1. 研究背景

具有低烧结温度、低软化温度、高比表面、高导电导热等优异特性的超纯纳米铜粉作为一种新兴高端材料，是高密度印刷电路板（PCB）互连先进线路集成和风电、冶金领域低速重载轴承、齿轮等零部件高性能润滑油脂所需的关键原材料，我国尚未实现自主可控，难以满足新一代通信、新能源等产业发展的迫切需求。当前我国铜纳米粉体制备技术、互连铜浆及高端润滑油脂配方技术与世界先进水平存在较大差距，特别是在高密度PCB互连和风电润滑油脂领域存在“卡脖子”问题，相应关键技术仍掌握在日、美、欧优势企业手中。采用超纯纳米铜粉作为高密度PCB互连铜浆和高端润滑油脂的基础原材料，有望实现互连铜浆的“国产替代”和高端润滑油脂的“弯道超车”。

 

超纯纳米铜粉的特点、制备难点及其在相关领域应用的优势

 

2. 研究目标

针对PCB互连领域和高性能润滑油脂对超纯纳米铜粉的需求，突破超纯纳米铜粉可控制备、表面抗氧化和抗团聚关键技术，建设超纯纳米铜粉生产示范线；揭示纳米铜粉特性对铜浆烧结体性能的影响规律，突破适用于高可靠性、高密度PCB互连的纳米铜浆制备技术，实现其在PCB互连中的示范应用；揭示超纯纳米铜粉结构、形貌、尺寸与润滑性能间关系规律，突破高性能纳米铜基润滑油脂配方技术，实现纳米铜基润滑油脂在风电领域的示范应用。

 

3. 研究内容

项目的主要研究内容包括：（1）研究影响纳米铜粉纯度、尺寸、形貌的关键因素，揭示纳米铜晶体纯度控制机制，突破纳米铜粉抗氧化、抗团聚技术；（2）突破超纯纳米铜粉批量制备关键技术，建设生产示范线；（3）设计超纯纳米铜浆配方，研究其低温烧结行为及机制，开展其在高密度PCB互连领域的应用研究；（4）设计超纯纳米铜基润滑油脂配方，研究其高承载及抗微点蚀行为，并阐明其摩擦学性能增强机制，开展纳米铜基润滑油脂的批量制备及其在风电等领域的示范应用。

 

4. 研究团队

本项目团队汇集了华北电力大学、重庆有研重冶新材料有限公司、中国科学院兰州化学物理研究所、国家纳米科学中心、深南电路股份有限公司、中国华能集团有限公司、深圳市百柔新材料技术有限公司、深圳市量能科技有限公司、河南大学、北京科技大学等国内金属纳米材料研发及应用领域的高等院校、科研院所与领军企业共10家单位，强强联合，优势互补，实现了产学研用一体协同创新。

华北电力大学是国家“211工程”、“双一流”建设的综合性大学。学校积极参与国家创新体系建设，现有国家级科技创新平台4个，在电力电子关键材料、新能源、智能电网等领域取得了许多重要研究成果。在纳米铜粉制备、电子封装、机械设备润滑剂开发及应用等领域有深厚研究基础，相关领域获国家级和省部级科技奖励6项，发表论文100余篇，授权专利30余项。作为项目牵头单位，熟悉项目所涉及的各关键技术环节，与各参与单位联系紧密，在项目申报、组织和协调各单位关系、资源方面发挥了重要作用。

 

项目团队成员

 

此外，项目团队的优势还在于：

在纳米材料研究方面，国家纳米科学中心在纳米材料自组装、功能导向纳米材料、电力设备防污闪纳米材料等研究领域取得了一批重要的创新成果，并初步搭建了我国纳米测量用标准体系，使我国成为世界上纳米标准最丰富的国家之一。北京科技大学是国内最早开展金属粉末研究的高校之一，在纳米粉体制备、成形与烧结等方面取得过多项创新性成果。

在纳米铜粉产业化制备方面，重庆有研重冶新材料有限公司拥有工信部“金属粉体材料产业技术研究院”等先进研究平台，具有国际领先的微纳铜粉实验设备及生产线，金属粉末生产能力超15000吨/年，是国内先进金属粉体材料的龙头企业，为超纯纳米铜粉的批量化制备提供了良好的基础。

在纳米铜浆和PCB互连应用方面，深南电路股份有限公司、深圳市百柔新材料技术有限公司和深圳市量能科技有限公司均为国家高新技术企业。其中，深南电路是行业内首家国家认定的企业技术中心和技术创新示范企业，2022年在全球PCB厂商中位列第九，代表了中国PCB产业的最高水平；深圳百柔在PCB导电材料开发方面具备较强研发实力，与国内龙头通信终端企业、华北电力大学在低温烧结互连铜浆技术上开展密切合作，取得了重要进展；深圳量能在纳米材料制备与产业化研究、PCB互联应用方面具有丰富经验。

在高端润滑油脂开发和应用方面，中国科学院兰州化学物理研究所在高性能节能抗磨纳米润滑油脂关键技术与产业化等方面开展了系统研究工作，取得了重要突破，曾获得多项国家级奖励。河南大学拥有纳米杂化材料应用技术国家地方联合工程研究中心，其润滑材料研究团队创始人为中国科学院院士、“两弹一星”元勋党鸿辛先生，曾在国际上首次报道了纳米铜作为润滑添加剂的研究工作。中国华能集团有限公司是经国务院批准成立的国有重要骨干企业，其下属技术部门一直从事风电领域前沿技术和难点问题研究，在风电相关技术方面形成了强大的专业技术实力。

 

5. 预期成果和效益

项目将在超纯纳米铜粉、互连铜浆和纳米铜基润滑油脂领域产生一系列科学和技术成果，开发具有自主知识产权的产业示范线和示范应用技术，建立相应标准或规范，首次在国际上形成3吨/年的超纯纳米铜粉生产示范线，促进我国高密度PCB互连与高端润滑油脂等领域的技术自主可控，项目完成后预计每年直接经济效益超5亿元，间接经济效益100亿元。