一种具有抗氧化性能铜纳米颗粒的合成方法技术

本发明专利技术属于纳米材料合成方法技术领域，具体涉及一种具有抗氧化性能铜纳米颗粒的合成方法。本发明专利技术公开的一种具有抗氧化性能铜纳米颗粒的合成方法，具体步骤为：将含一价或二价铜离子的铜源溶液、包覆剂和还原剂的混合溶液加热反应，用醇类溶剂进行洗涤后即得具有抗氧化性能铜纳米颗粒。通过向反应体系中加入表面包覆剂，在铜离子表面先形成一层包覆层；随后加入还原剂，将体系中的铜离子或亚铜离子还原成铜单质，同时，过量的包覆剂也会在这些铜表面形成一层包覆层，得到具有抗氧化性能的铜纳米颗粒，本发明专利技术制备的铜纳米颗粒表面无氧化物，且表面的包覆剂分解温度低，使得该铜颗粒可在较低温度下烧结。可在较低温度下烧结。可在较低温度下烧结。

【技术实现步骤摘要】
一种具有抗氧化性能铜纳米颗粒的合成方法


[0001]本专利技术属于纳米材料合成方法
，具体涉及一种具有抗氧化性能铜纳米颗粒的合成方法。

技术介绍

[0002]随着电动汽车、航天航空、5G等技术的快速发展，人们对高功率半导体器件的需求日趋增加。以GaN和SiC为代表的第三代半导体器件因具有耐高温、宽带隙等优异性能而受到了越来越多的关注，电子产品向着小型化、高密度、耐高温和高功率等方向飞速发展。随着这些器件的功率密度越来越高，在操作过程中会产生大量热量，造成器件结温迅速升高，可达200℃以上。然而，现有的锡基无铅焊料仅能满足低结温器件(<150℃)的散热和可靠性要求，因此，现在迫切需要开发新型焊料来满足大功率器件的封装要求。因金属纳米颗粒可在低温(200～300℃)下烧结以及金属自身的高电导率，金属纳米颗粒在芯片键合中受到了广泛的关注。银纳米颗粒是先进封装领域中使用最广泛的金属互连材料，其具有不易氧化且高电导率，作为一种有前途的芯片连接材料已经引起了科研人员的关注。然而，由于银价格昂贵、抗电迁移性差和键合层孔隙率高等问题限制了它的应用。相比之下，由于铜纳米颗粒具有较高的电导率(1.72μΩ
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cm)和低廉的价格，有望替代银成为新一代电子封装材料。
[0003]纳米铜粒子的表面活性高，在空气中会自发的氧化，这些氧化物的存在会阻碍铜纳米粒子的扩散和烧结过程。目前已有的制备铜纳米材料的技术主要可分为两种：物理法和化学法。但物理法制得的铜纳米材料粒径分布不均匀且能耗较高，且颗粒表面无保护层，铜纳米材料极易在空气中氧化。如何简单的大规模制备无/低氧化程度的铜纳米颗粒是业内一直在探索解决的问题，化学法操作简单、反应过程易控制，是大规模生产铜纳米材料的首选方法。

技术实现思路

[0004]由于铜纳米颗粒极易氧化，目前的研究中均存在若干不足，如烧结温度过高、烧结时间过长、烧结压力过大、烧结体性能较差以及烧结环境具有腐蚀性等，这些缺陷很大程度上限制了铜纳米颗粒在电子封装领域内的应用。为了解决铜纳米颗粒易氧化和在低温下进行烧结的问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]一种具有抗氧化性能铜纳米颗粒的合成方法，其特征在于，具体步骤为：将含一价或二价铜离子的铜源溶液、包覆剂和还原剂的混合溶液加热反应，用醇类溶剂进行洗涤后即得具有抗氧化性能铜纳米颗粒。
[0006]所述的合成方法，其特征在于，所述含一价或二价铜离子的铜源与包覆剂的摩尔比为1:0.1～1:50；
[0007]所述含一价或二价铜离子的铜源与还原剂的摩尔比为1:0.1～1:50。
[0008]所述的合成方法，其特征在于，所述加热反应的温度为80～180℃；所述加热反应的时间为15～45min。
[0009]所述的合成方法，其特征在于，所述含一价或二价铜离子的铜源选自铜氧化物、铜包覆物、无机或有机铜中的一种或几种；
[0010]优选地，所述含一价或二价铜离子的铜源选自氧化铜、氧化亚铜、氯化铜、硝酸铜、硫酸铜、甲酸铜、乙酸铜、碳酸铜、氢氧化铜中的一种或多种。
[0011]所述的合成方法，其特征在于，所述的含一价或二价铜离子的铜源溶液的溶剂选自去离子水，醇类，醇醚类，酰胺类，酯类，酮类，有机胺类，有机酸类中的单一或混合溶剂；
[0012]优选地，所述为含一价或二价铜离子的铜源溶液的溶剂选自去离子水、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、中丁醇、叔丁醇、正戊醇、正己醇、正辛醇、松油醇、丙酮、三乙二醇单甲醚、三乙二醇二甲醚、三乙二醇丁醚、三乙二醇丁醚醋酸酯中的一种或多种。
[0013]所述的合成方法，其特征在于，所述包覆剂为含有至少一个胺基的有机物；
[0014]优选地，所述包覆剂选自丙胺、异丙胺、丁胺、戊胺、己胺、庚胺、辛胺、异辛胺、二甲基乙醇胺中的一种或多种。
[0015]所述的合成方法，其特征在于，所述还原剂选自抗坏血酸、柠檬酸、一水合乙醛酸、水合肼、葡萄糖、次磷酸钠、硼氢化钠、硼氢化钾、甲酸中的一种或多种。
[0016]所述的合成方法，其特征在于，所述醇类溶剂为含有至少一个羟基的有机物；
[0017]优选地，所述醇类溶剂选自甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、中丁醇、叔丁醇、正戊醇、正己醇、正辛醇、松油醇中的一种或多种。
[0018]所述的合成方法合成的具有抗氧化性能铜纳米颗粒，其特征在于，所得铜纳米颗粒的粒径小于5μm。
[0019]本专利技术取得的有益效果为：
[0020](1)本专利技术公开了一种具有抗氧化性能铜纳米颗粒的合成方法，具体步骤为：将含一价或二价铜离子的铜源溶液、包覆剂和还原剂的混合溶液加热反应，用醇类溶剂进行洗涤后即得具有抗氧化性能铜纳米颗粒。通过向反应体系中加入表面包覆剂，在铜离子表面先形成一层包覆层；随后加入还原剂，将体系中的铜离子或亚铜离子还原成铜单质，同时，过量的包覆剂也会在这些铜表面形成一层包覆层，得到具有抗氧化性能的铜纳米颗粒；反应完成后，铜纳米颗粒可快速沉降，且离心时所需转速较低，减少了后续超散的时间，洗涤过程中无需使用多种溶剂，大大简化实验步骤；除还原剂、表面包覆剂外，本实验中不添加其他物质，可有效降低成本；反应全程均在空气下操作，无需额外气氛保护，优化了合成步骤，有助于大规模制备铜纳米颗粒。
[0021](2)液相还原法是最常用的铜纳米颗粒制备方法，其中用到的包覆剂通常是具有某种功能基团的物质，但现有的合成方法通常使用低温难分解的聚合物，使得合成的铜纳米材料表面包覆的有机物多且难以在低温下分解，不利于铜纳米颗粒的低温烧结，本专利技术的铜纳米颗粒表面无氧化物，且表面的包覆剂分解温度低，使得该铜颗粒可在较低温度下烧结。
[0022](3)铜纳米颗粒的制备方法，通过液相法在一定温度范围内反应制备铜纳米材料，制备工艺简单、成本低、过程快速且容易控制，易于大规模生产；而且获得的铜纳米颗粒在空气中较稳定，有一定的抗氧化特性。在制备工艺过程中，在配制所述混合反应溶液时，控制所述包覆剂的浓度为一定值，通过调整所述铜源用量、热分解温度、反应时间、还原剂用
量和种类、表面活性剂用量和种类还原剂与所述铜源的最优摩尔比来调控最终获得铜纳米材料的粒径大小，使其有望于大规模应用在电子封装领域。
附图说明
[0023]图1为铜纳米材料的制备流程图；
[0024]图2为本专利技术实施例1中的样品1的XRD图；
[0025]图3为本专利技术实施例1中的样品1的SEM图；
[0026]图4为本专利技术实施例1中的样品2的SEM图；
[0027]图5为本专利技术实施例1中的样品3的SEM图；
[0028]图6为本专利技术实施例1中的样品4的SEM图；
[0029]图7为本专利技术实施例1中的样品5的SEM图。
具体实施方式
[0030]实施例1
[0031]本实施例中，铜源选择为氯化铜，溶剂选用三乙二醇二甲醚，包覆剂选用正丁胺和正己胺体积比为1:本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有抗氧化性能铜纳米颗粒的合成方法，其特征在于，具体步骤为：将含一价或二价铜离子的铜源溶液、包覆剂和还原剂的混合溶液加热反应，用醇类溶剂进行洗涤后即得具有抗氧化性能铜纳米颗粒。2.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述含一价或二价铜离子的铜源与包覆剂的摩尔比为1:0.1～1:50；所述含一价或二价铜离子的铜源与还原剂的摩尔比为1:0.1～1:50。3.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述加热反应的温度为80～180℃；所述加热反应的时间为15～45min。4.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述含一价或二价铜离子的铜源选自铜氧化物、铜包覆物、无机或有机铜中的一种或几种；优选地，所述含一价或二价铜离子的铜源选自氧化铜、氧化亚铜、氯化铜、硝酸铜、硫酸铜、甲酸铜、乙酸铜、碳酸铜、氢氧化铜中的一种或多种。5.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述的含一价或二价铜离子的铜源溶液的溶剂选自去离子水，醇类，醇醚类，酰胺类，酯类，酮类，有机胺类，有机酸类中的单一或混合溶剂；优选地，所述为含一...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐亮，姚悦，赵涛，朱朋莉，孙蓉，吴熙，
申请(专利权)人：深圳先进电子材料国际创新研究院，
类型：发明
国别省市：