一種六方氮化硼包裹納米銅顆粒的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種制備六方氮化硼包裹納米銅顆粒的方法。將一定摩爾比例六方氮化硼的前驅(qū)體和納米銅顆粒前驅(qū)體混合研磨，在氮?dú)夥諊赂邷仂褵苽淞降鸢{米銅顆粒。本發(fā)明原料便宜易得，成本低，制備方法操作簡(jiǎn)單,制備出的六方氮化硼包裹納米銅復(fù)合材料具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，并且具有高溫抗氧化性能可以使銅顆粒在腐蝕性液體或者氣體中穩(wěn)定存在，因?yàn)榱降饸けＷo(hù)了銅顆粒被外界環(huán)境影響到。
【專利說(shuō)明】
一種六方氮化硼包裹納米銅顆粒的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及電子元件散熱技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種高導(dǎo)熱率、高機(jī)械強(qiáng)度、高溫抗氧化性的無(wú)機(jī)復(fù)合金屬納米顆粒材料。更具體的涉及一種基于銅氨絡(luò)合物前驅(qū)體的制備，和焙燒六方氮化硼前驅(qū)體混合物進(jìn)而得到六方氮化硼包裹銅顆粒的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)的升級(jí)，電氣及電子設(shè)備的集成化，小型化，高頻化，輕量化程度愈來(lái)愈高，為了不影響器件的使用性能，壽命和穩(wěn)定性，對(duì)設(shè)備的散熱及抗氧化腐蝕提出更嚴(yán)格的需求，從而對(duì)導(dǎo)熱材料提出了更高的要求。要求導(dǎo)熱材料具有膨脹系數(shù)低、導(dǎo)熱系數(shù)高及高比剛強(qiáng)度的特點(diǎn)，而傳統(tǒng)導(dǎo)熱材料如銅、鋁、鐵鈦合金則熱膨脹系數(shù)大和密度大，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代發(fā)展的要求。而且金屬抗腐蝕性能，絕緣性差和成型工藝性能較差，限制了其在這些領(lǐng)域上的應(yīng)用，因而迫切需要開發(fā)除高導(dǎo)熱性能外，還具有其它優(yōu)良綜合性能如質(zhì)輕、耐腐蝕、易成型加工及絕緣的材料。
[0003]六方氮化硼是一種具有類似石墨烯層狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，它是一種寬禁帶半導(dǎo)體(3.5-5.9eV)，具有良好的電絕緣性，導(dǎo)熱性，化學(xué)穩(wěn)定性等性能。在增強(qiáng)陶瓷、耐高溫機(jī)械器件制備、高分子聚合物填充劑等方面具有廣泛的工業(yè)應(yīng)用。六方氮化硼納米片，因?yàn)榫哂胁煌奈⒂^形貌而導(dǎo)致其獨(dú)特的特性，除了上述所具有的性能外，還具有其他的特別性能，如，低膨脹率、優(yōu)良的紫外發(fā)光性能、良好的潤(rùn)滑性和優(yōu)良的耐腐蝕性等;尤其是其在電子導(dǎo)熱膠填料、電子封裝、陶瓷導(dǎo)熱涂料、膜電極材料、電子散熱器件等方面具有廣泛的潛在應(yīng)用。
[0004]六方氮化硼包裹的納米金屬顆粒作為一種新型的復(fù)合材料，引起了廣大學(xué)者和企業(yè)的關(guān)注。它是一種新型高導(dǎo)熱，高化學(xué)穩(wěn)定性，熱膨脹系數(shù)小，密度低，綜合性能優(yōu)異的導(dǎo)熱材料。它既可以改善基體介質(zhì)的熱傳導(dǎo)性能，實(shí)現(xiàn)對(duì)熱量的高效率傳遞；同時(shí)還可以利用其特殊納米六方氮化硼層結(jié)構(gòu)特性，克服傳統(tǒng)金屬顆粒導(dǎo)熱填料的形變能力差的缺點(diǎn)，有效地解決熱接觸的問(wèn)題；同時(shí)還改善了金屬的抗腐蝕性能，降低導(dǎo)熱層重量，因而有助于克服現(xiàn)有復(fù)合高分子導(dǎo)熱填料的不足而成為性能優(yōu)越的納米導(dǎo)熱材料。例如，納米金屬顆粒在作為導(dǎo)熱膠填料時(shí)，容易與空氣接觸，從而導(dǎo)致納米金屬顆粒氧化和腐蝕，以化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的六方氮化硼作為包裹材料，對(duì)金屬顆粒納米材料具有保護(hù)作用，可以避免環(huán)境因素的影響，同時(shí)將納米金屬顆粒限域在很小的空間內(nèi)，既保持了金屬顆粒的特性，又實(shí)現(xiàn)了納米金屬粒徑的可控制備，因而有助于克服現(xiàn)有導(dǎo)熱填料的不足而成為性能優(yōu)越的納米導(dǎo)熱材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于首次成功使用化學(xué)法合成法制備出六方氮化硼包裹銅納米顆粒，提供了一種成本低、工藝簡(jiǎn)單、易于工業(yè)生產(chǎn)的六方氮化硼包裹納米銅顆粒的化學(xué)合成方法，同時(shí)有效地提高六方氮化硼包裹納米銅顆粒的制備產(chǎn)率和質(zhì)量。
[0006]本發(fā)明涉及一種六方氮化硼包裹納米銅顆粒的制備方法，其特征在于有以下的過(guò)程和步驟:
(1)將六方氮化硼的前驅(qū)體和納米銅顆粒的前驅(qū)體按一定比例混合研磨均勻；
(2)將步驟(I)所得的混合物放入管式爐中，在一定的升溫速率下達(dá)到煅燒溫度并且保持一段時(shí)間;然后分別用乙醇和水清洗所得產(chǎn)物，最后放入干燥箱中干燥得到最終產(chǎn)品。
[0007]步驟(I)中，所述的六方氮化硼前驅(qū)體為硼酸銨、硼氫化鈉、硼氫化鉀、氨硼烷、硼粉或硼酸中的一種。
[0008]步驟(I)中，所述的納米銅顆粒前驅(qū)體為硝酸銅、氯化銅、醋酸銅、氮化銅、氯化四氨合銅或銅粉中的一種。
[0009]步驟(I)中，所述六方氮化硼前驅(qū)體和納米銅顆粒前驅(qū)體的摩爾比1:1?1:6。
[0010]步驟(2)中，所述升溫速率是l°C/min?10°C/min。
[0011]步驟(2)中，所述的煅燒溫度為700?1200°C，煅燒時(shí)間為I?5 h。
[0012]與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點(diǎn):
I)本發(fā)明開發(fā)了一種化學(xué)合成法制備六方氮化硼包裹納米銅顆粒的新工藝路線，該工藝制備成本低，操作容易控制，可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)，產(chǎn)率在40%以上。
[0013]2)本發(fā)明制備的六方氮化硼納米層的厚度在10?15 nm之間，銅金屬顆粒直徑在100?200 nm之間。其純度高，缺陷少，幾乎不含有雜質(zhì)，能很好的分散在水、乙醇、異丙醇、N，N-二甲基酰胺等溶劑中。
[0014]3)所制備的六方氮化硼包裹納米銅顆粒復(fù)合材料，具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，導(dǎo)熱系數(shù)為153 ff/(m.°C),具有良好的高溫抗氧化性能，可以在400°C中穩(wěn)定存在。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是實(shí)施例(I)制備的六方氮化硼包裹納米銅顆粒和六方氮化硼的FTIR譜圖。
[0016]圖2是實(shí)施例(2)制備的六方氮化硼包裹納米銅顆粒和六方氮化硼的XRD譜圖。
[0017]圖3是實(shí)施例(3)制備的六方氮化硼包裹納米銅顆粒的SEM照片。
[0018]圖4是實(shí)施例(4)制備的六方氮化硼包裹納米銅顆粒的TEM照片。
[0019]圖5是實(shí)施例(5)制備的六方氮化硼包裹納米銅顆粒的導(dǎo)熱片。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面通過(guò)具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0021]實(shí)施例1:
分別稱取I g硼酸銨和2 g硝酸銅，室溫混合研磨10分鐘。放入管式爐中煅燒，在升溫速率rC/min下升到700°C，在700°C下保持lh。將煅燒后所得產(chǎn)品分別用乙醇和水清洗三遍，然后放入干燥箱中干燥得到六方氮化硼包裹納米銅顆粒產(chǎn)品。從FTIR譜圖中看出產(chǎn)品的氮化硼紅外特征峰，證明氮化硼制備成功。
[0022]圖1是本實(shí)施例制備六方氮化硼包裹納米銅顆粒和六方氮化硼的FTIR譜圖。從FTIR譜圖中看出產(chǎn)品的氮化硼紅外特征峰，證明氮化硼制備成功。
[0023]實(shí)施例2: 分別稱取I g硼氫化鈉和3g醋酸銅，室溫混合研磨10分鐘。放入管式爐中煅燒，在升溫速率10°C/min下升到1200°C，在1200°C下保持5h。將煅燒后所得產(chǎn)品分別用乙醇和水清洗三遍，然后放入干燥箱中干燥得到六方氮化硼包裹納米銅顆粒產(chǎn)品。從XRD譜圖中看出產(chǎn)品的氮化硼和金屬單質(zhì)銅的特征峰，證明氮化硼和銅金屬顆粒制備成功。
[0024]圖2是本實(shí)施例制備的六方氮化硼包裹納米銅顆粒與商品氮化硼和六方氮化硼的XRD譜圖。從XRD譜圖中看出產(chǎn)品的氮化硼和金屬銅的特征峰，證明氮化硼包裹銅金屬顆粒制備成功。
[0025]實(shí)施例3:
分別稱取I g硼氫化鉀和1.2g氯化四氨合銅，室溫混合研磨10分鐘。放入管式爐中煅燒，在升溫速率5°C/min下升到900°C，在900°C下保持2h。將煅燒后所得產(chǎn)品分別用乙醇和水清洗三遍，然后放入干燥箱中干燥得到六方氮化硼包裹納米銅顆粒產(chǎn)品。從SEM譜圖中看出六方氮化硼完整包裹金屬銅顆，六方氮化硼厚度在?10 nm,納米銅顆粒直徑在100?300nm，證明氮化硼包裹銅金屬顆粒制備成功。
[0026]圖3是本實(shí)施例制備的六方氮化硼包裹納米銅顆粒的SEM照片。從SEM譜圖中看出六方氮化硼完整包裹金屬銅顆粒，六方氮化硼厚度在?10 nm,納米銅顆粒直徑在100?300nm，證明氮化硼包裹銅金屬顆粒制備成功。
[0027]實(shí)施例4:
分別稱取I g硼氫化鉀和2 g銅粉，室溫混合研磨10分鐘。放入管式爐中煅燒，在升溫速率5°C/min下升到900°C，在900°C下保持2h。將煅燒后所得產(chǎn)品分別用乙醇和水清洗三遍，然后放入干燥箱中干燥得到六方氮化硼包裹納米銅顆粒產(chǎn)品。TEM譜圖能夠看出六方氮化硼完整包裹金屬銅顆，六方氮化硼厚度在?10 nm,納米銅顆粒直徑在50?100 nm，證明氮化硼包裹銅金屬顆粒制備成功。如圖4所示。
[0028]圖4是本實(shí)施例制備的六方氮化硼包裹納米銅顆粒的TEM照片。從TEM譜圖能夠看出六方氮化硼完整包裹金屬銅顆，六方氮化硼厚度在?10 nm,納米銅顆粒直徑在50?100nm，證明氮化硼包裹銅金屬顆粒制備成功。
[0029]實(shí)施例5:
分別稱取I g氨硼烷和2 g氯化銅，室溫混合研磨10分鐘。放入管式爐中煅燒，在升溫速率5°C/min下升到1000°C，在1000°C下保持4 h。將煅燒后所得產(chǎn)品分別用乙醇和水清洗三遍，然后放入干燥箱中干燥得到六方氮化硼包裹納米銅顆粒產(chǎn)品。樣品制備成導(dǎo)熱片，所制備的六方氮化硼包裹納米銅顆粒復(fù)合材料，具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，具有良好的高溫抗氧化性能。
[0030]圖5是實(shí)施事例(5)制備的六方氮化硼包裹納米銅顆粒的導(dǎo)熱片。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種六方氮化硼包裹納米銅顆粒的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)將六方氮化硼的前驅(qū)體和納米銅顆粒的前驅(qū)體按一定比例混合研磨均勻； (2)將步驟(I)所得的混合物放入管式爐中，在一定的升溫速率下達(dá)到煅燒溫度并且保持一段時(shí)間;然后分別用乙醇和水清洗所得產(chǎn)物，最后放入干燥箱中干燥得到最終產(chǎn)品。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種六方氮化硼包裹納米銅顆粒的制備方法，其特征在于，步驟(I)中，所述的六方氮化硼前驅(qū)體為硼酸銨，硼氫化鈉，硼氫化鉀，氨硼烷，硼粉或硼酸中的一種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種六方氮化硼包裹納米銅顆粒的制備方法，其特征在于，步驟(I)中，所述的納米銅顆粒前驅(qū)體為硝酸銅，氯化銅，醋酸銅，氮化銅，氯化四氨合銅或銅粉中的一種。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種六方氮化硼包裹納米銅顆粒的制備方法，其特征在于，步驟(I)中，所述六方氮化硼的前驅(qū)體和納米銅顆粒的前驅(qū)體的摩爾比為I: I?1:6。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種六方氮化硼包裹納米銅顆粒的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述的升溫速率是l°C/min?10°C/min。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種六方氮化硼包裹納米銅顆粒的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述的煅燒溫度為700?1200°C，煅燒時(shí)間為I?5 h。
【文檔編號(hào)】B22F1/02GK106001595SQ201610516254
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月4日
【發(fā)明人】范東亮, 呂曉萌, 劉軍, 馮金, 張素云, 謝吉民
【申請(qǐng)人】江蘇大學(xué)