CN102634816B - 一种纳米氧化铟锡粉的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米氧化铟锡粉的制备方法，在自制的特殊电解槽内，用金属铟锡合金作为阳极，导电材料作为阴极，电解液为对环境友好的酒精为溶剂，加上可溶于有机醇的铵盐为电解质，在电化学反应中，铵盐不参加化学反应，阳极铟锡电解与有机醇结合，生成纳米氧化铟锡的前驱体；将纳米氧化铟锡的前驱体，通过工业离心机装置将纳米氧化铟锡前驱体分离出来，用去离子蒸馏水和工业高纯酒精进行清洗，直至无杂质离子达到氧化铟锡靶材要求，在烘箱烘干，再进行烧结，就可以得到纳米氧化铟锡粉体；将干燥的纳米氧化铟锡粉在真空包装机内，按照一定的重量进行真空包装，从而完成纳米金属氧化铟锡粉的生产工艺。本发明反应过程无污染、投资小、成本低、产品分散性好、分布均匀、可实现不同量的生产的优点。
Description
技术领域
本发明涉及纳米氧化铟锡(ITO)粉的制备方法，纳米氧化铟锡(ITO)粉是目前最好的透明导体，广泛应用于液晶显示技术，抗静电领域，电磁屏蔽材料，导电高分子等。其独特的光学性能可应用于高端节能环保玻璃，是现代高技术制造领域不可缺少的材料之一。
背景技术
高端ITO材料全球95％以上被日本公司所占有，国内目前还没有一家公司的产品能应用于高端液晶面板靶材，该技术一直受日本和欧美国家的控制。纳米ITO粉的工业化生产工艺属于纳米材料制备领域的高新技术，目前国内外生产纳米ITO粉的方法主要有：
方法一，共沉淀法：
将铟盐和锡盐按照一定的比例，在一定的PH值下共沉淀，生成氢氧化铟和氢氧化锡，洗涤后进行烧结，球磨。得到纳米ITO粉。这种方法是目前已经应用于工业生产。由于其工业化生产工艺非常复杂，要得到高品质的ITO粉需要掌握很多关键技术。国内的企业一般都是用这种方法来制备，由于缺乏核心技术，与国外的产品相比较，存在颗粒分布不均匀，形貌差异性很大，烧结过程中团聚严重，材料成分偏析严重，用这种材料很难得到优质的靶材。
方法二，直接烧结法：
日本公司直接用纳米氧化铟和纳米氧化锡按照一定的化学配比，充分混合在高温下直接烧结获得纳米ITO粉。该技术操作简单，但相关技术国内不具备，属于核心技术对中国保密。
发明内容
本方法提供的是一种制备高纯度，高合金化纳米铟锡合金氧化物粉，该方法属于纳米材料制备技术领域，意在改变我国纳米氧化铟锡粉体大规模制备被国外垄断的局面。
本发明的目的是提供一种工业化生产方法，能大批量生产，颗粒分布均匀，分散性好，相结构一次成型，粒径完全球形，尺寸可调的纳米氧化铟锡粉工业化生产技术。
为了实现以上目的，本发明的技术方案的特点在于，采用特制的电解液，直接牺牲阳极铟锡合金，铟锡合金比例按照用户要求可调，其范围为0.1％-30％，导电材料为电化学稳定的金属或碳玻璃，其具体过程为：
第一步，电化学反应过程：
在自制的特殊电解槽内，用金属铟锡合金作为阳极，导电材料作为阴极，电解液为对环境友好的、纯度为99.999％酒精为溶剂，加上可溶于有机醇的铵盐为电解质，铵盐与电解液的比例为0.01％-50％，在电化学反应中，铵盐不参加化学反应，阳极铟锡电解与有机醇结合，生成纳米氧化铟锡的前驱体。
第二步，热处理
将纳米氧化铟锡的前驱体，通过工业离心机装置将纳米氧化铟锡前驱体分离出来，用99.999％去离子蒸馏水和高纯99.999％工业酒精进行清洗清洗直至无杂质离子达到氧化铟锡靶材要求，在烘箱烘干，烘干温度设置在0℃-300℃之间，再进行烧结，烧结温度控制在500℃-1000℃之间，烧结1小时，就可以得到纳米氧化铟锡粉体。
第三步，产品包装：
将干燥的纳米氧化铟锡粉在真空包装机内，按照一定的重量进行真空包装，从而完成纳米金属氧化铟锡粉的生产工艺。
在自制的特殊电解槽内，电解槽为密封的电解槽，用金属铟锡合金作为阳极，导电材料作为阴极，电解液为对环境友好的酒精为溶剂，加上可溶于有机醇的铵盐为电解质，在电化学反应中，铵盐不参加化学反应，阳极铟锡电解与有机醇结合，生成纳米氧化铟锡的前驱体。
电化学反应如下：
In-3e+R→R3-In；Sn-2e+2R→R2-Sn，其中R为有机醇。
在此过程中溶剂为酒精，包括甲醇，乙醇，丙醇，异丙醇等醇类，及所选的醇类一般都具有一定的极性这是该方法得以成功制备纳米氧化铟锡粉的必要条件。
在此过程中电解质为铵盐，这种按盐为无机铵盐或有机铵盐，如氯化铵，溴化铵，四乙基氯化铵，四丙基氯化铵直到四X基氯化铵，其中X为可能的烃基链，以及四乙基溴化铵，四丙基溴化铵直到四X基溴化铵，其中X为可能的烃基链，其中的氯离子和溴离子在电化学反应中起到加快阳极铟锡离子的剥落作用，减少阳极表面的钝化，增加电化学反应的进行。
将纳米氧化铟锡的前驱体，通过工业离心机装置将纳米氧化铟锡前驱体分离出来，用去离子蒸馏水清洗直至无氯离子达到氧化铟锡靶材要求，再用高纯的工业酒精进行清洗，直至无杂质离子，在烘箱烘干，再进行烧结，就可以得到纳米氧化铟锡粉体。
电化学反应如下：
In-3e+R→R3-In；Sn-2e+2R→R2-Sn，其中R为有机醇。
此过程中，纳米氧化铟锡的前驱体是氧化铟锡离子和具有一定极性的醇的结合体，该前驱体在加热时分解氧化形成纳米氧化铟锡粉，有机醇起到粉体在烧结过程中不团聚的作用。
将干燥的纳米氧化铟锡粉在真空包装机内，按照一定的重量进行真空包装，整个制备过程完成。
该制备方法与其它方法的对比：
该制备方法与方法一“共沉淀”法比较，具有设备成本低，工艺可操作性强，工艺稳定，能耗低，一次性投入小等特点，同时解决了“共沉淀”法生产的纳米氧化铟锡粉团聚，相偏离等关键问题。
该发明与方法二“直接烧结”法比较，具有生产的纳米氧化铟锡粉分散性好，颗粒小，分布窄，相结构单一，工艺简单，并且工艺容易控制，产品质量稳定可靠。
该发明与方法一和方法二比较，生产过程没有副产品出现，属于环保型方法，产品纯度高等特点。
具体实施方式
实施例1
第一步，电化学反应：
在自制的特殊电解槽内，用1.2公斤金属铟锡合金作为阳极，其比例为锡含量按照In2O3(90％)SnO2(10％)来制备，负极材料采用玻璃碳，电解液为环境友好型试剂纯度为99.99％无水酒精10升，加入500克四庚基溴化铵作为导电剂，在正负极之间通以直流电，经过24小时，用高纯水和酒精洗涤，离心得到湿的纳米氧化铟锡粉的前驱物5公斤。
电化学反应如下：
In-3e+R→R3-In；Sn-2e+2R→R2-Sn，其中R为有机醇。
第二步，热处理：
将第一步得到的5公斤纳米氧化铟锡粉的前驱物，放入烘箱里烘干，烘干温度为100℃，再在高温炉里加热，加热温度为500℃，加热时间为一小时，冷却至室温，得到纳米氧化铟锡粉，产品颜色为淡黄色。
化学反应如下：
R3-In+R2-Sn(500℃加热)→(In2O3)0.9(SnO2)0.1。
第三步，产品包装：
将第二步得到的纳米氧化铟锡粉成品，在真空包装机里进行真空包装，经过称量可得到1公斤纳米氧化铟锡粉。
实施例2
第一步，电化学反应：
在自制的特殊电解槽内，用5.5公斤铟锡合金作为阳极，其比例为锡含量按照In2O3(90％)SnO2(10％)来制备，负极材料采用玻璃碳，电解液为环境友好型试剂99.999％无水酒精50升，加入2000克四庚基溴化铵作为导电剂，在正负极之间通以直流电，经过48小时，经过离心，洗涤得到湿的纳米氧化铟锡粉的前驱物25公斤。
电化学反应如下：
In-3e+R→R3-In；Sn-2e+2R→R2-Sn，其中R为有机醇。
第二步，热处理：
将第一步得到的25公斤纳米氧化铟锡粉的前驱物，放入烘箱里干燥，烘干温度为100℃，再在高温炉里加热，加热温度为500℃，加热时间为一小时，自然冷却至室温取出纳米氧化铟锡粉，产品颜色为淡黄色。
化学反应如下：
R3-In+R2-Sn(500℃加热)→(In2O3)0.9(SnO2)0.1
第三步，产品包装：
将第三步得到的纳米氧化铟锡粉成品，在真空包装机里进行真空包装，经过称量可得到5公斤纳米氧化铟锡粉。
实施例3
第一步，电化学反应：
在自制的特殊电解槽内，用20公斤铟锡合金作为阳极，其比例为锡含量按照In2O3(90％)SnO2(10％)来制备，负极材料采用玻璃碳，电解液为环境友好型试剂工业酒精，纯度为99.999％无水酒精100升，加入4000克四庚基氯化铵作为导电剂，在正负极之间通以直流电，经过60小时，结构离心，洗涤得到湿的纳米氧化铟锡粉的前驱物50公斤。
电化学反应如下：
In-3e+R→R3-In；Sn-2e+2R→R2-Sn，其中R为有机醇。
第二步，热处理：
将第一步得到的50公斤纳米氧化铟锡粉的前驱物，放入烘箱里干燥，干燥温度为100℃，再在高温炉里加热，加热温度为500℃，加热时间为一小时，自然冷却至室温取出纳米氧化铟锡粉，产品颜色为淡黄色。
化学反应如下：
R3-In+R2-Sn(500℃加热)→(In2O3)0.9(SnO2)0.1
第三步，产品包装：
将第三步得到的纳米氧化铟锡粉成品，在真空包装机里进行真空包装，
经过称量可得到5公斤纳米氧化铟锡粉。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.一种纳米氧化铟锡粉的制备方法，其特征在于：采用电化学方法，其具体过程为：
第一步，电化学反应过程：
在自制的密封电解槽内，用金属铟锡合金作为阳极，导电材料作为阴极，电解液为对环境友好的、纯度为99.999％酒精为溶剂，加上可溶于有机醇的四庚基溴化铵为电解质，四庚基溴化铵与电解液的比例为0.01％-50％，在电化学反应中，铵盐不参加化学反应，阳极铟锡电解与有机醇结合；
第二步，热处理
通过工业离心机装置将步骤一的产物分离出来，用99.999％去离子蒸馏水和高纯99.999％工业酒精进行清洗，直至无杂质离子达到氧化铟锡靶材要求，在烘箱烘干，烘干温度设置在0℃-300℃之间，再进行烧结，烧结温度控制在500℃-1000℃之间，烧结1小时，就可以得到纳米氧化铟锡粉体；
第三步，产品包装：
将干燥的纳米氧化铟锡粉在真空包装机内，按照一定的重量进行真空包装。
2.根据权利要求1所述的一种纳米氧化铟锡粉的制备方法，其特征在于：所述的金属铟锡合金比例范围为0.1％-30％。
3.根据权利要求1所述的一种纳米氧化铟锡粉的制备方法，其特征在于：所述的导电材料为电化学稳定的金属或碳玻璃。
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2011
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