CN101214994B - 一种制备铜铟氧化物纳米粉体的方法 - Google Patents

一种制备铜铟氧化物纳米粉体的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种制备铜铟氧化物纳米粉体的方法,属于粉末冶金技术领域。以9.99%-99.999%的金属铟、盐酸、氯化亚铜或氯化铜和氯化钠为原料,以氨水或氢氧化钠溶液为沉淀剂,以无水乙醇为稳定剂和脱水剂,在30-55℃的温度下进行超声化学共沉淀反应,保温陈化,离心分离,再经洗涤、微波干燥和煅烧,制备铜铟氧化物纳米粉体。所制得的铜铟氧化物纳米粉体粒径为20-40nm,比表面积为40-50m2/g,粉体颗粒呈球状,产品纯度高,分布均匀,分散性及光电性能好。

Description

一种制备铜铟氧化物纳米粉体的方法
一、技术领域:粉末冶金技术领域。
二、背景技术
铜铟氧化物(Copper Indium Oxide,CuInO2简称CIO)是一种p型透明导电氧化物材料,因具有大的载流子浓度和光学禁带宽度,而表现出优良的光电特性,是现代光电子产业的基础材料,而且是一种重要的太阳能电池材料。
目前,国内外制备纳米粉体的方法很多,主要有均相共沉淀法、水溶液共沉淀法、电解法,溶胶-凝胶法、喷雾热分解法和机械研磨法等。在这些方法中,液相法是工业上制备超细粉应用最广泛的,其基本方法是选择一种或多种可溶性金属盐,按成分计量配成溶液,使各元素呈离子或分子态,再用一种沉淀剂,将所需物质均匀沉淀、结晶出来,经脱水或者加热等过程而制得超细粉。而水溶液化学共沉淀法是引人注目的一种方法,该方法采用从外部加沉淀剂,其工艺简单、周期短,操作方便,对设备的要求不高,投资少,生产成本低,较适合于大规模生产而被广泛采用,但这种方法在具体的制备过程中存在着突出的团聚现象,即纳米粒子重新团聚成较大的粒子。
对于p型透明导电材料铜铟氧化物(CuInO2)纳米粉体的制备,目前公知的主要制备方法有阳离子交互反应法、固相反应法和溶胶-凝胶法。M.Shimode等(Journal ofsolid State Chemistry,2000,151:16-20.)和Makoto Sasaki等(Journal of Physics andChemistry of Solids,2003,64:1675-1679.)分别采用阳离子交互反应法在350℃煅烧144h制得CuInO2(CIO),该方法制备CIO粉体分三步完成:第一步In(OH)3的制备;第二步LiInO2粉体制备;第三步完成CuInO2(CIO)粉体的制备。杨华明等(2005年中国发明专利,CN03118327)用固相法制得粒径为32.48nm氧化铜-氧化铟复合纳米晶。这些方法存在加热温度高,保温时间长,工艺过程放大难,能耗高,需添加有机试剂等实际问题。
三、发明内容
1、本发明的目的在于提供一种制备铜铟氧化物纳米粉体的方法。以9.99%-99.999%的金属铟、盐酸(HCl)、氯化亚铜(CuCl)或氯化铜(CuCl2·2H2O)、氯化钠(NaCl)为原料,以氨水或氢氧化钠(NaOH)溶液为沉淀剂,以无水乙醇(CH3CH2OH)溶液为稳定剂和脱水剂,在30-55℃的温度下进行超声化学共沉淀反应,保温陈化,离心分离,再经洗涤、微波干燥和煅烧,制备铜铟氧化物纳米粉体。所制得的铜铟氧化物纳米粉体粒径为20-40nm,比表面积为40-50m2/g,粉体颗粒呈球状,产品纯度高,分布均匀,分散性及光电性能好。
2、本发明按以下步骤完成。
1)取99.99%-99.999%的金属铟加入重量百分浓度为36%的盐酸(HCl),升温至30-55℃,持续搅拌至金属铟完全溶解,制得InCl3水溶液;
2)将所得的InCl3水溶液稀释成含In3+80-150g/L的稀溶液与浓度为100-180g/L的氯化铜(CuCl2)溶液混合并添加浓度为150-200g/L的氯化钠(NaCl)溶液(InCl3、CuCl2和NaCl按化学反应计量配比),三者搅拌混均3-5min后置于超声恒温水浴中搅拌,控制温度40-60℃,同时滴加浓度为160-250g/L的NaOH溶液至pH值为10-11.5,再陈化30min,然后以4000r/min速度离心分离并反复洗涤沉淀,直到用AgNO3检验洗涤液中无Cl-为止,得到NaCl溶液及沉淀,最后再用无水乙醇洗涤沉淀1-2次。该沉淀即为铜铟氢氧化物前驱体;
3)将铜铟氢氧化物前驱体放入微波炉中干燥,控制温度为80-100℃,时间3-5min,取出细磨至50nm以下,再置于微波炉中在氩气保护条件下煅烧,控制温度为700-1000℃,时间5-15min。制得铜铟氧化物纳米粉体。
3、与公知技术相比本发明具有的优点及积极效果:
1)采用超声化学共沉淀-微波干燥煅烧联合法来制备CIO纳米粉体,通过超声波、微波等技术的有效集成来强化共沉淀化学反应或传递过程,把单个的工艺技术有机地结合起来,制得的产品质量好,易于实现工业化生产;
2)无需添加有机试剂和分散剂,利用超声波具有超声空化所产生的反应环境,来控制CIO纳米粉体的团聚,使共沉淀反应温度降低,反应时间缩短。缩短了CIO纳米粉体的制备周期;
3)微波干燥煅烧粉体结构疏松、易磨、颗粒小、加热速度快。
四、附图说明:图1是本发明的工艺流程图。
五、具体实施方式
实施例1:取99.99%的金属铟加入36%的浓HCl升温至45℃,持续搅拌至金属铟完全溶解成InCl3水溶液再用去离子水将其稀释成含In3+100g/L的稀释溶液100ml,取度为135g/L的CuCl2溶液260ml和浓度为200g/L的NaCl溶液160ml,三者搅拌混均3min后置于50kHz,100W的超声恒温水浴中加搅拌,控制温度55℃,滴加浓度为180g/L的NaOH至pH值为11,继续超声分散加搅拌陈化30min,用去离子水以4000r/min速度离心分离洗涤沉淀,直到用AgNO3检验洗涤液无Cl-为止,最后再用无水乙醇洗涤2次,得到前驱体,将前驱体放入微波炉控制微波功率750W,微波频率2450MHz,干燥5min,温度为100℃,取出碾磨,再置于微波炉中煅烧,微波功率为700W,在氩气保护条件下煅烧7min,温度为950℃,制得产品CIO纳米粉体。其平均粒径为27.82nm,比表面积42.06m2/g,Cu2O∶In2O3重量%=70∶30,粉体颗粒均呈球状,分布均匀无团聚,分散性好,颜色为棕黑色。其光学性能表现为紫外区(100-400nm)具有强烈的吸收性,可见光区(400-800nm)具有高的透过性,红外区(800-3500nm)有高的反射率,电学性能表现为具有低的电阻率。
实施例2:取99.999%的金属铟加入36%的浓HCl升温至40℃,持续搅拌至金属铟完全溶解成InCl3溶液,将所得InCl3·4H2O溶液稀释成含In3+100g/L的稀释溶液100ml,取浓度为150g/L的CuCl2溶液220ml,与浓度为200g/L的NaCl溶液160ml搅拌混均5min后,置于50kHz,100W的超声恒温水浴中加搅拌,控制温度60℃,滴加浓度为200g/L的NaOH至pH值为10.5,继续超声分散加搅拌陈化30min,用去离子水以4000r/min速度离心分离洗涤沉淀,直到用AgNO3检验无Cl-为止,最后再用无水乙醇洗涤1次,得到前驱体铜铟氢氧化物前驱体;将前驱体放入微波炉(微波功率750W,微波频率2450MHz)中干燥4min,温度为100℃,取出细磨,再置于在氩气保护条件下的微波炉中煅烧,微波功率为750W,温度为1000℃,煅烧10min,制得纳米CIO粉平均粒径为28.32nm,比表面积40.87m2/g,Cu2O∶In2O3重量%=70∶30,粉体颗粒均呈球状,分布均匀团聚少,分散性好,颜色为棕黑色。其光学性能表现为紫外区(100-400nm)具有强烈的吸收性,可见光区(400-800nm)具有高的透过性,红外区(800-3500nm)有高的反射率,电学性能表现为具有低的电阻率。

Claims (1)

1.一种制备铜铟氧化物纳米粉体的方法,其特征在于:其按以下步骤完成,
1)取99.99%-99.999%的金属铟加入重量百分浓度为36%的盐酸,升温至30-55℃,持续搅拌至金属铟完全溶解,制得InCl3水溶液;
2)将所得的InCl3水溶液稀释成含In3+80-150g/L的稀溶液与浓度为100-180g/L的氯化铜溶液混合并添加浓度为150-200g/L的氯化钠溶液,三者搅拌混均3-5min后置于超声恒温水浴中搅拌,控制温度40-60℃,同时滴加浓度为160-250g/L的氢氧化钠溶液至pH值为10-11.5,再陈化30min,然后以4000r/min速度离心分离并反复洗涤沉淀,直到用硝酸银检验洗涤液中无Cl-为止,得到氯化钠溶液及沉淀,最后再用无水乙醇洗涤沉淀1-2次,该沉淀即为铜铟氢氧化物前驱体;
3)将铜铟氢氧化物前驱体放入微波炉中干燥,控制温度为80-100℃,时间3-5min,取出细磨至50nm以下,再置于微波炉中在氩气保护条件下煅烧,控制温度为700-1000℃,时间5-15min,制得铜铟氧化物纳米粉体。
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