[发明专利]一种金属/聚合物复合粒子及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属/聚合物复合粒子，其结构特征在于外层(壳层)是金属，内层(核)是有机聚合物。更具体地，壳层是导电的金属层，金属包括但不限于Cu、Ag、Au和Pt等。作为复合粒子核的有机聚合物粒子可以是空心聚合物球，也可以是实心的聚合物球，该有机聚合物微球球壁具有一定强度、表面含有大量反应性基团，通过氨基化改性后可以在其表面沉积金属层得到金属/聚合物复合粒子。这种金属/聚合物复合粒子可以用于制备导电材料、作为导电胶的导电颗粒等。

背景技术

通过对聚合物微球的包覆制备的核-壳复合粒子，其中壳的化学成分和厚度可以进行调节，由于复合粒子的诸多性能如光、电、磁、热、机械等性能可以在很大的范围内进行剪裁，是近年来发展很快的新型材料。

导电高分子材料作为新型材料重要分支由于其应用领域广而备受关注。通过往高分子材料中填充导电物质(如金属粉末、石墨、炭黑、碳纤维、碳纳米管和金属粉末等)而获得导电性，是目前较活跃的研究领域。但这种导电高分子体系的导电性强烈依赖于基体材料和填充材料的相容性和分散性。其突出缺点是：(1)导电填料很难在高分子材料中分散均匀，这使得导电性大受影响；(2)为获得良好的导电性，导电物质的填充量须足够高，因而常伴随着机械性能的降低。通过在聚合物空心微球表面沉积金属层制备的金属/聚合物复合粒子具有良好的导电性，克服了以上技术问题。

各向异性导电胶膜(anisotropic conductive film简称ACF)是将微米级导电颗粒混在树脂中制备成膜，控制颗粒的密度，使得相邻的导电颗粒间本身不能相互接触，而在受压力时于垂直方向导电，从而可实现低温化学粘接电极的细间距。成为各国在平板显示技术研究的热点。

吴丰顺等在“倒装芯片封装材料-各向异性导电胶的研究进展”(电子工艺技术，2004，25(4)：139-149)一文中提到ACF的接触电阻与邦定压力、导电微球数、导电微球硬度和形状有关。而作为ACF中的关键组分的导电颗粒的复合金属颗粒由于比重较大，在储存及使用过程中，颗粒会发生沉积而使其导电性能降低。而金属/聚合物复合粒子由于粒子内核为中空结构，大大降低了导电颗粒的比重，使其更容易在基体中均匀分散；同时，微球在最后与电极相连的热压过程中可以发生塑性变形，可以增大导电接触面积；金属/聚合物复合粒子变形恢复性能高，可增强其与电极的附着性，提高了连接的可靠性，而且不会损伤到薄膜电极。

发明内容

本发明的目的是提出一种金属/聚合物复合粒子，粒子壳层是导电的金属层，内层是有机聚合物。作为复合粒子核的有机聚合物粒子是空心聚合物球，该有机聚合物微球球壁具有一定强度、表面含有大量反应性基团，通过氨基化改性后可以在其表面沉积金属层得到金属/聚合物复合粒子。这种金属/聚合物复合粒子可以用于制备导电材料，作为导电胶的导电颗粒由于比重小，易于在基体中均匀分散。

一种金属/聚合物复合物粒子，其特征在于：

复合物粒子具有核-壳结构，壳层为金属，核为聚合物；

核是表面氨基化的马来酸酐-二乙烯基苯的交联聚合物空心微球，粒径为250-500nm，空心微球壁厚为15-90nm；

壳层金属是Cu、Ag、Au或Pt，壳层厚度为10-80nm。

制备所述金属/聚合物复合物粒子的方法，其特征在于，包括以下步骤：

制备马来酸酐-二乙烯基苯交联聚合物微球空心微球：

以聚马来酸酐-醋酸乙烯酯为内核模板，马来酸酐与二乙烯基苯作为单体，马来酸酐与二乙烯基苯的摩尔比为1∶4～4∶1；单体总量与模板的质量比为1∶4～4∶1；引发剂为偶氮化合物，引发剂的质量浓度为1％～8％；用乙酸丁酯和正庚烷混合溶液作为反应介质，在70～85℃共聚反应5～10h，用丙酮或乙醇溶去模板，得到空心的马来酸酐-二乙烯基苯交联聚合物微球；

马来酸酐-二乙烯基苯交联聚合物空心微球的表面氨基化：氨基化反应在常温下进行，在磁力搅拌下反应30min，反应单体为多元胺，反应介质为有机溶剂，如四氢呋喃、1，4-二氧六环、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、氯代烃等；

金属层的制备：将氨基化后的空心微球分散在Cu、Ag、Au或Pt的金属盐水溶液中，常温下利用硼氢化钠还原微球外表面吸附的金属离子，使氨基化后空心微球外表面布满作为下一步沉积种子的金属纳米粒子；放入水浴中加热到80℃，搅拌条件下加入柠檬酸钠和新加入的Cu、Ag、Au或Pt的金属盐金属盐溶液，反应时间15min；然后在常温下沉积1h得到金属/聚合物复合粒子。