CN102643025A - 一种纳米锌硼硅氧化物玻璃粉体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米锌硼硅氧化物玻璃粉体及其制备方法，其制备方法为：(1)锌盐在碱性条件下发生反应，干燥后得氧化锌粉末；(2)硼酸盐在酸性条件下发生反应，干燥后得氧化硼粉末；(3)硅酸盐在酸性条件下发生反应，干燥后得二氧化硅粉末；(4)取上述所得氧化锌粉末、氧化硼粉末和二氧化硅粉末溶入醇中，烧结得ZnO-B2O3-SiO2玻璃粉体。该方法具有制备温度低，制得的纳米级氧化物混合更加均匀，可用于太阳能电池的封接。
Description
技术领域
本发明涉及一种纳米玻璃粉制备方法，特别是涉及一种纳米锌硼硅氧化物玻璃的制备方法。
背景技术
染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cells，DSSC)是利用多孔纳米结晶二氧化钛吸附的染料来吸收太阳光进行发电的电池，其具有硅基太阳能电池所无法比拟的成本优势。但由于DSSC中具有易挥发的液体电解液和腐蚀性的电解质，其封装技术能否过关是该电池能否顺利产业化的关键因素。DSSC电池封装材料要求具有很好的热稳定性和化学稳定性。在使用过程中，封装材料不能与其他物质发生化学反应，并且封装的电池内部与外部空间完全隔绝，不与外部空间发生分子、离子、气体、或液体等质量交换。目前，工业用的无机封装材料一般为玻璃粉，一般熔点温度大于600℃，并且含有对电池性能有副作用的铅、镉元素。因而，开发熔点低的封装用无铅玻璃粉对于DSSC电池的产业化至关重要。
ZnO-B2O3-SiO2玻璃粉体是一类重要的封装材料和介质材料，受到国内外的广泛研究和关注。相比于含铅、镉的玻璃粉，ZnO-B2O3-SiO2玻璃粉具有熔点低，无污染等优点，对太阳能电池的副作用少。可作为一种低温封接的无铅玻璃粉用在玻璃、陶瓷、金属、半导体间的相互封接，应用的产品有：太阳能电池、等离子体显示器等。ZnO-B2O3-SiO2玻璃粉的制备方法有熔融法、烧结法、溶胶-凝胶法、熔融烧结法和其他方法。其中，熔融法的熔制温度较高（1400℃~1550℃）；烧结法可以克服熔融法制备的缺点，但是它所合成的玻璃陶瓷易产生气泡；溶胶-凝胶技术是低温合成材料的一种新工艺，相比以上两种制备方法，溶胶-凝胶法合成温度低，控制材料的均匀性可获得均质高纯材料，缺点是成本高、周期长；凝胶在烧结过程中收缩较大，制品易变形。
发明内容
本发明的目的提供一种用水热法合成纳米锌硼硅氧化物后烧结成ZnO-B2O3-SiO2玻璃粉体的方法。
一种纳米锌硼硅氧化物玻璃粉体包括氧化锌ZnO、氧化硼B2O3和二氧化硅SiO2。
本发明实现的过程如下：
一种纳米锌硼硅氧化物玻璃粉体的制备方法，包括如下步骤：
a. 向可溶性锌盐溶液中滴加2～4mol/L的碱，调节溶液pH至8～11，再在180～300℃温度下恒温4～8小时，再经过冷却、离心过滤以及干燥得到纳米ZnO粉末；
b. 向硼酸盐水溶液中加酸，调节溶液pH值至4～7，再在150～300℃温度下反应18～24小时，再经过冷却、离心洗涤以及干燥得到纳米B2O3粉末；
c. 向硅酸盐水溶液中加酸，调节溶液pH值至3～7，再在120～200℃温度下反应15～20小时，再经过冷却、离心洗涤以及干燥得到纳米SiO2粉末；
d. 分别取步骤(1) ～(3)所得的纳米级ZnO、B2O3和SiO2，将之溶于醇中，超声和干燥后在600～800℃温度下烧结，研磨得到纳米锌硼硅氧化物玻璃粉体。
上述步骤a所述的锌盐选自硝酸锌、氯化锌、醋酸锌或硫酸锌；碱为氢氧化钾。
上述步骤b所述的硼酸盐选自四硼酸钠、偏硼酸或偏硼酸钴；酸为盐酸。
上述步骤c所述的硅酸盐选自硅酸钠、硅酸钾、硅酸镁或硅酸钙；酸为盐酸。
上述步骤d所述的醇选自甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、1－丁醇或2－丁醇。
由上述方法制得的纳米ZnO-B2O3-SiO2玻璃粉体用于太阳能电池的封接。
本发明的有益效果：本发明采用水热法合成氧化物粉体，具有制备温度低，纳米级的氧化物的混合更均匀，使其在烧结过程中，更能充分熔融混合，得到性能良好的低温封接材料。
具体实施方式
实施例1
(1) 配置1 mmol/L的Zn(CH2COOH)2·2H2O水溶液，向上述溶液中滴加2 mol/L的氢氧化钾溶液，调节溶液pH至8，将溶液放入反应釜中在180℃恒温4h。冷却到室温后，将沉淀物用去离子水冲洗3次，离心过滤后，在125℃干燥1.5h。得到纳米ZnO粉末；
(2) 配置0.05 mol/L的Na2B4O7·10H2O水溶液，用盐酸调节溶液pH值到4，将溶液放入反应釜，在150℃反应18h。冷却后，离心洗涤，干燥，得到纳米B2O3粉末；
(3) 配置0.1 mol/L的Na2SiO3·9H2O水溶液，用盐酸调节溶液pH值到3，将溶液放入反应釜，在120℃反应15h。冷却后，离心洗涤，干燥，得到纳米SiO2粉末。
实施例2
(1) 配置2 mmol/L的Zn(CH2COOH)2·2H2O水溶液，向上述溶液中滴加4 mol/L的氢氧化钾溶液，调节溶液pH至11，将溶液放入反应釜中在300℃恒温8h。冷却到室温后，将沉淀物用去离子水冲洗3次，离心过滤后，在125℃干燥1.5h。得到纳米ZnO粉末；
(2) 配置0.1 mol/L的Na2B4O7·10H2O水溶液，用盐酸调节溶液pH值到，将溶液放入反应釜，在300℃反应24h。冷却后，离心洗涤，干燥，得到纳米B2O3粉末；
(3) 配置0.3 mol/L的Na2SiO3·9H2O水溶液，用盐酸调节溶液pH值到7，将溶液放入反应釜，在200℃反应20h。冷却后，离心洗涤，干燥，得到纳米SiO2粉末。
实施例3
(1) 配置1.5 mmol/L的Zn(CH2COOH)2·2H2O水溶液，向上述溶液中滴加3 mol/L的氢氧化钾溶液，调节溶液pH至10，将溶液放入反应釜中在240℃恒温6h。冷却到室温后，将沉淀物用去离子水冲洗3次，离心过滤后，在125℃干燥1.5h。得到纳米ZnO粉末；
(2) 配置0.075 mol/L的Na2B4O7·10H2O水溶液，用盐酸调节溶液pH值到5，将溶液放入反应釜，在225℃反应21h。冷却后，离心洗涤，干燥，得到纳米B2O3粉末；
(3) 配置0.2 mol/L的Na2SiO3·9H2O水溶液，用盐酸调节溶液pH值到5，将溶液放入反应釜，在120~200℃反应18h。冷却后，离心洗涤，干燥，得到纳米SiO2粉末。
实施例4
由实施例3所得产物，按照氧化物总重量5g，称量2g ZnO、1.5g B2O3、1.5g SiO2，将它们溶在乙醇中，超声使之分散均匀，干燥后，在600℃烧结，研磨呈细粉，即得ZnO-B2O3-SiO2玻璃粉体。
实施例5
由实施例3所得产物，按照氧化物总重量5g，称量2g ZnO、1g B2O3、2g SiO2，将它们溶在乙醇中，超声使之分散均匀，干燥后，在700℃烧结，研磨呈细粉，即得ZnO-B2O3-SiO2玻璃粉体。
实施例6
由实施例3所得产物，按照氧化物总重量5g，称量2.5g ZnO、1g B2O3、1.5g SiO2，将它们溶在乙醇中，超声使之分散均匀，干燥后，在800℃烧结，研磨呈细粉，即得ZnO-B2O3-SiO2玻璃粉体。
实施例7
将实施例4至6中制成的玻璃粉进行性能分析，以下为性能的测试方法：
(1) 膨胀系数：采用热机械分析仪TMA-50进行膨胀系数测量，将玻璃粉做成φ5×25mm规格的圆柱体试样，测量温度由室温升温至300℃，升温速率为5℃/min；
(2) 体积电阻率：选取均匀、无气泡、杂质等缺陷的玻璃，磨成直径为30mm，厚度为5mm的圆柱形试样。采用ZC43型超高阻计，直流高压测试电源选250V档；
(3) 封接温度：将玻璃粉末与乙基纤维素、松油醇按一定比例混合后，均匀涂在玻璃上，在380℃以上加热玻璃粉料，每隔10℃观察其软化及融化情况，保温时间每次都为30min。
表一
| 实施例 | 膨胀系数(×10-7/℃) | 体积电阻率(×1010 · cm) | 封接温度(℃) |
| 实施例4 | 78.6 | 954 | 540 |
| 实施例5 | 80.5 | 843 | 500 |
| 实施例6 | 84.3 | 1120 | 480 |
表一为实施例4至6所得纳米ZnO-B2O3-SiO2玻璃粉体测试得到的膨胀系数、体积电阻率以及封接温度数据。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其架构形式能够灵活多变，可以派生系列产品。只是做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书。
Claims (6)
1.一种纳米锌硼硅氧化物玻璃粉体包括氧化锌ZnO、氧化硼B2O3和二氧化硅SiO2。
2.一种纳米锌硼硅氧化物玻璃粉体的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
a.向可溶性锌盐溶液中滴加2～4mol/L的碱，调节溶液pH至8～11，再在180～300℃温度下恒温4～8小时，再经过冷却、离心过滤以及干燥得到纳米ZnO粉末；
b.向硼酸盐水溶液中加酸，调节溶液pH值至4～7，再在150～300℃温度下反应18～24小时，再经过冷却、离心洗涤以及干燥得到纳米B2O3粉末；
c.向硅酸盐水溶液中加酸，调节溶液pH值至3～7，再在120～200℃温度下反应15～20小时，再经过冷却、离心洗涤以及干燥得到纳米SiO2粉末；
d.分别取步骤(1) ～(3)所得的纳米级ZnO、B2O3和SiO2，将之溶于醇中，超声和干燥后在600～800℃温度下烧结，研磨得到纳米锌硼硅氧化物玻璃粉体。
3.根据权利要求2所述的一种纳米锌硼硅氧化物玻璃粉体的制备方法，其特征在于：步骤a所述的锌盐选自硝酸锌、氯化锌、醋酸锌或硫酸锌；碱为氢氧化钾。
4.根据权利要求2所述的一种纳米锌硼硅氧化物玻璃粉体的制备方法，其特征在于：步骤b所述的硼酸盐选自四硼酸钠、偏硼酸或偏硼酸钴；酸为盐酸。
5.根据权利要求2所述的一种纳米锌硼硅氧化物玻璃粉体的制备方法，其特征在于：步骤c所述的硅酸盐选自硅酸钠、硅酸钾、硅酸镁或硅酸钙；酸为盐酸。
6.根据权利要求2所述的一种纳米锌硼硅氧化物玻璃粉体的制备方法，其特征在于：步骤d所述的醇选自甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、1－丁醇或2－丁醇。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN114426399A (zh) * | 2021-12-08 | 2022-05-03 | 安徽大学 | 一种半导体表面钝化用玻璃粉及其制备方法 |
| CN114583103A (zh) * | 2022-02-23 | 2022-06-03 | 上海瑞浦青创新能源有限公司 | 一种具有双氧化物表面涂层的三元正极材料及其制备方法、正极片及锂离子电池 |
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Non-Patent Citations (2)
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|---|
| 《Materials Research Bulletin》 20101231 Ruiyuan Niu et,al. Synthesis and characterization of Zn-B-Si-O nano-composites and their doped BaTiO3 ceramics , * |
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