CN107876797B - 一种异形貌微米级铜粉的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明主要属于铜粉制备技术领域，具体涉及一种异形貌微米级铜粉的制备方法。所述制备方法利用有机试剂作为反应介质来溶解铜盐，通过高温均匀加热启动还原反应而制备出特殊形貌的微米级铜粉。所述特殊形貌的微米级铜粉的形貌为三角形、六边形、五棱锥形和多边形柱状中的任意一种或任意两种及两种以上。本发明所述方法提供了一种在非水介质中合成铜粉的方法，通过限定有机介质种类，利用铜盐在特定有机溶剂中被还原的动力学特征的特殊性，来构建和设计还原反应过程，制备出特殊形貌和粒度特征的铜粉。

Description

一种异形貌微米级铜粉的制备方法
技术领域
本发明主要属于铜粉制备技术领域，具体涉及一种异常形貌的、分散良好的、微米级铜粉的制备方法，制备获得的微米级铜粉包括特殊形状，如三角形、六边形、五棱锥形、多边形柱状等特殊外形。
背景技术
铜粉在导电浆料、杀菌材料等领域用途广泛，而其粒度和形貌等特征对其性能影响甚大。如何控制其粒度和形貌特征，是合成过程中需要认真考虑的事情。现有铜粉的制备有直接还原法，即采用铜盐或其沉淀前驱体为原料，经过还原剂接触反应，或者电解过程，即可得到粗细不等、形状各异的铜粉。也有间接法，即先可控合成含铜的沉淀结晶粉体，再经过热分解得到铜粉。间接法的加热过程耗能，且高温分解容易导致颗粒结构与形貌破坏、团聚加重，兼之操作流程长，因此间接法制备铜粉，尤其是超细粒度的铜粉，相对较少为人采用。直接还原法制备铜粉，往往容易发生团聚而破坏其品相，降低其性能。这些过程往往都在水介质中进行，因此有人尝试转换到非水介质中合成金属粉末，发现其常常有异于水介质中合成粉末不一样的特点。
在水介质中合成铜粉，多年来为人研究甚多。利用该方法合成诸种特征的铜粉，均已经为人所熟识。而一些异常形貌特征（相对常见形貌为球形、规则片状等）的铜粉，也即可能具有异常性能的铜粉，则鲜为人知。随着铜粉在更多行业的推广应用，常规粒度和形貌（如球形、片状）的铜粉不一定能够恰好地满足其具体的特殊应用要求，亟需不断地拓展各种粒度和形貌特征的铜粉制备方法。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种微米铜粉的制备方法，利用有机试剂作为反应介质来溶解铜盐，通过高温均匀加热启动还原反应而制备出特殊形貌的铜粉，制备获得包括三角形、六边形、五棱锥形、多边形柱状等形状铜粉。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种异形貌微米级铜粉的制备方法，所述制备方法利用有机试剂作为反应介质来溶解铜盐，通过高温均匀加热启动还原反应而制备出具有特殊形貌的微米级铜粉。
进一步地，所述特殊形貌的微米级铜粉的形貌为三角形、六边形、五棱锥形和多边形柱状中的任意一种或任意两种及两种以上。
进一步地，所述有机溶剂为N甲基吡咯烷酮NMP ，该有机试剂分子量大，不易挥发，是一种极性的非质子传递溶剂，具有毒性小、沸点高、溶解力出众，选择性强和稳定性好的优点；并且有机溶剂NMP在高温下，其Ｃ＝Ｏ基团是供电子体，具有温和的还原性，可以使铜源离子源源不断地得到电子而被还原；且该体系的还原反应能力受温度的控制而提升，方便还原过程的控制调节。
进一步地，所述方法具体为：
（1）称量可溶性铜盐，将其溶解到有机溶剂N甲基吡咯烷酮中，搅拌使所述可溶性铜盐完全溶解，获得铜盐的有机溶液；
（2）将步骤（1）配置的所述铜盐的有机溶液置于油浴锅或高压反应釜中进行高温均匀加热，以完成还原反应，制备获得含有铜粉的有机溶液；
（3）将步骤（2）所述含有铜粉的有机溶液进行离心，并用丙酮和和去离子水反复清洗多次，去除铜粉表面的有机质和杂质离子，即得到具有特殊形貌的微米级铜粉。
进一步地，所述可溶性铜盐为硫酸铜、硝酸铜、氯化铜和乙酸铜中的任意一种或两种以上。
进一步地，在步骤（1）中，称量的所述可溶性铜盐与所述有机溶剂N甲基吡咯烷酮的质量体积比为0.1-10g：50-200mL。
进一步地，在步骤（1）中，将铜盐添加有机溶剂中进行完全均匀溶解时，同时添加分散剂聚乙烯吡咯烷酮PVP，以利于后续启动的还原过程中析出的金属铜核粒及其长大的微粒能够迅即被PVP分子包覆其表面而起到分散和防止团聚乃至分离后防空气氧化的多重功效。
进一步地，添加的所述聚乙烯吡咯烷酮PVP与所述有机溶剂N甲基吡咯烷酮NMP的质量体积比为0.1-5g:50-200mL。
进一步地，步骤（2）中，通过油浴锅进行高温均匀加热的条件为：在120-200℃下加热60-240分钟；通过高温反应釜进行高压高温均匀加热的条件为：120-250℃下加热60-240分钟。
本发明的有益技术效果：
本发明所述方法提供了一种在非水介质中合成铜粉的方法，通过限定有机介质种类，利用铜盐在NMP有机溶剂中被还原的动力学特征的特殊性，来构建和设计还原反应过程，制备出微米级粒度、形貌为三角形、六边形、五棱锥形和多边形柱状的分散良好的铜粉。
利用本发明所述方法制备的微米级铜粉的形貌为三角形、六边形、五棱锥形和多边形柱状中的任意一种或任意两种及两种以上。
附图说明
图1为实施例1中制备获得的铜粉的电镜照片(×1000)；
图2为实施例2中制备获得的铜粉的电镜照片(×500)；
图3-4为实施例3中制备获得的铜粉的电镜照片(×1000，×2000)。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
实施例1
称量2g可溶性铜盐硫酸铜和4g聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶解到100ml的有机溶剂N甲基吡咯烷酮(英文名称: 1-Methyl-2-pyrrolidinone, 缩写: NMP, 中文名全称:1-甲基-2-吡咯烷酮;N-甲基吡咯烷酮) 中，并搅拌30-60分钟，使可溶性铜盐和PVP彻底溶解；然后取上述配置好的混合液放入高温反应釜中在230℃下加热120分钟；最后将反应后的混合液离心，并用丙酮和去离子水反复清洗多次，去除铜粉表面的有机质和杂质离子，即得到单分散的铜粉。具体形貌如图1所示。
实施例2
称量2g的可溶性铜盐硝酸铜溶解到100ml的有机溶剂N甲基吡咯烷酮（NMP）中，并搅拌30-60分钟，使可溶性铜盐彻底溶解；然后取上述配置好的混合液放入高温反应釜中在230℃下加热120分钟；最后将反应后的混合液离心，并用丙酮和去离子水反复清洗多次，去除铜粉表面的有机质和杂质离子，即得到分散性良好的铜粉。具体形貌如图2所示。
实施例3
称量2g的可溶性铜盐氯化铜和2g的聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶解到50ml的有机溶剂N甲基吡咯烷酮（NMP）中，并搅拌30-60分钟，使可溶性铜盐和PVP彻底溶解；然后取上述配置好的混合液倒入烧瓶中，在油浴锅下190℃加热并不断搅拌120分钟；最后将反应后的混合液离心，并用丙酮和去离子水反复清洗多次，去除铜粉表面的有机质和杂质离子，即得到分散良好的铜粉。具体形貌如图3和图4所示。

Claims (5)

1.一种异形貌微米级铜粉的制备方法，其特征在于，所述制备方法利用有机试剂作为反应介质来溶解铜盐，通过高温均匀加热启动还原反应而制备出具有特殊形貌的微米级铜粉；
所述特殊形貌的微米级铜粉的形貌为三角形、六边形、五棱锥形和多边形柱状中的任意三种及三种以上；
所述方法具体为：
(1)称量可溶性铜盐，将其溶解到有机溶剂N甲基吡咯烷酮NMP中，搅拌使所述可溶性铜盐完全溶解，获得铜盐的有机溶液；
(2)将步骤(1)配置的所述铜盐的有机溶液置于高压反应釜中进行高温均匀加热，以完成还原反应，制备获得含有铜粉的有机溶液；
(3)将步骤(2)所述含有铜粉的有机溶液进行离心，并用丙酮和去离子水反复清洗多次，去除铜粉表面的有机质和杂质离子，即得到具有特殊形貌的微米级铜粉；
在步骤(1)中，将铜盐添加有机溶剂中进行溶解时，同时添加分散剂聚乙烯吡咯烷酮PVP，以利于后续启动的还原过程中析出的金属铜核粒及其长大的微粒能够迅即被PVP分子包覆其表面而起到部分分散作用乃至分离后防空气氧化的功效；
在高压反应釜中进行高温均匀加热的条件为：230℃下加热120分钟。
2.根据权利要求1所述一种异形貌微米级铜粉的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为N甲基吡咯烷酮NMP。
3.根据权利要求1所述一种异形貌微米级铜粉的制备方法，其特征在于，所述可溶性铜盐为硫酸铜、硝酸铜、氯化铜和乙酸铜中的任意一种或两种以上。
4.根据权利要求1所述一种异形貌微米级铜粉的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，称量的所述可溶性铜盐与所述有机溶剂N甲基吡咯烷酮的质量体积比为0.1-10g:50-200mL。
5.根据权利要求1所述一种异形貌微米级铜粉的制备方法，其特征在于，添加的所述聚乙烯吡咯烷酮PVP与所述有机溶剂N甲基吡咯烷酮NMP的质量体积比为0.1-5g:50-200mL。
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