2019-02-13
摘 要：納米銅粉具有很高的活性，因此在工業中常被作為催化劑、潤滑劑、導電涂料使用，同時在工程結構材料和生物工程等領域也被廣泛應用。文章對目前國內外銅粉的研究現狀和制備方法作了介紹，比較了各自的優缺點及在各領域中的應用情況。
關鍵詞：金屬銅粉；制備方法；現狀
1 概述
由于金屬銅的應用十分廣泛，因此在有色金屬冶金中的消耗和產能位居世界第二，僅次于鋁。納米銅粉良好的導熱導電性、自潤滑性和高活性，使其在諸多領域發揮著重要作用，如電學、力學、化學等領域。這都源自于納米銅粉獨特的基本特征：表面界面效應、量子尺寸效應和量子隧道效應。宏觀上，納米銅粉為紅褐色，具有很高的活性，因此在空氣中易發生氧化，能夠溶于熱硫酸和硝酸。目前，工業中常將納米銅粉作為催化劑、潤滑劑、導電涂料使用，同時在工程結構材料、航空航天和生物工程等領域也被廣泛應用。
2 銅粉的用途
2.1 潤滑劑
納米銅粉具有很好的自潤滑性，因此常將其添加到各種潤滑油中，使二者形成混合均勻、穩定的懸浮液。采用此種方法制得的潤滑油由于其中含有無數超細的銅顆粒，能夠附著在被潤滑部件表面形成有效的保護層，從而減少使用過程中的摩擦和磨損。
2.2 導電材料
納米銅粉是生產電極材料的重要原料，通過將納米銅粉制備成導電涂料后，將其噴涂在塑料制品表面能夠有效屏蔽電磁波的干擾。另外，采用納米銅粉調配的電子漿料目前主要用作微電子鄰域的電極材料。在導電復合材料方面，可通過向絕緣的有機高分子材料中添加納米銅粉制備導電復合材料。
2.3 工程結構材料領域
由于納米晶銅材的導電性、導熱性和抗拉伸強度遠高于普通的粗晶銅材，使得納米銅粉成為工程結構材料領域不可或缺的重要原料。Lu 等采用電化學沉積的方法制得晶粒尺寸約為30nm 的高純納米銅，性能測試表明：納米銅具有優異的塑性和延展性。
2.4 納米銅粉在其它方面的應用
在航空航天領域，填充有納米銅粉的鎢制介孔骨架是制備火箭噴嘴的重要材料。納米銅粉還可以作為制作銅粉過濾器的重要原料，這種過濾器不僅能夠過濾微細的顆粒，而且生產成本較低。此外，在生物工程方面采用納米銅粉制備的過濾器能夠高效的對細菌進行過濾。
3 銅粉的制備方法
目前，制備納米銅粉方法較多，可分為物理法和化學法。常見的物理法有霧化法、球磨法和氣體蒸發法等；化學法主要有氣相沉積法、溶膠凝膠法、液相還原法以及電沉積法等。
3.1 物理法
3.1.1 霧化法
霧化法主要是采用高速氣流對金屬銅液體進行破碎，從而形成細小液滴然后凝固成粉體，此法已成為目前生產銅粉的主要發展趨勢。霧化法具有生產成本低和環境污染小等優點。
3.1.2 機械球磨法
工業上廣泛采用機械球磨法來制備銅粉，球磨法的作用機制主要是通過金屬球對金屬粉體進行沖擊碰撞和碾壓，使其產生強烈的塑形變形并不斷細化。該法的優點是工藝簡單、產量高，但生產過程中易有雜質引入，粉體尺寸不均勻。
3.1.3 氣體蒸發法
氣體蒸發法的作用機制主要是在活潑氣氛或惰性氣氛中使金屬銅蒸發氣化或形成等離子體，然后與活潑性氣氛反應并冷卻凝結，或與惰性氣氛通過碰撞、冷卻并凝結，從而形成微細銅粉。此法制備的銅粉具有粒徑可控、形貌均一、純度高、結晶度好等優點。
3.2 化學法
3.2.1 電沉積法
電沉積法是采用電化學的方式使銅離子在陰極還原析出，從而得到銅粉。此法在金屬粉體的制備中具有重要地位，目前金屬粉體的電沉積方法有直流法、脈沖法、復合共沉積法等。電解法是一種可實現規?；a的方法，設備簡單，可通過改變電解參數實現對電解銅粉的形貌、顆粒尺寸、電流效率進行優化和精準調控。
3.2.2 液相還原法
液相還原法是目前制備金屬納米材料使用最廣泛的方法，其原理是在還原劑的作用下使溶液中金屬陽離子還原成金屬單質，通過控制各種工藝參數制備出微米甚至納米級的金屬粉體。液相還原法所使用的還原劑種類較多，常見的有次亞磷酸鈉、抗壞血酸、水合肼、甲醛等。
3.2.3 氣相沉積法
氣相沉積法是通過等離子體、激光等作用將一種或多種氣體發生反應從而析出超細粉體的制備方法。采用氣相沉積法可制備多種粉體，如金屬、合金、氧化物、硫化物等。
3.2.4 溶膠凝膠法
溶膠凝膠法主要是通過將含金屬離子的有機化合物或無機化合物水解形成溶膠，然后通過凝膠固化后干燥、研磨、煅燒過程，從而制得納米粉體。此法具有反應溫度低、產物純度高、粒度分布均勻等特點，但生產成本較傳統方法較高，有環境污染，因此就目前而言實現規?；a困難。
3.3 制備過程存在的問題
3.3.1 氧化問題
由于納米銅粉化學活性強，因此銅粉表面在空氣中極易被氧化而形成氧化亞銅，使其優良的性能喪失。目前報道的超細銅粉的抗氧化技術主要有：漿料中加還原劑保護、銅粉表面增加鍍層、保存在惰性氣體或有機溶劑中、聚合物稀溶液表面包裹處理、用偶聯劑改性等。
3.3.2 團聚問題
納米銅粉在制備、收集及保存過程中極易發生團聚，這是因為其顆粒尺寸小，比表面積大，具有很高的活性。因此，在制備過程中需要對納米銅粉進行改性，由于表面活性劑對銅粉的團聚有抑制作用，可以對所制備的銅粉進行保護。
3.3.3 產率低成本高的問題
目前大多數納米銅粉的制備技術還處于實驗探索階段，或多或少都存在一些問題，使得這些制備方法的應用推廣受到了限制。因此，需要在具體制備過程中對各種影響因素進行改進或優化，從而提高產率。
4 結論
綜上所述，納米銅粉的應用范圍廣泛，具有多種制備方法。因此，可根據不同領域對銅粉產品的需求，從而選擇合適的制備方法，達到對銅粉顆粒尺寸、形貌的精準調控，開拓銅粉廣闊的應用領域。
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