本發(fā)明屬于金屬防護(hù)材料領(lǐng)域，具體涉及一種具有表面分子鈍化層的銅材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、銅材料因其優(yōu)異的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和易加工性等特點(diǎn)，已成為現(xiàn)代工業(yè)和電子信息領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的非貴金屬之一。然而，銅的易氧化性嚴(yán)重制約了其優(yōu)異物理性質(zhì)的耐久度，這不僅會(huì)導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還限制了其在高科技領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。特別是在半導(dǎo)體電子學(xué)中，銅材料作為導(dǎo)線的氧化會(huì)嚴(yán)重影響器件的電和熱的傳導(dǎo)性能，甚至可能引發(fā)電路故障或?yàn)?zāi)難性事故。面對(duì)下一代柔性電子技術(shù)的發(fā)展，盡管銅基導(dǎo)電油墨/漿料擁有經(jīng)濟(jì)成本優(yōu)勢(shì)，但其穩(wěn)定性較差，難以與金、銀和液態(tài)金屬等材料相競(jìng)爭(zhēng)。

2、在過(guò)去的幾十年里，銅的抗氧化技術(shù)已經(jīng)取得了顯著進(jìn)展。然而，如何在保持銅表面鈍化的同時(shí)，不損害其固有的物理性質(zhì)，仍然是一個(gè)艱巨的挑戰(zhàn)。經(jīng)典的銅防腐策略包括涂層、分子抑制劑和分子鈍化層。涂層防腐策略通常需要較厚的物理阻隔層來(lái)抵抗環(huán)境侵蝕，但這會(huì)大幅降低銅材料本身的熱傳導(dǎo)和電傳導(dǎo)性能。分子抑制劑策略是在具有腐蝕性的液態(tài)介質(zhì)中溶解適量的抑制劑，以阻礙銅材料的氧化反應(yīng)，通常用于工業(yè)銅防腐。分子鈍化策略是將抗氧化分子吸附著在銅表面，以增強(qiáng)其環(huán)境適應(yīng)性，且對(duì)材料本身的物理性質(zhì)損害最小。但由于抗氧化能力有限和鈍化過(guò)程復(fù)雜(如溶劑熱法、氣相沉積和電化學(xué)沉積)，分子鈍化技術(shù)在工業(yè)化量產(chǎn)上面臨巨大挑戰(zhàn)性。

3、面向下一代高密度集成化半導(dǎo)體工業(yè)、柔性電子和光電領(lǐng)域，開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單、穩(wěn)健、耐久且具有高度環(huán)境適應(yīng)性的銅抗氧化策略具有重要的戰(zhàn)略意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種具有表面分子鈍化層的銅材料。

2、本發(fā)明的另一目的在于提供上述銅材料的制備方法。

3、本發(fā)明的再一目的在于提供特定有機(jī)配體在制備銅材料表面分子鈍化層中的用途。

4、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

5、一種具有表面分子鈍化層的銅材料，形成所述表面分子鈍化層的有機(jī)配體選自tac、tpa-ac、npc-ac、tnc-ac、tpa-ca、npc-ca、tnc、tpatc、tpas-ca、tpas-ca、tpa-ta、npc-ta、tpas-ta和tpadc(具體結(jié)構(gòu)如圖1所示)。

6、在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述有機(jī)配體選自tac、tpa-ca、npc-ca和tnc。

7、在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述銅材料選自純銅、銅合金、銅粉、銅油墨和銅漿料。

8、上述具有表面分子鈍化層的銅材料的制備方法，將表面無(wú)氧化層的所述銅材料于室溫下置于所述有機(jī)配體的有機(jī)溶劑溶液中進(jìn)行反應(yīng)，然后去除多余的有機(jī)配體，即成。

9、在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述有機(jī)溶劑選自甲醇、乙醇和二氯甲烷。

10、進(jìn)一步優(yōu)選的，所述反應(yīng)的時(shí)間為5-8h。

11、有機(jī)配體在制備銅材料表面分子鈍化層中的用途，所述有機(jī)配體選自tac、tpa-ac、npc-ac、tnc-ac、tpa-ca、npc-ca、tnc、tpatc、tpas-ca、tpas-ca、tpa-ta、npc-ta、tpas-ta和tpadc。

12、在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述有機(jī)配體選自tac、tpa-ca、npc-ca和tnc。

13、在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述銅材料選自純銅、銅合金、銅粉、銅油墨和銅漿料。

14、本發(fā)明的有益效果是：(1)

15、1、現(xiàn)有可量產(chǎn)的防腐技術(shù)在抑制表面氧化和保持本征性能上難以兼顧。本發(fā)明基于鄰苯二酚及其變體極強(qiáng)的界面結(jié)合力和醌式結(jié)構(gòu)與芳香胺自由基陽(yáng)離子之間的陽(yáng)離子-π相互作用可在基底表面形成納米級(jí)分子鈍化層，能夠兼顧防腐蝕效果與本征物理性質(zhì)(導(dǎo)電和導(dǎo)熱)；

16、2、本發(fā)明中的表面分子鈍化層的制備簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備和環(huán)境要求低，經(jīng)濟(jì)成本低，能夠打破高品質(zhì)納米級(jí)鈍化層制備的技術(shù)壁壘(如：電化學(xué)聚合；物理氣相沉積等)；

17、3、本發(fā)明具有優(yōu)異的環(huán)境適應(yīng)性，可長(zhǎng)期面對(duì)多種具有腐蝕性的極端環(huán)境(高溫、高濕、強(qiáng)堿和強(qiáng)紫外線燈)；

18、4、本發(fā)明的制備方法具有普適性，不僅適用于純銅，還可推廣到銅合金(黃銅和青銅)、銅粉、銅油墨和銅漿料等。

技術(shù)特征：

1.一種具有表面分子鈍化層的銅材料，其特征在于：形成所述表面分子鈍化層的有機(jī)配體選自tac、tpa-ac、npc-ac、tnc-ac、tpa-ca、npc-ca、tnc、tpatc、tpas-ca、tpas-ca、tpa-ta、npc-ta、tpas-ta和tpadc。

2.如權(quán)利要求1所述的具有表面分子鈍化層的銅材料，其特征在于：所述有機(jī)配體選自tac、tpa-ca、npc-ca和tnc。

3.如權(quán)利要求1或2所述的具有表面分子鈍化層的銅材料，其特征在于：所述銅材料選自純銅、銅合金、銅粉、銅油墨和銅漿料。

4.權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的具有表面分子鈍化層的銅材料的制備方法，其特征在于：將表面無(wú)氧化層的所述銅材料于室溫下置于所述有機(jī)配體的有機(jī)溶劑溶液中進(jìn)行反應(yīng)，然后去除多余的有機(jī)配體，即成。

5.如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于：所述有機(jī)溶劑選自甲醇、乙醇和二氯甲烷。

6.如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于：所述反應(yīng)的時(shí)間為5-8h。

7.有機(jī)配體在制備銅材料表面分子鈍化層中的用途，其特征在于：所述有機(jī)配體選自tac、tpa-ac、npc-ac、tnc-ac、tpa-ca、npc-ca、tnc、tpatc、tpas-ca、tpas-ca、tpa-ta、npc-ta、tpas-ta和tpadc。

8.如權(quán)利要求7所述的用途，其特征在于：所述有機(jī)配體選自tac、tpa-ca、npc-ca和tnc。

9.如權(quán)利要求7或8所述的用途，其特征在于：所述銅材料選自純銅、銅合金、銅粉、銅油墨和銅漿料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有表面分子鈍化層的銅材料及其制備方法和應(yīng)用，形成所述表面分子鈍化層的有機(jī)配體選自TAC、TPA?AC、NPC?AC、TNC?AC、TPA?Ca、NPC?Ca、TNC、TPATC、TPAS?Ca、TPAS?Ca、TPA?TA、NPC?TA、TPAS?TA和TPADC。本發(fā)明基于鄰苯二酚及其變體極強(qiáng)的界面結(jié)合力和醌式結(jié)構(gòu)與芳香胺自由基陽(yáng)離子之間的陽(yáng)離子?π相互作用可在基底表面形成納米級(jí)分子鈍化層，能夠兼顧防腐蝕效果與本征物理性質(zhì)(導(dǎo)電和導(dǎo)熱)。

技術(shù)研發(fā)人員：戴李宗,何柳,袁叢輝,羅偉昂,陳國(guó)榮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廈門大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28