电解法制备高导电性铜粉的研究及应用

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树枝状铜粉主要是通过电解法制备的一种金属粉,微观形貌多为树枝状,由于特殊的形貌使其具有较大的比表面积和电阻低等优良的特性,因此被广泛应用到屏蔽材料、电池、航空航天等特殊领域。然而,通常使用电解法制备的铜粉,存在团聚现象严重、树枝晶粗大、做成的膜材料具有较大的厚度以及不能形成良好的导电网络等缺陷,因而限制了树枝状铜粉在导电膜层材料中的广泛应用。针对此问题,本文在常规电解法制备铜粉的基础上,通过使用添加剂,改变电解参数,成功地获得了微观形貌细长、分枝发达、具有良好导电性且厚度相对较小的树枝状的粉体。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电化学工作站、比表面积分析仪等,对制备的电解铜粉进行了表征分析,研究了不同添加剂,工艺条件等对微观形貌以及性能的影响。实验研究结果表明:(1)在电解液中加入十二烷基硫酸钠(SDBS)与聚乙烯吡咯烷酮(PVP),可以制备出微观形貌细长且具有发达树枝的金属铜粉,SEM/EDS与XRD分析显示粉体纯净度高,铜粉枝晶细长分枝茂密,具有良好的分散性、低松装密度以及高比表面积,能够形成良好的导电网络,并且膜层厚度相对较小。(2)电解铜粉的微观形态与电解工艺条件密切相关,在电流密度为1500A/m~2、Cu~(2 )浓度为0.01mol/L、H_2SO_4含量为0.25mol/L、添加剂SDBS与PVP含量分别为5g/L、1.25g/L以及刮粉周期为25min的优化条件下,粉体呈明显的树枝状,其枝晶主干及分枝细长,粒径均匀,形貌最佳。(3)添加剂PVP和SDBS的协同作用对改善电解铜粉形貌和性能具有重要作用。与未加入或者单独仅加入PVP或SDBS其中一种添加剂相比,在电解液中同时加入一定量PVP和SDBS时,阴极具有更高的Cu~(2 )还原反应阻抗,较低的扩散电阻,增强的阴极极化与扩散传质效应,这有利于提高铜的结晶形核速率,降低生长速率,从而易于获得细晶铜粉。保证了离子在较高的传质效应和高度分散的情况下具有较大的阴极极化效应。该行为可归因于SDBS与PVP会形成胶束,能够占据阴极反应的活性位点,阻碍Cu~(2 )的还原析出,使得电解铜粉的电位负移,阴极极化增大。(4)PVP和SDBS的加入,可以降低原子扩散所需的激活能,致使反应过程中物质传递速率与分散程度得以提高。影响的大小顺序为:(SDBS PVP)
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