CN101704547A - 晶形可控的铟锡氧化物纳米粉体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种晶形可控的铟锡氧化物纳米粉体的制备方法，其特征是工艺方法步骤为：(1)将铟化合物和锡化合物溶解于蒸馏水中，使用强碱水溶液作为沉淀剂，利用两步沉淀法制备ITO前驱体；(2)将沉淀的前驱体粉体经过水洗、干燥、研磨过筛，得到铟锡氧化物前驱体粉体；(3)将铟锡氢氧化物前驱体粉体在一定气氛中进行煅烧，制备出黄绿色ITO纳米粉体。本发明的优点是：1、ITO晶粒间没有硬团聚，且粒径比较均匀；2、通过选择煅烧气氛可以控制ITO晶粒形貌；3、前驱体制备过程中没有使用任何分散剂或表面络合剂，用于抑制粉体团聚。4、通过调节两步沉淀过程中的温度和沉淀速度改变晶粒粒径和长径比。
Description
技术领域
本发明涉及一种纳米粉体的制备方法，尤其涉及一种晶形可控的铟锡氧化物纳米粉体的制备方法。
背景技术
ITO是一种典型的高导电性透明半导体材料，其电阻率高达10-5Ω·cm。由于ITO半导体的禁带宽度为3.5-4.6eV，这种材料在可见光范围内光透过率达到90％以上，已被广泛应用于计算机、手机、液晶电视、ATM自动取款机等各种显示屏。
ITO材料一般作为薄膜使用，通常利用大型磁控溅射设备进行连续生产，这种方法的优点是导电性和透光度都很高，但其缺点不仅设备昂贵，生产型设备需要上千万元，而且由于使用物理镀膜，膜层与玻璃的结合力低，容易脱落；同时对于非平面的异形衬底表面很难或根本无法镀膜。近年来，随着纳米材料制备工艺的不断发展，ITO材料可以被制备成纳米尺寸的粉体，通过对粉体表面进行改性处理，合成出高稳定性的透明导电悬浮液，并利用旋涂、辊涂、浸涂、刷涂等常规涂层工艺可以获得低成本、大面积均匀的ITO涂层。在电阻率大于10-2Ω·cm的应用领域，ITO涂层完全可以替代物理镀膜产品，不仅可以节约大量生产成本，而且可以实现物理镀膜所无法进行的异形件表面、管件内壁、有机薄膜等特殊衬底表面形成透明导电膜层(M.A.Aegeter，J.Puetz，G.Gasparro，N.Al-Dahoudi，Versatile wet deposition techniques for functional oxidecoatings，Optical Materials，26(2004)155-162.)。此外ITO纳米粉体还可以作为透明高导电填料应用于各种无机和有机基体材料中，从而赋予基体材料一定程度的导电能力，在防止静电、防电磁干扰等产品中得到应用[US20030030036A1，EP1894891 A2]。
黄绿色ITO纳米粉体通常是在水溶液中通过共沉淀法首先制备出铟锡氢氧化物前驱体，然后进行高温煅烧而获得的。由于前驱体晶粒粒径细小，极容易团聚，煅烧过程时团聚体内热分解成的ITO晶粒容易出现表面粘连，即形成硬团聚(CN100343273C，CN100364897C)，导致粉体难于分散，这样不管是单独作为ITO涂层材料或者是作为导电填料，材料透明度和导电性能都将大幅降低。此外，共沉淀法制备出的ITO纳米晶粒一般为球形，不仅晶粒形貌单一，而且晶粒一般为多晶体，降低其导电性，只能适用于导电性要求不高的防静电填料以及用于进一步烧结ITO靶材。
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶形可控的铟锡氧化物纳米粉体的制备方法，该制备方法前驱体晶粒分散性十分优异，煅烧后的粉体之间没有硬团聚，且粒径比较均匀，利用煅烧气氛控制ITO纳米晶粒形貌。
本发明是这样来实现的，其特征是工艺方法步骤为：
(1)将铟化合物和锡化合物溶解于蒸馏水中，使用强碱水溶液作为沉淀剂，采用两步沉淀法制备白色铟锡氢氧化物前驱体粉体，第一步反应是在室温下进行的，PH值控制在3.0；第二步反应是在50-80℃进行，PH值控制在7.0；
(2)将沉淀的前驱体粉体经过水洗、干燥、研磨过筛，得到铟锡氧化物前驱体粉体；
(3)将铟锡氢氧化物前驱体粉体在一定气氛中进行煅烧，制备出黄绿色ITO纳米粉体。
本发明所述的铟化合物，其特征是铟化合物为氯化铟、硝酸铟或醋酸铟，其浓度在0.05-1.0摩尔/升之间。
本发明所述的锡化合物，其特征是锡化合物为无水或含结晶水的四氯化锡，锡离子浓度与铟离子浓度百分比为3-10mol％。
本发明所述的强碱，其特征是强碱为氨水、NaOH、KOH，浓度为1-5摩尔/升之间。
本发明所述的气氛，其特征是气氛是空气、真空、氮气或氩气等，氮气或氩气的流量为0.5-5升/分钟。
本发明所述的煅烧，其特征是煅烧温度为700-800℃，升温速率为5-10°/min，热处理时间为1-3小时。
本发明的技术效果是：1、由于前驱体晶粒分散性十分优异，煅烧后的粉体之间没有硬团聚，且粒径均匀；2、通过选择煅烧气氛可以控制ITO纳米晶粒形貌，在真空中煅烧可以获得等轴多面体晶粒；在空气中煅烧可以获得棒状晶粒，这种晶粒实际上是由很多细小的晶粒堆积而成；在惰性气氛中，如氩气、氮气，可以获得棒状纳米晶粒；3、前驱体制备过程中没有使用任何分散剂或表面络合剂，用于抑制粉体团聚，避免了煅烧过程中由于前驱体颗粒表面有机物的热分解而导致颗粒硬团聚，同时也消除了有机物引入的杂质；4、不仅可以通过调整反应物浓度进行控制ITO粉体粒径，而且还可以通过调节两步沉淀过程中的温度和沉淀速度改变晶粒粒径和长径比。
附图说明
图1为本发明的ITO前驱体粉体XRD衍射谱。
具体实施方式
实施例一
取11g InCl3溶于250ml的去离子水中，并进行机械搅拌。10分钟后取出其中的50ml溶液，加入1g的无水SnCl4，待完全溶解后缓慢加入到搅拌中的InCl3水溶液，并置于恒温水浴锅内进行机械搅拌。以去离子水配制3M浓度氨水溶液80毫升，在室温条件下缓慢加注到铟锡溶液中，直到溶液PH值达到3.0，然后将水浴温度升高到70℃，继续加注氨水溶液至PH为7.0为止。将白色沉淀物分离后在200ml的60℃蒸馏水、60℃乙醇中分别搅拌清洗1小时，抽滤后以无水乙醇分散、干燥、过筛，得到前驱体粉体。XRD结构分析结果表明，前驱体粉体中含有两种相：In(OH)3和InOOH，其中后者占多数，如图1所示。粉体TEM形貌观测结果表明，前驱体晶粒呈棒状，晶粒间完全分散开，大部分晶粒长度在100-200nm之间，长径比为3-4。
实施例二
取1.5g前驱体粉体放于瓷舟内，装入带有玻璃三通-石英管炉膛的管式电阻炉中.打开三通开关，在空气气氛中800℃煅烧1h，升温速率为10℃/min，获得黄绿色ITO粉体.粉体TEM形貌观测结果表明，ITO晶粒形貌完全继承了前驱体的棒状结构和高分散性的特征，晶粒尺寸略小于前驱体，每个晶粒由很多尺寸为20-30nm的小晶粒紧密堆积而成的多晶体，长径比为3-4.
实施例三
取1.5g前驱体粉体放于瓷舟内，装入带有玻璃三通-石英管炉膛的管式电阻炉中。关闭石英管一端的玻璃三通，另一端的三通开关连接真空泵，将石英管内的气压降低到1Torr以下，然后开启煅烧升温程序，升温速率为10℃/min，真空中800℃煅烧1h，获得黄绿色ITO粉体。粉体TEM形貌观测结果表明，ITO晶粒为等轴多面体晶粒，晶粒尺寸在40-80nm之间，晶粒间无硬团聚。
实施例四
取1.5g前驱体粉体放于瓷舟内，装入带有玻璃三通-石英管炉膛的管式电阻炉中。将石英管一端连接经过分子筛干燥的氩气，另一端开关打开，首先通入氩气(1L/min)清除石英管内的空气，10分钟后开启升温程序，升温速率为10℃/min，氩气氛中800℃煅烧1h，获得黄绿色ITO粉体，粉体TEM形貌观测结果表明，ITO晶粒结晶完整，晶形除了多面体之外(晶粒大小40-80nm)，还出现一些长径比在2-3之间的棒状晶粒(晶粒长度60-100nm)。
Claims (6)
1.一种晶形可控的铟锡氧化物纳米粉体的制备方法，其特征是工艺方法步骤为：
(1)将铟化合物和锡化合物溶解于蒸馏水中，使用强碱水溶液作为沉淀剂，采用两步沉淀法制备白色铟锡氢氧化物前驱体粉体，第一步反应是在室温下进行的，PH值控制在3.0；第二步反应是在50-80℃进行，PH值控制在7.0；
(2)将沉淀的前驱体粉体经过水洗、干燥、研磨过筛，得到铟锡氧化物前驱体粉体；
(3)将铟锡氢氧化物前驱体粉体在一定气氛中进行煅烧，制备出黄绿色ITO纳米粉体。
2.根据权利要求1所述的一种晶形可控的铟锡氧化物纳米粉体的制备方法，其特征是铟化合物为氯化铟、硝酸铟或醋酸铟，其浓度在0.05-1.0摩尔/升之间。
3.根据权利要求1所述的一种晶形可控的铟锡氧化物纳米粉体的制备方法，其特征是锡化合物为无水或含结晶水的四氯化锡，锡离子浓度与铟离子浓度百分比为3-10mol％。
4.根据权利要求1所述的一种晶形可控的铟锡氧化物纳米粉体的制备方法，其特征是强碱为氨水、NaOH或KOH，浓度为1-5摩尔/升之间。
5.根据权利要求1所述的一种晶形可控的铟锡氧化物纳米粉体的制备方法，其特征是气氛是空气、真空、氮气或氩气，氮气或氩气的流量为0.5-5升/分钟。
6.根据权利要求1所述的一种晶形可控的铟锡氧化物纳米粉体的制备方法，其特征是煅烧温度为700-800℃，升温速率为5-10℃/min，热处理时间为1-3h。
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