碳纳米管铜基复合颗粒的制备
王 伟 ，陈小华 ，熊伊娜 ，易 斌 ，陈传盛 ，刘云泉 ，颜海梅
(1. 湖南大学 材料科学与工程学院，长沙 410082;
2. 长沙理工大学 物理与电子科学学院，长沙 410114)
摘 要：采用混酸纯化法在碳纳米管表面引入羟基和羧基等基团。利用明胶使碳纳米管均匀地分散在五水硫酸铜溶液中，用葡萄糖在碱性条件下还原得到氧化亚铜内嵌碳纳米管复合颗粒，将其还原获得铜基内嵌碳纳米管复合颗粒。SEM 和TEM 观察结果表明：碳纳米管均匀地分布在几百纳米至1 μm 的复合颗粒中。XRD 分析表明得到的产物是纯净的Cu2O 和Cu 颗粒。复合球形貌影响因素研究发现：明胶在复合物成球过程中起着关键性的作用，明胶与CNTs 质量比为5~7 时配比效果最佳。
铜具有很高的导电、导热性能及良好的塑性，但铜属面心立方晶格，无同素晶转变，塑性高而强度低。随着现代科学技术的发展、电子器件的集成化和封装化，要求配套的材料不仅具有良好的导电性、导 热性、弹性和韧性，而 且还应具有较高的耐磨性和抗拉强度，较低的热膨胀系数，良好的成型、封装性能等。为解决这一矛盾，铜基复合材料(Cu/X) 应运而生。该材料以优良的导电性能和高强度成为一种性能优异的功能材料，主要应用于集成电路的引线框架、点焊和装焊机的电极、触头材料、电枢和电动工具的换相器以及受电弓滑板等方面。但是，随着对铜基复合材料的性能要求越来越高，传统铜基复合材料已越来越不能满足于高强度、高导电、高导热、低膨胀的电子封装材料及其它一些微电子材料的要求。
新出现的碳纳米管作为一种自组装单分子材料，其管径为纳米级，比微米级碳纤维小3 个数量级，长径比大于 10 3 ，且六边形结构完美、质量轻(其密度约为1.3 g/cm 3 )，已吸引了世界各国的关注。与现有增强相相比，碳纳米管在强度、电导率、热导率、密度及高温和化学稳定性方面显示了更为突出的性能[ 1−2]。 因此，利用碳纳米管与铜有望制备出高性能的新型复合材料体系。目前，碳纳米管铜基复合材料的研究已取得了一定进展。人们尝试利用传统的机械混合方法制备碳纳米管增强铜基或铝基复合材料[ 3−5]， 但 难以实现碳纳米管的均匀分散;DONG 等 [6] 将镀镍多壁碳纳米管为增强相制备铜基复合材料，试验表明，纳米碳管体积分数为 10%~15%时，复合材料的硬度最大达120HV，而铜基体硬度在 98HV，说明纳米碳管确实起到一定的增强作用。DAOUSHB 等 [7] 和 YANG 等 [8]通过电化学沉积的方法制备了碳纳米管增强的铜基复合材料，该材料具备良好的导电性。XU 等 [9] 在溶液中将铜离子和碳纳米管在溶液中混合，再 进行还原处理制得具有较强屈服应力和较低热膨胀系数的碳纳米管铜基复合材料。CHA 等 [10] 将酸处理过的碳纳米管乙醇悬浮液与铜盐溶液反应，得 到碳纳米管均匀分散且结合较好的复合体，烧 结成型后其屈服强度为铜的3倍，这也预示着碳纳米管增强金属基复合材料是大有前途的。
