CN105665699A - 一种纳米铜包覆BaTiO3导电微球的制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳米铜包覆BaTiO3导电微球的制备方法及其应用。所使用的BaTiO3的粒径尺寸大约在0.03~0.2μm之间，所附纳米铜壳该厚度为5~20nm，该方法通过“晶核-生长”理论利用化学沉积法来控制纳米铜颗粒在BaTiO3微球沉积的厚度；不均匀的粒径分布，有利于粒子形成紧密堆积，从而提高粉末的导电性，与纯铜粉相比，扩充了纳米铜在树脂中填充体积百分比，更利于在树脂中分散，且可以长期保存。

Description

一种纳米铜包覆BaTiO3导电微球的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种导电胶中低成本导电填料的制备方法，尤其涉及一种纳米铜包覆BaTiO3导电微球的制备方法及其应用，属于电子信息材料领域。
背景技术
现在，市场中大多都是以银或金作为导电胶填料，这就无形中就增加了生产导电胶的成本，由于纳米铜具有优异的导电性和导热性，添加到树脂中能提高导电胶的导电性和价格低廉等优点，因此可以被作为导电胶的导电填料之一。但是，纳米铜颗粒容易团聚，难以稳定保存，在树脂中分散性不好，导致导电胶性能不稳定；因此一定程度上限制了它在导电胶中的应用。在钛酸钡纳微米球表面包裹上一层纳米铜，不但赋予了BaTiO3微球导电性，还扩充了纳米铜在树脂中分散性不好的问题，还可以长期保存。
BaTiO3是一种强介电材料，是电子陶瓷中使用最广泛的材料之一，被誉为“电子陶瓷工业的支柱”，国内外许多的学者对钛酸钡做了大量的研究工作，已经得到了大量的新材料，有关类似于纳米铜包覆BaTiO3导电微球的制备方法与研究较多，以下给出部分文献。
发明专利授权公共号CN105367811A，2016.03.02；
发明专利授权公共号CN103506620B，2016.01.20；
发明专利授权公共号CN103977798B，2016.01.20。
发明内容
本发明为了克服纳米铜作为导电胶中导电填料分散性不好的问题，提供了一种纳米铜覆BaTiO3导电微球的制备方法。
本发明采用BaTiO3微球表面预处理法，通过“晶核-生长”理论来控制纳米铜颗粒在钛酸钡纳微米球的沉积。
本发明采用的技术方案如下：
一种纳米铜包覆BaTiO3导电微球的制备方法及其应用，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将BaTiO3微球置于硫酸铜水溶液（Ⅰ）中，在超声波作用下分散10-30分钟后，进行离心分离，依次用去离子水和无水乙醇洗涤微球1-3次，得到表面负载铜离子的BaTiO3微球；
步骤2：将步骤1所得的表面负载铜离子的BaTiO3微球置于NaBH4-C2H5OH溶液中，搅拌1-3小时后，进行离心分离，用无水乙醇洗涤微球1-3次，得到表面负载纳米铜的BaTiO3微球；
步骤3：将步骤2所得的表面负载纳米铜的BaTiO3微球至于硫酸铜水溶液（Ⅱ）中，搅拌下加入PH为13的水合肼溶液，搅拌1-3小时后；真空干燥，即得到纳米铜包覆BaTiO3导电微球；
其中步骤1中所述的硫酸铜水溶液（Ⅰ）的浓度为0.05~0.1g/ml，BaTiO3与硫酸铜的质量比为=1：4；
其中步骤2中所述的NaBH4/C2H5OH溶液浓度为0.02~0.03g/ml，按照质量比m（BaTiO3）：m（NaBH4）=1：0.9；
其中步骤步3中的硫酸铜溶液浓度为0.005~0.01g/ml，按照质量比m（BaTiO3）：m（硫酸铜）=4：1；水合肼溶液浓度为0.08~0.09g/ml，按照质量比m（BaTiO3）：m（水合肼）=1：2；得到的纳米铜包覆BaTiO3导电微球中纳米铜的厚度为5~20nm；
一种纳米铜包覆BaTiO3导电微球的制备方法及其应用，其特征在于：步骤3中所述的纳米铜包覆BaTiO3导电微球可作为导电胶、导电涂料和电磁屏蔽材料。
本发明通过调节铜离子的浓度，进而控制纳米铜壳的厚度，得到不同的表面电阻的导电微球，以适应不同导电性能要求的导电产品，本发明制备的导电粉末可以作为一种低成本的导电填料，在导电胶，导电涂料和电磁屏蔽材料等方面有着潜在的应用前景。
本发明的优势是：本发明可以控制铜离子的浓度或者调节纳米铜包覆BaTiO3导电微球的用量，从而控制铜壳的厚度，利用BaTiO3微球颗粒分布，有利于颗粒形成紧密堆积结构，这与纯铜粉相比，扩充了纳米铜在树脂中的体积分数；克服了纳米铜作为导电胶中导电颗粒分散不均的难题，有效的控制了铜的用量；且本发明相比于纯的纳米铜的导电粉末填充体积将会减少，由于可以在更小的填充比下形成导电网络；更易于在树脂中分散，克服了纳米铜填充导电胶导电性能不稳定。
附图说明
图1是纳米铜包覆钛酸钡导电微球的合成过程图。
图2是纳米铜包覆钛酸钡导电微球的透射电镜图。
图3是纳米铜包覆钛酸钡导电微球的XRD图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
以下实施例所使用的BaTiO3微球，颗粒尺寸为0.03~0.2μm。
实施例1
步骤1，称量4.0000g的无水硫酸铜，将称量的无水硫酸铜使用去30ml去离子水溶解，制备的硫酸铜溶液（Ⅰ），再称量称量1.0000g的钛酸钡纳微米球，把称量完毕的BaTiO3微球分散到硫酸铜溶液中（Ⅰ），使用超声清洗仪进行超声分散，时间为20min，进行离心分离，依次用去离子水和无水乙醇洗涤微球1次，得到表面负载铜离子的BaTiO3微球；
步骤2，制备NaBH4/C2H5OH溶液，称量0.9438gNaBH4，分散在30ml无水乙醇中，使用磁力搅拌器搅拌15min，使NaBH4溶解于无水乙醇中，将离心完毕的表面负载铜离子的BaTiO3微球分散到NaBH4/C2H5OH溶液磁力搅拌1h，搅拌1-3小时后，进行离心分离，用无水乙醇洗涤微球3次，得到表面负载纳米铜的BaTiO3微球；
步骤3，称量0.2500无水硫酸铜，将其溶于30ml的去离子水中，制备的硫酸铜溶液（Ⅱ），离心完毕表面负载纳米铜的BaTiO3微球在磁力搅拌分散在硫酸铜溶液中（Ⅱ），使用量筒量取3ml的水合肼，将其与7ml的去离子水相互溶合，使用0.1g/ml氢氧化钠溶液调节混合溶液的PH值，使得混合溶液的PH值在13，将调节完毕的混合溶液倒入装有配好的离心完毕的钛酸钡纳微米球稀得硫酸铜中，使用磁力搅拌搅拌2小时，停止搅拌，使用离心机进行离心洗涤，使用去离子水洗涤三次，使用无水乙醇洗涤两次，在真空度为0.08MPa，温度60℃条件下干燥六小时；所获得的固体粉末在8MPa的压力下压成片，片得厚度为1mm，直径为13mm，利用仪器测得纳米铜覆BaTiO3导电微球的电导率为4.6×106S/m。
终上所述为本发明的实施方式的详细说明，本发明不局限于此，在该领域内的工作技人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明终止的前提下做出各种变化。

Claims (2)

1.一种纳米铜包覆BaTiO3导电微球的制备方法及其应用，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将BaTiO3微球置于硫酸铜水溶液（Ⅰ）中，在超声波作用下分散10-30分钟后，进行离心分离，依次用去离子水和无水乙醇洗涤微球1-3次，得到表面负载铜离子的BaTiO3微球；
步骤2：将步骤1所得的表面负载铜离子的BaTiO3微球置于NaBH4-C2H5OH溶液中，搅拌1-3小时后，进行离心分离，用无水乙醇洗涤微球1-3次，得到表面负载纳米铜的BaTiO3微球；
步骤3：将步骤2所得的表面负载纳米铜的BaTiO3微球至于硫酸铜水溶液（Ⅱ）中，搅拌下加入PH为13的水合肼溶液，搅拌1-3小时后；真空干燥，即得到纳米铜包覆BaTiO3导电微球；
其中步骤1中所述的硫酸铜水溶液（Ⅰ）的浓度为0.05~0.1g/ml，BaTiO3与硫酸铜的质量比为=1：4；
其中步骤2中所述的NaBH4/C2H5OH溶液浓度为0.02~0.03g/ml，按照质量比m（BaTiO3）：m（NaBH4）=1：0.9；
其中步骤步3中的硫酸铜溶液浓度为0.005~0.01g/ml，按照质量比m（BaTiO3）：m（硫酸铜）=4：1；水合肼溶液浓度为0.08~0.09g/ml，按照质量比m（BaTiO3）：m（水合肼）=1：2；得到的纳米铜包覆BaTiO3导电微球中纳米铜的厚度为5~20nm。
2.根据权利要求1所述的一种纳米铜包覆BaTiO3导电微球的制备方法及其应用，其特征在于：步骤3中所述的纳米铜包覆BaTiO3导电微球可作为导电胶、导电涂料和电磁屏蔽材料。
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