[发明专利]铜锡核壳结构的纳米粒子及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于印刷电路板的导电材料，具体涉及一种铜锡核壳结构的纳米粒子及其制备方法。

背景技术

随着无线智能识别电子标签、柔性印刷电路板、印刷电路板等印刷电子行业的发展，纳米金属导电油墨的要求也日益提高。导电的纳米金属粒子作为导电油墨的关键成分日益受到关注。

现有技术中，处于科研研究和实践层面上最多的纳米银，但由于金属银价格昂贵，只有在一些高端领域才能得到使用，因而在一定程度上限制的其应用领域。纳米铜也具有高导电性，且价格低廉而受到广泛的关注。但是由于纳米铜在空气中易被氧化且其氧化产物不具有导电性，使得纳米铜的制备和应用受到一定的限制。为解决纳米铜的上述问题，现有技术普遍采用分散剂和表面活性剂包覆纳米铜的方式防止氧化，但是储存时间短，即防止氧化的时间较短，并且还存在保护层的去除和导电性能下降等问题。为解决上述问题，又出现了在纳米铜外层附上金属锡形成核壳结构的纳米粒子，可以很好的解决这一问题，如中国专利申请：201110145080.6中介绍了一种锡包铜的导电墨水的制备方法；但是，为了使铜能够被完全包覆，工艺控制较为困难，且易形成较大颗粒，使得粒子尺寸分散较宽，难以满足纳米金属导电油墨使用要求。

因此，需要一种适用于纳米金属导电油墨的导电金属纳米粒子，具有符合要求的粒径及其分布，抗氧化性较强，可长期储存，并且制备工艺简单易控制，使用和生产成本较低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的提供一种铜锡核壳结构的纳米粒子及其制备方法，纳米粒子具有符合要求的粒径及其分布，适用于纳米金属导电油墨，抗氧化性较强，可长期储存，并且制备工艺简单易控制，使用和生产成本较低。

本发明的铜锡核壳结构的纳米粒子，该纳米粒子由铜锡合金纳米粒子的表面铜覆盖锡形成。

本发明还公开了一种铜锡核壳结构的纳米粒子的制备方法，包括下列步骤：

a.制备铜锡合金纳米粒子

制备铜盐和锡盐混合溶液并加入分散剂，溶液中铜盐和锡盐摩尔比为1∶0.5-5，调节PH值至酸性；制备硫脲和还原剂混合溶液，其中硫脲与铜盐的摩尔比为0.5-5∶1；使铜盐和锡盐溶液在频率为15KHz-90KHz的超声波作用下缓慢加入硫脲和还原剂混合溶液，在40℃-120℃反应后得到含有铜锡合金的溶液，离心分离得到铜锡合金纳米粒子；

b.制备铜锡核壳纳米粒子。

将铜锡合金纳米粒子加入配制的硫脲溶液中并加入分散剂，铜锡合金纳米粒子与硫脲摩尔比为1∶0.5-5；配制锡盐溶液，调节PH为酸性；使铜锡合金纳米粒子与硫脲溶液的混合物在频率为15KHz-90KHz的超声波作用下缓慢滴加锡盐溶液，在30℃-80℃反应后得到含有纳米铜锡合金核锡壳粒子，离心分离得到铜锡核壳纳米粒子。

进一步，步骤a中，铜盐和锡盐摩尔比为1∶1-3，硫脲与铜盐的摩尔比为1∶3-4；步骤b中，铜锡合金纳米粒子与硫脲摩尔比为1∶3-4。

进一步，步骤a中，铜盐和锡盐混合溶液的浓度为0.1-2mol/L，硫脲和还原剂混合溶液的浓度为0.4-2mol/L；步骤b中，硫脲溶液的浓度为0.5-1.5mol/L，锡盐溶液的浓度为0.5-1.5mol/L；

进一步，步骤a中，分散剂的添加量为10-30g/L；步骤b中，分散剂的添加量为10-30g/L；

进一步，步骤a中，超声波的频率为60KHz-80KHz，步骤b中，超声波的频率为60KHz-80KHz；

进一步，步骤a中的反应温度为70℃-90℃，步骤b中的反应温度为40℃-60℃；

进一步，步骤a和步骤b中，溶液的溶剂为水、一缩二乙二醇、乙醇和乙二醇中的一种或一种以上的混合物；分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、明胶、十六烷基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠和十二烷基硫酸钠中的中的一种或一种以上的混合物；步骤a中，还原剂为硼氢化钠、硼氢化钾、偏磷酸钠、甲醛、水合肼和坏血酸中的一种或一种以上的混合物。