CN101428848A - 一种锡锑氧化物超细纳米粉体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种锡锑氧化物超细纳米粉体的制备方法，其特征是工艺方法步骤为：(1)将锡无机盐、锑无机盐和氢氧化钠溶解于乙二醇溶剂，加热直至溶液转变为黄色，并有沉淀出现；(2)冷却混合溶液加入蒸馏水，搅拌1小时，全部析出沉淀；(3)将沉淀物离心后用乙醇多次清洗，干燥后获得锡锑氧化物前驱体粉体；(4)空气中煅烧前驱体粉体，并用蒸馏水进行清洗，获得锡锑氧化物纳米粉体。本发明制备的锡锑氧化物粉体晶粒尺寸仅为5.4nm，这种粉体具有晶粒超细、粒径均匀以及溶剂中分散稳定性好等优点，适用于透明导电涂层、遮阳涂层以及防静电、防电磁辐射和防眩光涂层。
Description
技术领域
本发明涉及一种纳米粉体的制备方法，尤其涉及一种锡锑氧化物超细纳米粉体的制备方法。
背景技术
作为透明导电氧化物材料，锡锑氧化物(ATO)材料虽然在导电性方面不如铟锡氧化物(ITO)材料，但价格比后者低的多，在透明导电电极、遮阳涂层以及显示器的“三防”(防静电、防眩光、防电磁辐射)涂层等领域具有很高的应用价值。从工业规模应用的经济性以及光学透明度方面考虑，目前ATO膜层已经开始使用纳米粉体作为原材料，这不仅可以在相同涂层性能要求下只需要很少的导电粉体，节约成本，更重要的是涂层的均匀性、透明度都可以获得大幅度提升，这些优异性能已在遮阳涂层和“三防”涂层中获得工业应用。
ATO纳米粉体的制备方法主要有两种：一是利用液相共沉淀法制备出ATO前驱体粉体，然后在高温下进行煅烧获得ATO粉体(李青山，张金朝，宋鹂.热处理对锑掺杂SnO2纳米导电粉粒度和性能的影响，无机材料学报，2002，17(3)：489-495。)。共沉淀法的优点是操作简单，原料和工艺成本低廉，适合批量生产，缺点是高温煅烧容易形成晶粒间的硬团聚，严重影响ATO粉体的性能；二是利用水热法直接合成(CN 1558426A)。水热法尽管可以消除硬团聚现象，但是由于是在超临界状态下制备，ATO纳米粉体的掺杂处于亚稳态，其性能具有一定的时效性，即粉体性能随时间推移将出现明显下降。因此，目前ATO纳米粉体的常用制备方法仍然是液相共沉淀法。为了解决共沉淀法高温煅烧阶段的硬团聚，可以通过非水溶剂替代水作为反应介质，制备无硬团聚的ATO纳米粉体。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锡锑氧化物超细纳米粉体的制备方法，该方法制备的粉体具有晶粒超细、粒径均匀以及溶剂中分散稳定性好等特点。
本发明是这样来实现的，其特征是工艺方法步骤为：
(1)将锡无机盐、锑无机盐和氢氧化钠溶解于乙二醇溶剂，加热乙二醇溶液，直至溶液转变为黄色，并有沉淀出现；
(2)冷却混合溶液，并加入蒸馏水，机械搅拌1小时，使锡锑氧化物前驱体全部析出沉淀；
(3)将沉淀物离心后用乙醇多次清洗，干燥后获得锡锑氧化物前驱体粉体；
(4)空气中煅烧前驱体粉体，煅烧温度为400-600℃，煅烧时间为1-4小时，并用蒸馏水进行清洗，获得锡锑氧化物超细纳米粉体。
本发明所述的锡无机盐，其特征是锡无机盐为二氯化锡、无水四氯化锡或含结晶水的四氯化锡，锡无机盐的浓度在0.05-0.5摩尔/升。
本发明所述的锑无机盐，其特征是锑无机盐为三氯化锑、五氯化锑或锑酸钠，锑无机盐的摩尔浓度为锡无机盐摩尔浓度的10％-25％。
本发明所述的氢氧化钠，其特征是氢氧化钠的浓度是锡无机盐浓度的2-4倍。
本发明所述的前驱体，其特征是前驱体制备过程中反应温度保持在165-185℃，反应时间为1-4小时。
本发明的优点是：1、乙二醇不仅是反应介质，同时起到前驱体粉体分散剂的作用，乙二醇吸附在前驱体颗粒表面，阻止了前驱体颗粒之间的粘连，从而获得脆性、疏松的前驱体粉体；2、乙二醇在加热过程中能够与金属氢氧化物发生氧化-还原反应，已被广泛应用于制备多种粒径均匀的金属或金属氧化物纳米粉体，乙二醇热处理过程中Sn4+和Sb3+首先与NaOH结合形成氢氧化物，并与乙二醇发生氧化-还原反应，得到锡、锑混合的氧化物晶粒，锡、锑离子达到原子层次的均匀分布，使得煅烧过程中Sb3+扩散路径大大缩短，可以在比水溶液共沉淀法更低的煅烧温度下实现Sb3+替换Sn4+，转变为Sb5+并释放出2个自由电子，实现高效掺杂；3、由于前驱体颗粒表面吸附乙二醇分子，在煅烧阶段乙二醇受热氧化分解成乙醛和乙酸，以气体释放出来，可以阻止前驱体晶粒之间的直接接触，达到消除硬团聚的效果。
附图说明
图1为发明的前驱体粉体和煅烧粉体的XRD衍射谱。
具体实施方式
实施例一
取21g SnCl4·5H2O和2.7g SbCl3溶解于300ml乙二醇中，待完全溶解后加入9.6g的NaOH，然后在170℃加热处理2h，溶液由原来的无色透明清液转变为棕色透明液体，冷却至室温后在机械搅拌过程中缓慢加入200ml蒸馏水，使反应生成的ATO前驱体完全析出沉淀。浅黄色沉淀物经过离心、水洗、乙醇清洗后在80℃烘箱中干燥10h，得到黄色、疏松的ATO前驱体粉体。前驱体粉体在管式电阻炉中400℃和600℃分别煅烧1h，得到深蓝色ATO粉体。
利用粉末X射线衍射仪测出前驱体以及不同温度下煅烧ATO粉体的XRD图谱，如图1所示。分析三种粉体的XRD衍射谱，发现都属于金红石结构的SnO2(PDF-71-0652)，前驱体粉体的主要衍射峰宽化严重，其原因有两个方面：一是晶粒度很小，引起小尺寸效应；二是晶粒结晶度较低。利用谢乐公式可以从衍射峰(110)和(101)的半高宽估算出晶粒平均粒径，前驱体晶粒大小为2.0nm，400℃煅烧后的ATO晶粒大小为4.0nm，600℃煅烧后的ATO晶粒大小为5.4nm。
ATO纳米粉体的TEM形貌观测结果表明，ATO晶粒为球形，晶粒大小均匀，约为5nm，与XRD衍射峰的计算结果基本一致，说明ATO晶粒结晶完整。由于晶粒粒径只有几个纳米，比表面积很高(>100m2/g)，所以在没有表面活性剂分散的情况下，ATO晶粒通常形成软团聚，平均颗粒度为141nm。
实施例二
取1g ATO纳米粉体和100g蒸馏水配制成固含量为1wt％的悬浮液，在功率为80W的超声清洗器中超声分散10分钟，然后取出10ml放入10ml量筒内，室温下放置一周无明显沉降或沉淀物，证明这种ATO超细纳米粉体具有良好的分散稳定性。
Claims (5)
1、一种锡锑氧化物超细纳米粉体的制备方法，其特征是工艺方法步骤为：
(1)将锡无机盐、锑无机盐和氢氧化钠溶解于乙二醇溶剂，加热乙二醇溶液，直至溶液转变为黄色，并有沉淀出现；
(2)冷却混合溶液，并加入蒸馏水，机械搅拌1小时，使锡锑氧化物前驱体全部析出沉淀；
(3)将沉淀物离心后用乙醇多次清洗，干燥后获得锡锑氧化物前驱体粉体；
(4)空气中煅烧前驱体粉体，煅烧温度为400-600℃，煅烧时间为1-4小时，并用蒸馏水进行清洗，获得锡锑氧化物超细纳米粉体。
2、根据权利要求1所述的一种锡锑氧化物超细纳米粉体的制备方法，其特征是锡无机盐为二氯化锡、无水四氯化锡或含结晶水的四氯化锡，锡无机盐的浓度在0.05-0.5摩尔/升。
3、根据权利要求1所述的一种锡锑氧化物超细纳米粉体的制备方法，其特征是锑无机盐为三氯化锑、五氯化锑或锑酸钠，锑无机盐的摩尔浓度为锡无机盐摩尔浓度的10％-25％。
4、根据权利要求1所述的一种锡锑氧化物超细纳米粉体的制备方法，其特征是氢氧化钠的浓度是锡无机盐浓度的2-4倍。
5、根据权利要求1所述的一种锡锑氧化物超细纳米粉体的制备方法，其特征是前驱体制备过程中反应温度保持在165-185℃，反应时间为1-4小时。
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