CN110125433A - 一种室温下制备纳米铜粉的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种室温下制备纳米铜粉的方法，将可溶性铜盐和络合剂络合后，加入硫酸钾，充分搅拌溶解后，加入水合肼作为还原剂，在室温下反应制备得到纳米铜粉颗粒。与现有技术相比，本发明操作简单，无需高温加热，可在室温下得到粒径为10‑200nm的铜粉颗粒，节省能源，有效的降低了成本，适合工业化生产。

Description

一种室温下制备纳米铜粉的方法
技术领域
本发明涉及金属粉体材料制备领域，尤其是涉及一种室温下制备纳米铜粉的方法。
背景技术
纳米铜粉(10-100nm)由于其颗粒尺寸小、比表面积大、表面活性中心数目多、电阻率低、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等诸多特点，在电子浆料、机械领域和催化等领域具有广泛的应用。纳米铜粉是高导电率和高强度纳米材料不可缺少的基础原料，它是一种优良的固体催化剂和润滑剂。纳米铜粉已经广泛用于制造导电剂和导电浆料，对微电子器件的小型化起着重要的作用。因而研制纳米铜粉具有重要的理论意义和现实价值。
近年来，国内科技工作者在纳米铜粉研究方面取得了显著的成果。目前常用的制备纳米铜粉的方法主要分为固相法、气相法和液相法三大类。主要细分为:球磨法、等离子法、机械化学法、γ射线辐照-水热结晶联合法、气相-蒸汽法、化学液相还原等。其中，固相法和气相法对设备要求高，能耗高，成本投资大，工艺参数复杂，目前研究主要集中在化学液相还原法，但是现有液相还原方法得到的铜粉具有粒径分布广，杂质含量高，分装密度小等缺点，同时现有方法都在高温或者高压下作业，大大增加生产能耗和成本。因此研究一种低能耗，高质量的纳米铜粉生产工艺对拓宽整个纳米铜粉的应用领域至关重要。
中国专利CN101607317B公开了制备纳米铜的方法。其步骤是将铜盐和有机保护剂溶解于溶剂中，逐渐升温至30～100℃，同时将还原剂加入反应体系中，之后持续搅拌反应20～30分钟后，逐渐冷却；将冷却的溶液静置后离心，并用乙醇和丙酮反复洗涤，即可得到纯净的纳米铜。但是该制备过程中需要采用高温加热处理。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种室温下制备纳米铜粉的方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种室温下制备纳米铜粉的方法，采用以下步骤：
(1)在浓度为0.4-3.8mol/L的可溶性铜盐溶液中加入络合剂，室温搅拌15-30分钟；
(2)在上述溶液中加入浓度为0.01-0.25mol/L的硫酸钾溶液，室温搅拌5-10分钟；加入硫酸钾溶液能显著提高可溶性铜盐中的离子强度，有利于铜粉在室温下的生成；
(3)在上述溶液中加入还原剂水合肼，其中水合肼与可溶性铜盐的摩尔比为0.5～2，使得水合肼还原铜离子得到纳米铜粉，室温搅拌，反应10-40分钟；
(4)将上述溶液进行分离、洗涤、真空干燥、制备得到颗粒状超细铜粉，粒径在10-200nm，其中，干燥温度为50-100摄氏度，洗涤溶剂为水或者酒精。
所述可溶性铜盐为氯化铜、硝酸铜、硫酸铜、醋酸铜或磷酸铜中的一种或多种。
所述络合剂为EDTA、EDTA二钠、氰化物、氨水、柠檬酸、8-羟基喹啉、DTPA、聚丙烯酸、氟化铵、海藻酸钠、酒石酸、1，10-邻二氮菲、二巯基丙醇、三乙撑四胺、磺基水杨酸、三乙醇胺、EGTA或乙二胺四丙酸中的一种或多种。
实验中发现，所述络合剂最佳为EDTA、EDTA二钠、氨水、1，10-邻二氮菲、三乙撑四胺中的一种或多种。所述可溶性铜盐和络合剂的摩尔配比为1：1.5-1:3.5。加入上述络合剂后，所制备的铜粉粒径大小更加均匀。本发明在室温条件下制备纳米铜粉。通过可溶性铜盐与络合剂络合，使得制备的铜粉粒径更加均匀。加入硫酸钾，提高反应溶液的离子强度，有效促进铜粉在室温下的生成。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、工艺简单，大幅度降低能耗，生产成本低，易于大规模生产。
2、产品纯度高，产率高，后处理方便快捷，易于控制。
3、得到的铜粉粒径均匀，大小可控，表面光滑，性能较好。
附图说明
图1为实施例1制备得到的纳米铜粉的SEM图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
一种室温下纳米铜粉的制备方法，采用以下步骤：
(1)将浓度为0.4mol/L的铜盐溶液中加入到络合剂中，室温搅拌15分钟。可溶性铜盐为氯化铜、硝酸铜、硫酸铜、醋酸铜、磷酸铜中的一种。络合剂为EDTA、EDTA二钠、氰化物、氨水、柠檬酸、8-羟基喹啉、DTPA、聚丙烯酸、氟化铵、海藻酸钠、酒石酸、1，10-邻二氮菲、二巯基丙醇、三乙撑四胺、磺基水杨酸、三乙醇胺、EGTA、乙二胺四丙酸中的一种，可溶性铜盐和络合剂的摩尔比为1:1.5。
(2)在上述溶液中加入硫酸钾溶液，室温搅拌5分钟，硫酸钾在可溶性铜盐溶液中的摩尔浓度为0.01mol/L。
(3)在上述溶液中加入还原剂水合肼，其中水合肼与可溶性铜盐的摩尔比为0.5。使得水合肼还原铜离子得到纳米铜粉，室温搅拌，反应10分钟。
(4)将上述溶液进行分离、洗涤、真空干燥、制备得到颗粒状超细铜粉，粒径在90nm左右。其中，真空干燥温度为50摄氏度，铜粉先用水洗一次，再用酒精洗一次。制备得到的铜粉的SEM图如图1所示，铜粉粒径大小均匀，表面光滑，平均粒径在90nm左右。
实施例2
一种室温下纳米铜粉的制备方法，采用以下步骤：
(1)将浓度为2mol/L的铜盐溶液中加入到络合剂中，室温搅拌20分钟。可溶性铜盐为氯化铜、硝酸铜、硫酸铜、醋酸铜、磷酸铜中的一种。络合剂为EDTA、EDTA二钠、氰化物、氨水、柠檬酸、8-羟基喹啉、DTPA、聚丙烯酸、氟化铵、海藻酸钠、酒石酸、1，10-邻二氮菲、二巯基丙醇、三乙撑四胺、磺基水杨酸、三乙醇胺、EGTA、乙二胺四丙酸中的一种，可溶性铜盐和络合剂的摩尔比为1:2。
(2)在上述溶液中加入硫酸钾溶液，室温搅拌10分钟，硫酸钾在可溶性铜盐溶液中的摩尔浓度为0.15mol/L。
(3)在上述溶液中加入还原剂水合肼，其中水合肼与可溶性铜盐的摩尔比为1.25。使得水合肼还原铜离子得到纳米铜粉，室温搅拌，反应25分钟。
(4)将上述溶液进行分离、洗涤、真空干燥、制备得到颗粒状超细铜粉，粒径在100nm左右。其中，真空干燥温度为75摄氏度，铜粉先用水洗一次，再用酒精洗一次。
实施例3
一种室温下纳米铜粉的制备方法，采用以下步骤：
(1)将浓度为3.8mol/L的铜盐溶液中加入到络合剂中，室温搅拌30分钟。可溶性铜盐为氯化铜、硝酸铜、硫酸铜、醋酸铜、磷酸铜中的一种。络合剂为EDTA、EDTA二钠、氰化物、氨水、柠檬酸、8-羟基喹啉、DTPA、聚丙烯酸、氟化铵、海藻酸钠、酒石酸、1，10-邻二氮菲、二巯基丙醇、三乙撑四胺、磺基水杨酸、三乙醇胺、EGTA、乙二胺四丙酸中的一种，，可溶性铜盐和络合剂的摩尔比为1:3.5。
(2)在上述溶液中加入硫酸钾溶液，室温搅拌10分钟，硫酸钾在可溶性铜盐溶液中的摩尔浓度为0.25mol/L。
(3)在上述溶液中加入还原剂水合肼，其中水合肼与可溶性铜盐的摩尔比为2。使得水合肼还原铜离子得到纳米铜粉，室温搅拌，反应40分钟。
(4)将上述溶液进行分离、洗涤、真空干燥、制备得到颗粒状超细铜粉，粒径在150nm左右。其中，真空干燥温度为100摄氏度，铜粉水洗2次。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种室温下制备纳米铜粉的方法，其特征在于，将可溶性铜盐溶液与络合剂络合后，加入硫酸钾，充分搅拌溶解后，加入水合肼溶液作为还原剂，在室温下反应制备得到纳米铜粉颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种室温下制备纳米铜粉的方法，其特征在于，可溶性铜盐为氯化铜、硝酸铜、硫酸铜、醋酸铜或磷酸铜中的一种或多种，可溶性铜盐溶液的浓度为0.4-3.8mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种室温下制备纳米铜粉的方法，其特征在于，所述络合剂为EDTA、EDTA二钠、氰化物、氨水、柠檬酸、8-羟基喹啉、DTPA、聚丙烯酸、氟化铵、海藻酸钠、酒石酸、1,10-邻二氮菲、二巯基丙醇、三乙撑四胺、磺基水杨酸、三乙醇胺、EGTA或乙二胺四丙酸中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种室温下制备纳米铜粉的方法，其特征在于，所述络合剂优选EDTA、EDTA二钠、氨水、1,10-邻二氮菲或三乙撑四胺中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种室温下制备纳米铜粉的方法，其特征在于，所述可溶性铜盐和络合剂的摩尔比为1：1.5-1:3.5。
6.根据权利要求1所述的一种室温下制备纳米铜粉的方法，其特征在于，所述溶质硫酸钾在可溶性铜盐溶液中的摩尔浓度为0.01-0.25mol/L。
7.根据权利要求1所述的一种室温下制备纳米铜粉的方法，其特征在于，所述水合肼与可溶性铜盐的摩尔比为1:0.5-1:2.0。
8.根据权利要求1所述的一种室温下制备纳米铜粉的方法，其特征在于，所述纳米铜粉颗粒的粒径为10-200nm。
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