方氮化硼层结构特性，克服传统金属颗粒导热填料的形变能力差的缺点，有效地解决热接触的问题；同时还改善了金属的抗腐蚀性能，降低导热层重量，因而有助于克服现有复合高分子导热填料的不足而成为性能优越的纳米导热材料。例如，纳米金属颗粒在作为导热胶填料时，容易与空气接触，从而导致纳米金属颗粒氧化和腐蚀，以化学性质稳定的六方氮化硼作为包裹材料，对金属颗粒纳米材料具有保护作用，可以避免环境因素的影响，同时将纳米金属颗粒限域在很小的空间内，既保持了金属颗粒的特性，又实现了纳米金属粒径的可控制备，因而有助于克服现有导热填料的不足而成为性能优越的纳米导热材料。

发明内容

本发明的目的在于首次成功使用化学法合成法制备出六方氮化硼包裹铜纳米颗粒，提供了一种成本低、工艺简单、易于工业生产的六方氮化硼包裹纳米铜颗粒的化学合成方法，同时有效地提高六方氮化硼包裹纳米铜颗粒的制备产率和质量。

本发明涉及一种六方氮化硼包裹纳米铜颗粒的制备方法，其特征在于有以下的过程和步骤：

（1）将六方氮化硼的前驱体和纳米铜颗粒的前驱体按一定比例混合研磨均匀；

（2）将步骤（1）所得的混合物放入管式炉中，在一定的升温速率下达到煅烧温度并且保持一段时间；然后分别用乙醇和水清洗所得产物，最后放入干燥箱中干燥得到最终产品。

步骤（1）中，所述的六方氮化硼前驱体为硼酸铵、硼氢化钠、硼氢化钾、氨硼烷、硼粉或硼酸中的一种。

步骤（1）中，所述的纳米铜颗粒前驱体为硝酸铜、氯化铜、醋酸铜、氮化铜、氯化四氨合铜或铜粉中的一种。

步骤（1）中，所述六方氮化硼前驱体和纳米铜颗粒前驱体的摩尔比1:1~1:6。

步骤（2）中，所述升温速率是1℃/min~10℃/min。

步骤（2）中，所述的煅烧温度为700~1200℃，煅烧时间为1~5 h。

与现有的技术相比，本发明具有以下特点：

1）本发明开发了一种化学合成法制备六方氮化硼包裹纳米铜颗粒的新工艺路线，该工艺制备成本低，操作容易控制，可以实现工业生产，产率在40%以上。

2）本发明制备的六方氮化硼纳米层的厚度在10~15 nm之间，铜金属颗粒直径在100~200 nm之间。其纯度高，缺陷少，几乎不含有杂质，能很好的分散在水、乙醇、异丙醇、N,N-二甲基酰胺等溶剂中。

3）所制备的六方氮化硼包裹纳米铜颗粒复合材料，具有优良的导热性能，导热系数为153 W/(m·℃), 具有良好的高温抗氧化性能，可以在400℃中稳定存在。

附图说明

图1是实施例（1）制备的六方氮化硼包裹纳米铜颗粒和六方氮化硼的FTIR谱图。

图2是实施例（2）制备的六方氮化硼包裹纳米铜颗粒和六方氮化硼的XRD谱图。

图3是实施例（3）制备的六方氮化硼包裹纳米铜颗粒的SEM照片。

图4是实施例（4）制备的六方氮化硼包裹纳米铜颗粒的TEM照片。

图5是实施例（5）制备的六方氮化硼包裹纳米铜颗粒的导热片。

具体实施方式

下面通过具体实施例和附图对本发明进一步说明。

实施例1：

分别称取1 g硼酸铵和2 g硝酸铜，室温混合研磨10分钟。放入管式炉中煅烧，在升温速率1℃/min下升到700℃, 在700℃下保持1h。将煅烧后所得产品分别用乙醇和水清洗三遍，然后放入干燥箱中干燥得到六方氮化硼包裹纳米铜颗粒产品。从FTIR谱图中看出产品的氮化硼红外特征峰，证明氮化硼制备成功。

图1是本实施例制备六方氮化硼包裹纳米铜颗粒和六方氮化硼的FTIR谱图。从FTIR谱图中看出产品的氮化硼红外特征峰，证明氮化硼制备成功。

实施例2：

分别称取1 g硼氢化钠和3g醋酸铜，室温混合研磨10分钟。放入管式炉中煅烧，在升温速率10℃/min下升到1200℃, 在1200℃下保持5h。将煅烧后所得产品分别用乙醇和水清洗三遍，然后放入干燥箱中干燥得到六方氮化硼包裹纳米铜颗粒产品。从XRD谱图中看出产品的氮化硼和金属单质铜的特征峰，证明氮化硼和铜金属颗粒制备成功。

图2是本实施例制备的六方氮化硼包裹纳米铜颗粒与商品氮化硼和六方氮化硼的XRD谱图。从XRD谱图中看出产品的氮化硼和金属铜的特征峰，证明氮化硼包裹铜金属颗粒制备成功。

实施例3：

分别称取1 g硼氢化钾和1.2g氯化四氨合铜，室温混合研磨10分钟。放入管式炉中煅烧，在升温速率5℃/min下升到900℃, 在900℃下保持2h。将煅烧后所得产品分别用乙醇和水清洗三遍，然后放入干燥箱中干燥得到六方氮化硼包裹纳米铜颗粒产品。从SEM谱图中看出六方氮化硼完整包裹金属铜颗，六方氮化硼厚度在~10 nm, 纳米铜颗粒直径在100~300 nm，证明氮化硼包裹铜金属颗粒制备成功。

图3是本实施例制备的六方氮化硼包裹纳米铜颗粒的SEM照片。从SEM谱图中看出六方氮化硼完整包裹金属铜颗粒，六方氮化硼厚度在~10 nm, 纳米铜颗粒直径在100~300nm，证明氮化硼包裹铜金属颗粒制备成功。

实施例4：

分别称取1 g硼氢化钾和2 g铜粉，室温混合研磨10分钟。放入管式炉中煅烧，在升温速率5℃/min下升到900℃, 在900℃下保持2h。将煅烧后所得产品分别用乙醇和水清洗三遍，然后放入干燥箱中干燥得到六方氮化硼包裹纳米铜颗粒产品。TEM谱图能够看出六方氮化硼完整包裹金属铜颗，六方氮化硼厚度在~10 nm, 纳米铜颗粒直径在50~100 nm，证明氮化硼包裹铜金属颗粒制备成功。如图4所示。

图4是本实施例制备的六方氮化硼包裹纳米铜颗粒的TEM照片。从TEM谱图能够看出六方氮化硼完整包裹金属铜颗，六方氮化硼厚度在~10 nm, 纳米铜颗粒直径在50~100nm，证明氮化硼包裹铜金属颗粒制备成功。

实施例5：

分别称取1 g氨硼烷和2 g氯化铜，室温混合研磨10分钟。放入管式炉中煅烧，在升温速率5℃/min下升到1000℃, 在1000℃下保持4 h。将煅烧后所得产品分别用乙醇和水清洗三遍，然后放入干燥箱中干燥得到六方氮化硼包裹纳米铜颗粒产品。样品制备成导热片，所制备的六方氮化硼包裹纳米铜颗粒复合材料，具有优良的导热性能，具有良好的高温抗氧化性能。

图5是实施事例（5）制备的六方氮化硼包裹纳米铜颗粒的导热片。

Claims (1)

1.一种六方氮化硼包裹纳米铜颗粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

称取1 g硼氢化钾和1.2g氯化四氨合铜，室温混合研磨10分钟，放入管式炉中煅烧，在升温速率5℃/min下，升到900℃, 在900℃下保持2h；将煅烧后所得产品分别用乙醇和水清洗三遍，然后放入干燥箱中干燥得到六方氮化硼包裹纳米铜颗粒产品。