1、贵金属功能材料发展现状及趋势摘要：介绍了贵金属功能材料的应用领域，贵金属材料对国民经济和社会发展的重要性。阐述了贵金属高纯材料、贵金属薄膜材料、贵金属制品、贵金属合金及化合物在电子电气行业、半导体微电子行业、环保领域、生物医药、化工行业的应用现状及发展趋势。关键词：金属材料；贵金属；功能材料；应用贵金属具有优异的物理化学性能，高电导率、热导率、稳定性，以及特有的电学、光学等性能，广泛应用于现代工业的众多领域。贵金属包括金(Au)、银(Ag)、柏(Pt)、钳(Pd)、钉(Ru)、铭(Rh)、钺(Ir)、钺(Os)八个元素，其中以铝为代表的钳、钳、钉、铭、钺、钺又被称为柏族金属。贵金
2、属由于价格昂贵，历史上主要发挥其货币和金融功能。随着我国工业和现代科学技术的不断发展，贵金属的高科技金属属性的作用越来越明显，现代工业对贵金属材料的需要量越来越大。据国外统计，世界上大约有25%的工业制品都使用了贵金属乙贵金属被誉为“现代工业维他命”。贵金属高纯材料、贵金属制品、贵金属合金及化合物作为现代工业和高科技产业的功能材料，发挥着越来越重要的作用。本文对贵金属功能材料的应用现状进行综述介绍，并对其发展前景进行展望分析。1电子电气行业贵金属及其合金在光学、热学、机械及化学方面有优良的综合特性，可广泛应用于电子电气行业。根据用途来分，可用于电接触材料、电阻材料、钎料、镀层材
3、料和测温材料等。为加快培育和发展新材料产业，提高技术水平和核心竞争力，夯实制造强国建设基础，根据增强制造业核心竞争力三年行动计划（2018-2020年），发改委制定的“新材料关键技术产业化实施方案”中，就对柏族金属电子信息功能材料：高纯柏、高纯钉、高性能柏铭热电偶微丝做出了指示和要求。电接触材料目前广泛应用的贵金属电接触材料是银、金、铝、钳及其合金，铭和钺一般作为添加元素。其中银基合金价格便宜，用量最大，代表性的合金有Ag-10Cu,常用作导电环、电刷等接点材料有研亿金的子公司北京翠柏林有色金属技术开发中心有限公司自主研发的大尺寸银基合金导电环，产品性能优异，可稳定供货于军工行业。
4、此外还有银基金属氧化物接触材料，随着环保意识的加强，传统的AgCdO正在逐步退出市场，随之发展起来的替代产品有AgSnO2、AgZnO、AgCuO等。目前还有研究在积极开发新品种银基电接触材料，Ag-碳纳米管（CNTs）、Ag-导电陶瓷、Ag-石墨烯（GNPs）m。常用的金电接触材料中，二元系有Au-Cu合金和Au-Ni合金等，三元系有Au-Ag-Cu合金，还有通过添加合金元素对其进行改良的多元系AuCuPtAg、AuCuPtAgZn、AuCuPtPdNiRh等。常用的铝及钳合金电接触材料有Pt-10卜、Pt-25卜、Pd-8卜和Pd-10卜合金等目前国外生产和研发电
5、接触材料的公司主要有德国大都克、瑞士美泰乐、比利时优美科、日本田中等，其中大都克、美泰乐和优美科都有在中国建立生产基地。测温材料Pt-10Rh作为热电偶材料应用最广。随后为了提高其使用温度，发展出了双柏铭热电偶，此外还有金-钳、银-钳和钺-钺铭热电偶，以适应不同的温度和环境需求。还有特殊用途热电偶，如用于低温技术的AuFe-NiCr为了满足更高端领域的需求，研制出新型贵金属Pt/Pt-13Rh薄膜热电偶，具有快速响应和高精确高温测试的特点葭重庆材料研究院研究了弥散强化Pt-10Rh合金的性能工相对于普通的Pt-10Rh合金，提高了其加工性能和使用寿命，还研究了非标热电偶Pt-40
6、Rh/Pt-20Rh7,可用于飞机尾焰高温测量。钎料银基钎料研究应用体系较成熟。据统计，我国每年银基钎料的消耗量达200t以上。银基钎料常用的有Ag-Cu系和Ag-Mn系，如Ag-28Cu,Ag-7.5Cu,Ag-50Cu。Ag-Cu基础焊料中常添加In、Si、Sn、Ti、Mo、Ni、Zn等，形成多元合金焊料，适应不用焊接环境。Ag-Mn系有Ag-15Mn,Ag-15Mn-0.5Li等八金基钎料根据使用温度的不同设计不同的合金成分，如高温焊料Au-Ni系列、Au-Cu系列等，中温焊料Au-Ag、Au-In系列等，低温焊料Au-Ge、Au-Sn系列等，钳基钎料最
8、晶粒的目的，改善其性能，实现AuSn20钎料产品的精密化、批量生产和自动化是今后的研究目标。2半导体、微电子行业随着半导体、微电子技术、表面封装技术和显示技术向小型化、集成化、智能化和多功能方面发展，贵金属功能材料的应用形式也逐渐从丝、片、管转向微纳米体系贵金属浆料、贵金属薄膜材料得到了很快的发展。贵金属浆料贵金属浆料作为制备微电子元件的重要材料，对其的需求量也越来越大，同时也对贵金属粉末的性能提出了更高要求。其中贵金属粉末作为功能相材料，根据其性能不同，主要有电阻浆料、导电浆料、电极浆料等，涉及到的贵金属材料有Ag粉、Ag-Pd粉、Pd粉、Au粉、Pt粉、Ru粉。金属粉末的
9、特性直接决定浆料及最终产品的性能，主要的技术要求是要控制粉末粒度和形态，粉末的比表面、烧结温度、高分散性都是关键技术指标，工业化生产过程中要保证产品质量的稳定性。目前的研究热点依然是制备超细贵金属粉体材料，粒度更细，表面性能更优越。另外还有研究贱金属来代替贵金属浆料，如Ni、Cu、Al浆料，但是对设备、加工环境提出了更高的要求。目前主流的电子浆料还是以贵金属为主I。另外超细片状银粉印刷性能优异、导电率高、可靠性高也是目前的研究热点，发展前景更广阔，并且未来向纳米片状银粉以及银纳米线方向发展Ki。目前美国、日本、德国生产的电子浆料处于世界领先水平，如美国杜邦公司、日本田中、德国贺
10、利氏等。我国涉足电子浆料比较晚，尤其是高端电子浆料，与国外技术差距很大。外资企业贺利氏和中国光电企业在光伏行业用电子浆料方面建立战略合作关系。目前中国企业也在积极开发和研究，涌现出的电子浆料生产企业有有研亿金、贵研铝业、西北有色院、上海宝银等14。我们必须加大产品研发和产业化的力度，加快实现该类产品的国产化。贵金属薄膜靶材现代制备技术的提升，以及环境友好型的绿色工业要求，贵金属薄膜材料需求的增长迅猛，带动了贵金属靶材及贵金属蒸发料的发展。靶材的微观组织结构直接决定其使用性能，生产过程工艺的控制尤为重要。从金属的提纯、杂质控制、微观组织调控、焊接一整套流程，各个环节和链条必须紧密配合，
11、才能最终保证性能稳定性。高纯金、银、铝、钉等金属及合金靶材在半导体行业应用广泛，要求纯度至少在4N(99.99%)以上。国外发达国家对高纯材料的研究较早，有的产品纯度甚至最高可达6N以上。半导体行业涉及到的贵金属材料体系有Ti/Ni/AgV/Ni/Ag、Cr/Au、Cr/Ni/Au、Ti/Ni/Au、V/Ni/Au、TiW/Ni/Au、TiW/Au、NiPt等1,目前国内研究集中在提纯技术的提升，昆明贵研铝业研究了5N以上金靶的制备13有研亿金采用电解精炼法制备6N超高纯银”建有研亿金采用离子交换树脂选择性除杂和氧化蒸储分离联合提纯的工艺，制备5N高纯钉，开发出412英寸全系
12、列锲珀靶材已经占据了国内集成电路领域80%以上的市场份额14。3环保领域汽车催化剂贵金属催化剂活性大，在低温下能起催化作用，又能耐高温，应用于汽车尾气处理、废气净化。全球柏族金属的60%以上应用于汽车尾气催化剂。Pt和Pd净化尾气中的的CO和碳氢化合物，Rh净化汽车尾气中的NOx。非贵金属催化剂无论在起燃特性、空燃比特性，还是抗中毒能力等方面都难以与贵金属催化剂相媲美，因此贵金属催化剂在汽车尾气净化中仍占主导地位-0一辆汽油车约需使用3g铝族金属。随着愈发严格的环保标准的实施，汽车催化剂中贵金属的需求量也在不断增加。由于贵金属资源稀缺，价格昂贵，如何在降低贵金属使用量的同时，保证其
13、使用效率和净化效果，一直都是国内外的研究热点。寻找新型催化材料部分替代贵金属已成为必然趋势，贵金属-非贵金属混合催化技术，纳米稀土材料催化技术等都是目前的研究热点方向19o目前我国的汽车催化剂仍然主要由国外企业垄断，巴斯夫、庄信万丰、优美科等在国内均建有汽车催化剂生产厂。国内的汽车催化剂生产商主要有昆明贵研铝业和无锡威孚力达等，近几年国产自主品牌市场的占有率在不断提高20。燃料电池汽车燃料电池具有能量转化率高、污染小、适用范围广、负荷响应快等特点，是一种高效清洁、环境友好型能源。电极对燃料电池的性能起决定作用，珀电极应用最广泛，有Pt/C负载型催化剂，Pt-Cr/C、Pt-V/C
14、、Pt/Ru等多元催化剂叫但是由于成本高昂，大规模商业化受限制。以丰田的燃料电池汽车为例，平均每辆车用量为15g钳，国内整车箱的用量是国外的45倍a%目前的研究集中在降低铝金使用量的情况下，如何提高催化剂的比表面积和使用效率。德国慕尼黑工业大学研究小组制造出了用于燃料电池催化过程的铝纳米颗粒，尺寸只有约1纳米，与目前已实现工业化的最佳工艺制成的铝颗粒相比，其性能增加了一倍J。国内中国科技大学研究学者做了很多这方面的工作，研制出超细的柏锲铭三元金属纳米线催化剂，直径只有一纳米，展现了超高的原子利用率，质量活性是目前商用铝碳纳米催化剂的15.2倍网除了电池本身的成本和性能外，燃料电池
16、7。其中铝表现出最佳的室温催化氧化甲醛活性。2008年此技术已应用于北京奥运会部分场馆。中科院生态环境研究中心和亚都空气净化器共同研发的室温催化氧化甲醛和催化杀菌技术及其室内空气净化设备，以Pt/TiO2催化材料为核心，已经上市销售，目前多应用于大空间商务环境，未来有望在大众市场普及28。4生物医药领域柏族类金属可以用来制备抗癌药物，早已在临床上应用。贵金属还广泛地应用在牙科合金中因。镀钳的电极可直接用于血液的净化。钳/氧化钳电极，用来测量血液中的葡萄糖3。而柏族金属高活性、高选择性，安全性，作为催化剂广泛应用于临床上重要药物的化学合成，在药物合成中，主要应用的是负载型金、铝、
17、钳、铭、钉催化剂印屋铝钺电极还可以做心脏起博器-0另外也有研究表明贵金属纳米材料可作为生物传感器附。西安交大研究发现纳米金和金银合金纳米粒可应用骨骼再生照。纳米载银颗粒还可用于杀菌消毒冈。铝鸨合金可以制成栓塞弹簧圈，用于治疗脑动脉瘤网，有研亿金自主研发生产的铝鸨超细丝可满足生物医药标准，大大改善了医用PtW合金依赖进口的现状，减轻了病人的经济负担。此外，贵金属AgAu纳米团簇可用于生物荧光检测用诊断试剂附。可见贵金属功能材料是生物医药界的明星。5化工领域在石油化工行业，催化剂是加工工艺中的核心，主要用到的是铝和钳。石油精炼中的催化重整，芳烧、烧烂的异构化反应，脱氢反应，烯烂生
18、产中的选择性加氢反应都需要贵金属催化剂。石油重整，使用的催化剂多为Pt/Al2O3,后来又发展到Pt-Re/Al2O3,Pt-Ir/Al2O3,Pt/Al2O3/卤素等即。贵金属催化剂在石油化工行业已应用多年。金属钳吸收氢气可达到本身体积的2800倍，常用钳及钳合金净化氢气。西北有色院在这方面做了很多工作，大量产品已商业化生产阳。近年来为了降低成本，提高透氢量，又发明了钳合金膜，钳/陶瓷复合膜网。在化工领域，各种精细化学品的合成都利用高效的负载型铝催化剂。硝酸工业用到的是Pt、Pt-Rh、Pt-Pd-Rh网做催化剂40。目前玻纤工业多采用铝铭合金漏板生产玻璃纤维阿。钉