中国粉体网讯 银拥有优秀的导电、导热和催化性能，银粉在光伏、电子工业、催化剂和医药等领域中应用广泛，且长期缺乏替代产品。然而，银高昂的成本限制了它的大规模使用。
相比之下，铜的价格较低，导电性仅次于银，但铜容易被氧化，表面形成导电性差的氧化膜，因此无法应用于电热性能要求更高的产品中。
银包铜粉通过在铜粉表面包覆银层，既提高了铜粉的抗氧化性和导电性，又同时减少了银的使用量，降低了成本，解决了上述问题。因此，银包铜粉被认为是银粉的理想替代产品，具有广阔的应用前景。
银包铜粉的性能及应用
银包铜粉是一种壳核型结构粉末，银为壳层，铜为核心。按照银包铜粉粒度大小，可将其分为纳米级(＜100 nm)、亚微米级(100~1000 nm)和微米级(1~10μm)。按照银包铜粉形状，则可将其分为球形、类球形、片状、线状等。银包铜粉的抗氧化温度为200~400℃，导电性和导热性能与银粉接近。
银包铜粉颗粒显微组织透射电子显微镜图
抗氧化性
据中南大学郭学益教授的介绍，目前银包铜粉的抗氧化性能普遍高于200℃，这使银包铜粉已经具备大规模应用于光伏与电子工业的潜力。
异质结(HJT)和钙钛矿太阳能电池具有较高的开路电压和转化效率，被视作下一代主流太阳能电池。由于HJT、钙钛矿电池采用低温烧结(约200℃)工艺，银包铜粉可以替代银粉作为导电浆料中的导电相，既可以避免铜易氧化问题，同时也可解决“银迁移”和银粉昂贵问题。
此外，银包铜粉已被用于制备电子产品中的柔性电路。由于传统导电胶以银粉为导电相，在湿润的环境下会发生电迁移现象，缩短电子元器件的使用寿命，而以银包铜粉做导电相不仅可以提高抗电迁移能力，也可以满足导电胶的固化工艺(≤200℃)，并且成本更低。
抗菌性能
银无论是金属形态还是化合物形态都具备很强的抗菌性，银纳米颗粒作为抗菌剂也已被广泛研究。银纳米颗粒附着于细胞壁和细胞膜时，会破坏细胞内生物分子结构同时引起氧化应激反应，从而达到灭菌的效果。纳米银包铜粉同样能在细胞内通过生物分子产生活性氧物质，诱导细胞产生负面反应，如蛋白质氧化、DNA损伤，从而达到抗菌和抗癌的目的。
此外，相较于纯纳米银粉或铜粉，纳米银包铜粉的抗菌和抗癌能力更强，更有望直接应用于药物中。
催化性能
燃料电池通过将氢和氧转化为水来发电，在燃料电池中铂被作为氧气还原反应的催化剂，但铂高昂的成本限制了其大规模应用。纯银与纯铜对于氧气还原反应的催化活性比铂低，银包铜的壳核形结构有助于提高其对氧气还原反应的催化活性，被认为存在替代铂的可行性。
银包铜粉已被证明可以作为电化学还原CO2的催化剂。相较于纯铜粉，银包铜粉的表面银层可以促进C-C的耦合作用，提高电化学还原CO2的电流效率，对实现碳中和具有重要意义。
此外，银包铜粉将4-硝基苯酚还原为对氨基苯酚的催化活性相较于纳米铜粉更强，有望应用于工业废水处理领域。
银包铜粉的包裹机理
银包铜粉本质上是一种复合材料，由银粉包裹在铜纳米颗粒表面构成，其表面包覆结构可以提高铜粉的性能和稳定性。包覆过程是银包铜粉制备的核心环节，银包铜粉的包覆机理可以归纳为两种类型：物理包覆和化学包覆。
物理包覆是指将银粉通过物理手段，如机械研磨、高能球磨等，将其附着在铜粉表面。化学包覆是指将铜粉与带有银离子的溶液反应，在还原反应的作用下使银沉积在铜粉表面。这两种机理可单独或联合发挥作用，实现银包铜粉的包覆。
目前研究较多的是通过化学还原法制备银包铜粉。在还原过程中，Ag+离子将被还原为银颗粒，而生成的银颗粒会不断沉积在铜粉表面，最后铜被银纳米颗粒包裹在其表面形成银包铜粉。
据中南大学李明钢副教授介绍，银包铜粉的包覆效果主要通过分析表面形貌和元素组成等方面进行评估。一般认为，良好的包覆效果应包括以下几个方面：1）银颗粒均匀分布在铜粉表面，颗粒尺寸适当且颗粒间的缝隙较小；2）银包铜粉表面呈现出较好的致密性和光滑度，可有效提高铜粉的稳定性和抗氧化性能。
银包铜粉的制备方法
据中南大学郭学益教授的综述研究表明：银包铜粉制备方法主要包括喷雾热解法、电子束辐射法、气相火花烧蚀法及化学镀法等。
喷雾热解法
一种常用的无机粉体制备方法，通过将液态前驱体溶液喷雾成微小的液滴，在高温下发生热解反应，最终得到无机粉体。喷雾热解法需要喷雾设备和热解炉，成本较高，且由于高温下铜粉易氧化，需要使用H2、CO等具有危险性的还原性气体，目前喷雾热解法尚不适于大规模生产银包铜粉。
电子束辐照法
利用电子束辐照含有金属离子的水溶液，产生具有强还原性的水合电子，将金属离子还原为金属粉体。该方法在制备银包铜粉时不需要使用化学试剂，在原料成本上具备一定优势，但电子辐照加速器价格昂贵，设备投产初期成本高，目前该技术难以普及。
气相火花烧蚀法
利用两个金属电极作为原材料，在电极之间施加高压，通过火花烧蚀生成的金属蒸气形成纳米颗粒。该方法可直接以纯铜、纯银作为原料，原料成本低，反应过程不使用溶剂，杜绝了污染，是一种先进的银包铜粉制备技术，但该方法目前仍然处于实验室探索阶段。
化学镀法
与其他方法相比，化学镀法具有工艺简单、制备成本低和包覆效果好的优点，是目前应用与研究最广泛的银包铜粉制备方法。化学镀银是在无外加电流影响下，通过氧化-还原反应将溶液中的银离子还原成单质银并沉积、包覆在铜基体表面的过程。
其原理基于金属之间的标准氧化还原电位差。在电位更负的金属表面，金属会与电位更正的金属离子发生置换反应。由于反应剧烈，铜粉表面生成的银层疏松且包覆不完整，呈点状分布。为了获得包覆完整的银层，通常需要在反应体系中添加络合剂、还原剂、敏化剂和活化剂、分散剂、有机溶剂等。
郭学益教授通过梳理近20年国内外化学镀法制备银包铜粉的相关研究，总结了化学镀银过程中需要使用的试剂种类和作用如下：
①络合剂：与Ag+结合形成银络合物，减缓镀银反应速率，提高银层均匀性；
②还原剂：将Ag+还原成银，控制银层厚度，提高镀银稳定性；
③敏化剂和活化剂：在铜粉表面形成具有催化作用的贵金属薄层，促进均匀镀银；
④分散剂：提高粉末分散性，防止粉末在镀银过程中团聚，提高镀银均匀性；
⑤有机溶剂：替代水作为反应溶剂，调节镀银反应速率并提高粉末分散性。
银包铜粉制备与应用技术瓶颈
降低银含量的同时确保高抗氧化性
光伏面临降本的行业需求，低银含量的银包铜粉更具成本优势。然而，银含量过低将导致包裹率降低，银包铜粉的抗氧化性下降。应综合考虑问题，寻求成本与性能之间的平衡。目前，江苏某光伏浆料企业所用银包铜粉的银含量为30%~40%，中南大学李明钢副教授指出，研发低于30%银含量且具有高包裹率、高抗氧化性的银包铜粉是行业趋势。为实现这一目标，化学镀制备过程中银镀层的厚度调控是关键。
银包铜粉的镀层致密度缺乏评价标准
相对银粉，银包铜粉中存在银与铜的界面，为保证高抗氧化性，抑制氧分子从外层向内层铜表面的扩散，要求银镀层具有高致密性。目前缺乏银镀层致密度的定量表征方法和评价标准，导致客户端对比不同厂商的银包铜粉抗氧化性时，无法进行横向对比。
银包铜浆的可靠性仍待验证
银包铜粉制成浆料用于HJT异质结电池的可靠性一直备受关注。目前仍缺少可靠性的检测标准及结果数据，这不利于银包铜替代银浆的行业发展。
参考来源：
[1]郭学益等：化学镀法制备银包铜粉研究进展，中南大学冶金与环境学院
[2]李明钢等：银包铜粉制备与应用的研究进展，中南大学冶金与环境学院
（中国粉体网编辑整理/平安）
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