一种纳米铜粉的制备方法技术

一种纳米铜粉的制备方法，将氧化铜与氧化钙粉末采用机械混合和煅烧技术制备铜酸钙粉末，然后将铜酸钙粉末在氢气气氛下还原，再经稀盐酸溶液清洗，得到纳米铜粉。本发明专利技术工艺简单，所使用的原料廉价易得，混料、煅烧和还原阶段无需特殊设备，能够快速连续化大规模生产。制得的铜粉粒度均一、分散性良好，氧含量低，一次粒子平均粒径为20nm左右。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属功能材料制备，特别提供了一种纳米铜粉的制备方法，属于金属粉末制备领域。
技术介绍
纳米铜粉具有颗粒尺寸小、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、陶瓷材料和化工催化剂等材料的制备中具有广泛的应用前景。随着贵金属资源的日益枯竭和电子元器件价格的不断下降，用铜等低价格金属代替银等贵金属作为导电和导热材料已成为电子元器件发展的一大趋势，其中以纳米铜粉及其复合材料代替超细银粉等贵金属粉末用于电子浆料的制备已经具有一定的可能性。目前，铜粉的制备方法很多，可以将其分为固相法、气相法和液相法三大类。固相法的典型代表是将钠和氯化铜均匀混合，利用固态置换反应制备出最小粒度为20nm的铜粉，但存在铜粉粒度不均匀和易氧化等缺点。气相法是利用电爆炸、直流电弧等离子体、电子束等将铜蒸发，经冷凝制备出最小粒度为20nm的铜粉。气相法可以制备出粒度均匀的纳米铜粉，但存在产率极低、成本昂贵和铜粉易氧化等缺点。液相法是还原溶液中的Cu2+以制备出铜粉的方法，按照还原方法不同可以有电解还原和还原剂还原两种。尽管液相法被认为是制备性能优良的纳米铜粉最具潜力的方法，但一直未能取得突破和应用，其关键问题在于，无论是电解还原还是还原剂还原，液相法制备出的铜粉性能与制备过程中溶液的pH值密切相关。当溶液呈碱性时，Cu2+和Cu+必定会生成相应的氢氧化物沉淀，因而制备出的铜粉中必定含有Cu2O；当溶液呈酸性时，因溶液中H+具有抑制铜粉形核和促进铜粉长大的特性，因而难以制备出粒度均匀的纳米铜粉。由此可见，尽管铜粉的制备方法很多，但至今仍然没有一种实用的方法可以用来制备粒度均匀和低氧含量的纳米铜粉，开发出新的制备方法以获取更优性能的纳米铜粉，具有积极的现实意义和良好的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有制备技术及工艺上的不足，提供一种铜酸钙氢还原制备纳米铜粉的方法。为解决上述问题，本专利技术采用机械混合和煅烧技术制备铜酸钙粉末，然后将铜酸钙粉末在氢气气氛下还原，再经稀盐酸溶液清洗，得到纳米铜粉。本专利技术是通过以下技术方案实现的。本专利技术所述的一种纳米铜粉的制备方法，包括如下步骤。（1）混料：将氧化铜粉末和氧化钙粉末按照1:2～1:4的摩尔比进行球磨混合，得到均匀混合的氧化铜+氧化钙前驱体粉末。（2）煅烧：将前驱体粉末置于气氛炉中，在900～1300℃温度下煅烧3~5h，煅烧气氛为氧气、氩气或者大气气氛，得到铜酸钙中间体粉末。（3）还原：将步骤（2）所得的铜酸钙中间体粉末在氢气气流0.5～2L/min下加热至300～450℃，还原90～240min，得到纳米铜粉和氧化钙的混合体。（4）清洗：用浓度为10%~20%含有表面改性剂的稀盐酸溶液反复清洗还原产物，然后用无水乙醇清洗，除去残留离子和多余表面改性剂，得到纳米铜粉，其中表面改性剂为聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、聚乙二醇（PEG）或明胶中的一种或者两种。（5）干燥：将湿粉放入真空干燥箱中进行烘干，得到纳米铜粉。本专利技术的技术效果。（1）本专利技术提供的铜酸钙氢还原工艺所制备的纳米铜粉粒度均一、分散性良好，平均粒径为20nm，90%的一次颗粒粒径分布在15～25nm范围内。（2）还原产物清洗过程中，氧化钙从铜粉颗粒表面剥离瞬间表面改性剂能同步涂布于纳米铜粉表面，实现纳米铜粉的分散和防氧化同时进行，所制备的纳米铜粉分散性好，氧含量低。（3）工艺简单，成本低廉：原料氧化铜和氧化钙为常见工业原料，混料、煅烧和还原阶段均无特殊设备要求，能够快速连续化大规模生产。附图说明图1为实施例1所制备纳米铜粉的X射线衍射谱图。图2为实施例1所制备纳米铜粉的透射电镜照片。具体实施方式本专利技术将通过以下实施例作进一步说明，但本专利技术的保护范围不限于此。实施例1。制备纳米铜粉，应按以下步骤进行：按照1:2的摩尔比，准确称量1.00kg氧化铜粉末（CuO）和1.41kg氧化钙粉末（CaO），在行星式球磨机中干磨4h，均匀混合后置于管式气氛炉中，在氧气气氛下950℃煅烧3h，得到铜酸钙（Ca2CuO3）粉末；将铜酸钙粉末在1.5L/min的氢气气流中加热至350℃还原120min，然后用含有聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的稀盐酸溶液（10%）清洗还原产物四次，再用无水乙醇清洗还原产物三次，产物进行干燥得纳米铜粉。实施例2。制备纳米铜粉，应按以下步骤进行：按照1:2.5的摩尔比，准确称量1.00kg氧化铜粉末（CuO）和1.76kg氧化钙粉末（CaO），在行星式球磨机中干磨4h，均匀混合后置于管式气氛炉中，在大气气氛下950℃煅烧3h，得到铜酸钙（Ca2CuO3）粉末；将铜酸钙粉末在1.5L/min的氢气气流中加热至400℃还原120min，然后用含有聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的稀盐酸溶液（10%）清洗还原产物四次，再用无水乙醇清洗还原产物三次，产物进行干燥得纳米铜粉。实施例3。制备纳米铜粉，应按以下步骤进行：按照1:2.5的摩尔比，准确称量1.00kg氧化铜粉末（CuO）和1.76kg氧化钙粉末（CaO），在行星式球磨机中干磨4h，均匀混合后置于管式气氛炉中，在氩气气氛下1050℃煅烧3h，得到铜酸钙（Ca2CuO3）粉末；将铜酸钙粉末在2L/min的氢气气流中加热至450℃还原90min，然后用含有聚乙二醇（PEG）的稀盐酸溶液（20%）清洗还原产物四次，再用无水乙醇清洗还原产物三次，产物进行干燥得纳米铜粉。实施例4。制备纳米铜粉，应按以下步骤进行：按照1:4的摩尔比，准确称量1.00kg氧化铜粉末（CuO）和2.82kg氧化钙粉末（CaO），在行星式球磨机中干磨7h，均匀混合后置于管式气氛炉中，在大气气氛下950℃煅烧3h，得到铜酸钙（Ca2CuO3）粉末；将铜酸钙粉末在1.5L/min的氢气气流中加热至380℃还原120min，然后用含有聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的稀盐酸溶液（20%）清洗还原产物四次，再用无水乙醇清洗还原产物三次，产物进行干燥得纳米铜粉。所得纳米铜粉的X-射线衍射谱图和透射电镜照片分别如附图1和附图2所示，产物粒度均一、分散性良好，平均粒径为20nm，90%的一次颗粒粒径分布在15～25nm范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米铜粉的制备方法，其特征是包括如下步骤：（1）混料：将氧化铜粉末和氧化钙粉末按照1:2～1:4的摩尔比进行球磨混合，得到均匀混合的氧化铜+氧化钙前驱体粉末；（2）煅烧：将前驱体粉末置于气氛炉中，在900～1300℃温度下煅烧3~5h，煅烧气氛为氧气、氩气或者大气气氛，得到铜酸钙中间体粉末；（3）还原：将步骤（2）所得的铜酸钙中间体粉末在氢气气流0.5～2 L/min下加热至300～450 ℃，还原90～240 min，得到纳米铜粉和氧化钙的混合体；（4）清洗：用浓度为10%~20%含有表面改性剂的稀盐酸溶液反复清洗还原产物，然后用无水乙醇清洗，除去残留离子和多余表面改性剂，得到纳米铜粉；其中表面改性剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇或明胶中的一种或者两种；（5）干燥：将湿粉放入真空干燥箱中进行烘干，得到纳米铜粉。

【技术特征摘要】
1.一种纳米铜粉的制备方法，其特征是包括如下步骤：（1）混料：将氧化铜粉末和氧化钙粉末按照1:2～1:4的摩尔比进行球磨混合，得到均匀混合的氧化铜+氧化钙前驱体粉末；（2）煅烧：将前驱体粉末置于气氛炉中，在900～1300℃温度下煅烧3~5h，煅烧气氛为氧气、氩气或者大气气氛，得到铜酸钙中间体粉末；（3）还原：将步骤（2）所得的铜酸钙中间体粉末在氢气气流0....

【专利技术属性】
技术研发人员：唐建成，赵玉超，叶楠，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：江西;36