殷亚坤1，韩山玉1，夏文堂1,2，石雯1，王泽龙1，杨梅1，杨文强1,2
（1. 重庆科技大学冶金与材料工程学院，重庆 401331；2. 复杂金属矿产资源增值处理与清洁提取重庆高校重点实验室，重庆 401331）
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引用格式：
①殷亚坤, 韩山玉, 夏文堂, 石雯, 王泽龙, 杨梅, 杨文强. 电解铜粉添加剂的研究现状与展望[J]. 铜业工程,2024(3):110-118.
②YIN Yakun, HAN Shanyu, XIA Wentang, SHI Wen, WANG Zelong, YANG Mei, YANG Wenqiang. Research status and prospect of additives for electrolytic copper powder [J]. Copper Engineering, 2024(3):110-118.
doi: 10.3969/j.issn.1009-3842.2024.03.010
电解铜粉具有良好的物理化学性质和独特的树枝状结构，是高端制造与先进材料合成不可或缺的关键基础材料之一。然而，采用传统的电解工艺制备电解铜粉，存在诸如能耗高、生产效率低、产品粗大以及参数调控窗口窄等问题。电解液添加剂的合理运用和优化是改进电解铜粉制备过程的关键之一，能有效地控制电化学反应过程，调整铜粉形貌结构并提升其性能。本文阐述了阳离子添加剂、阴离子添加剂、非离子添加剂以及两性添加剂在电解铜粉制备中的作用，并探讨了各添加剂之间的协同作用以及对电解铜粉形态和性能的影响。此外，揭示了电解铜粉添加剂研究中存在的问题，并展望了电解铜粉添加剂的发展方向。对电解铜粉添加剂的深入分析，可为选择适宜的添加剂、优化电解工艺、提升铜粉性能，以及拓展电解铜粉的新应用提供参考。
电解铜粉是一种具有大比表面积、良好导电性和导热性等优点的金属粉体材料，广泛应用于精密电刷、摩擦材料、国防军工、3C产业、粉末冶金、化工催化、含油轴承以及机械零件等多个领域。目前，电解沉积法是制备树枝状铜粉最常用最有效的方法。在电解铜粉制备中，电解液的性质对电流效率、能耗、产品形貌、结构和粉末性能的影响较大，而电解液添加剂的选用和配比是关键因素，影响着电化学反应、质量传输和沉积动力学，从而决定铜粉的粒度分布、纯度、杂质含量、松装密度、表面积、压实性、抗氧化性和催化活性等性能。优化电解液添加剂的使用，可有效提升铜粉性能，满足不同应用需求。本文探讨了电解铜粉添加剂的研究现状和发展方向，特别是深入分析了不同添加剂之间的协同作用，以及这种协同作用如何影响电解铜粉的形貌和性能。通过探讨和分析，旨在为电解铜粉的高效制备提供参考和启示。
图1 在–0.55 V（vs. SCE）电位下以硅片为基底从含有不同Cl⁻浓度的10 mmol/L CuSO₄与0.5 mol/L H₂SO₄组成的电解液中获得的铜沉积层：（a）无 Cl⁻；（b）1 mmol/L Cl⁻；（c） 4 mmol/L Cl⁻；（d）10 mmol/L Cl⁻；（e）100 mmol/L Cl⁻；（f）500 mmol/L Cl⁻
图2 （a，b）从基础电解液和（c，d）含有2.5 mg/L HydroStar基础电解液中沉积的铜晶体微观扫描电镜形貌图像：（a，c） 10 s沉积；（b，d） 30 s沉积
图3 电解液中不同添加剂加入后沉积铜粉SEM形貌图像：（a，b）SDBS和PVP；（c，d）空白电解液；（e）SDBS；（f）PVP
图4 电解液中不同添加剂加入沉积铜SEM形貌图像：（a）Cl⁻和PEG；（b）Cl⁻和PEG；（c）Cl⁻，PEG和MPSA
尽管添加剂在电解铜粉的制备过程中发挥了重要作用，但在实际应用中仍存在一些问题。首先，添加剂的不当使用或搭配会降低电解效率，导致生产的铜粉性能不理想。其次，一些添加剂在生产和使用过程中可能产生有害或腐蚀性物质，对设备、环境和人体健康造成威胁。此外，一些效果显著的添加剂价格昂贵，并不适用于工业生产。最后，针对不同的应用需求，需要的铜粉性质也会有所不同，而现有的添加剂功能单一，难以满足多元化需求。
随着近年来中国的产业升级和技术进步，电解铜粉新型添加剂的研究与应用出现新的趋势。首先，新型添加剂的研发正朝着多元化、高效化、环保化和经济化的方向发展。其次，对添加剂作用机理的深入研究是电解铜粉添加剂研究的重点。此外，通过引入计算化学、数值模拟和人工智能等现代科技手段来提升添加剂的开发效率是电解铜粉添加剂开发与应用的主要趋势之一。
《铜业工程》创刊于1984年，由江西铜业集团有限公司主管主办，是我国铜工业领域全面反映铜产业链技术进步和金属材料科技创新的双月刊。中国工程院外籍院士、加拿大工程院院士、加拿大皇家科学院院士徐政和为期刊特约主编。期刊为《有色金属领域高质量科技期刊分级目录（2023）》T3级别，同时被美国《化学文摘》、俄罗斯《文摘杂志》《中国核心期刊（遴选）数据库》《万方数据库》《维普中文科技期刊数据库》等国内外检索数据库平台收录。本刊主要刊登铜、铅锌、稀有金属、贵金属等有色金属在采选、冶金、加工、环保、分析测试等方面的最新科研成果及应用，以及有色金属领域产业数字化、“双碳”战略推进等研究论文和综述文章。
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