CN103484974B - 制备纳米纤维和纳米八面体双级结构的氧化铟锡的方法 - Google Patents
制备纳米纤维和纳米八面体双级结构的氧化铟锡的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103484974B CN103484974B CN201310369586.4A CN201310369586A CN103484974B CN 103484974 B CN103484974 B CN 103484974B CN 201310369586 A CN201310369586 A CN 201310369586A CN 103484974 B CN103484974 B CN 103484974B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nanofiber
- indium oxide
- tin indium
- stage structure
- nanometer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Abstract
本发明涉及纳米材料制备技术领域，旨在提供制备纳米纤维和纳米八面体双级结构的氧化铟锡的方法。该方法的具体步骤包括：向铟源和锡源的混合物中加入溶剂N，N-二甲基甲酰胺，获得铟源和锡源的混合溶液，再称取聚乙烯吡咯烷酮加入到混合溶液中，得到均一的纺丝溶液，再通过静电纺丝得到复合纳米纤维；将制得的复合纳米纤维移入程序控温的马弗炉中的陶瓷方舟内，进行高温煅烧，得到纳米纤维和纳米八面体双级结构的氧化铟锡。本发明工艺条件易实现，可以批量生产，制得的纳米纤维和纳米八面体双级结构的氧化铟锡，拥有完善的晶型和均一的形貌，八面体边缘清晰，棱长均匀，具有零维材料的超高比表面积和一维材料光、电子快速传输性能。
Description
技术领域
本发明是关于纳米材料制备技术领域，特别涉及制备纳米纤维和纳米八面体双级结构的氧化铟锡的方法。
背景技术
无机物纳米纤维的制备与性质研究是当下材料科学与工程的研究热点之一，涉及凝聚态物理、应用化学、纳米器件设计及构建诸多学科。纳米纤维是一种形似纤维的一维纳米材料，其横截面一般呈圆形，直径在纳米尺度范围内，长度处于微米级甚至毫米级。纳米纤维的超高长径比赋予其不同于纳米线、纳米棒和纳米管的独特性能，引起了科研人员的关注。纳米八面体是由8个锐角三角形围成的纳米结构，具有尖锐的顶角，在阴极场发射和扫描显微镜的探针上有潜在的应用价值。多级结构由2种或2种以上的单级结构组成，新颖的结构和组成是产生独特光、电、磁、化学、力学性能的必要条件。
氧化铟锡是一种重要的宽禁带透明半导体材料，其带隙值在3.55-3.75eV范围内，表现出低电阻率、高可见光透过率以及良好的化学稳定性和热稳定性。该材料在电学、光学和化学上的综合性质，引起了人们的高度关注，并在发光二极管、太阳能电池、显示器、传感器及光催化材料领域中得到了广泛的应用。该类器件的性能与氧化铟锡的形貌及尺寸紧密相关。另一方面，构建纳米尺度的光电器件也需要制备相应的纳米材料。因此，制备形貌和尺寸可控的氧化铟锡纳米结构具有重要的科学意义和广阔的应用前景。目前，氧化铟锡纳米材料的研究工作主要集中在单级纳米结构的构建，已制备得到纳米线、纳米带、纳米管、纳米立方体、纳米八面体和纳米空心球。制备方法主要包括热蒸发法、溶胶凝胶法、水热法、模板法、VLS和VS生长法以及激光刻蚀法。
2005年，一项专利号为US7618580B2的美国专利公开了一种透明、导电纤维材料的制备方法。该方法主要通过以下过程实现：采用静电纺丝，对含有氧化铟锡和高分子的纺丝溶液进行纺丝，在适宜实验条件下获得复合纳米纤维。将该复合产物高温煅烧后得到的ITO纳米纤维，均匀地分散在透明的有机平板基体上，最终得到透明、导电纤维材料。在随后的文献资料中，出现了若干利用静电纺丝技术制备氧化铟锡纳米纤维的技术方案。但由于各方案中所用的高分子、溶剂、铟源和锡源以及纺丝参数、热处理工艺的差异，分别制备得到纤维结构、带状结构、多空结构和串珠结构的ITO一维纳米材料。在通过静电纺丝技术制备纳米材料时，前驱物种类、溶剂特性、高分子平均分子量、纺丝溶液组成以及纺丝参数、热处理工艺是决定最终产物的形貌及尺寸的重要因素。但目前，还未见经静电纺丝获得纯相、多级结构ITO纳米材料的报道。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种能够得到纯相的、双级结构的氧化铟锡的方法。为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：
提供制备纳米纤维和纳米八面体双级结构的氧化铟锡的方法，包括静电纺丝，具体步骤包括：
步骤A：称取铟源和锡源并混合，向铟源和锡源的混合物中加入溶剂N，N-二甲基甲酰胺，获得铟源和锡源的混合溶液；再称取聚乙烯吡咯烷酮加入到混合溶液中，在常温常压下经磁力搅拌8小时，形成均一的纺丝溶液；将得到的纺丝溶液加入到配有不锈钢针头的玻璃注射器中，再把玻璃注射器装入水平放置的微量注射泵内，并保证针头与水平面平行，在针头的正前方放置接地平板作为纺丝接收装置，接地平板的板面与水平面保持垂直，在针尖处施加直流电压，静电纺丝得到复合纳米纤维；
步骤B：将步骤A中制得的复合纳米纤维移入陶瓷方舟内，再将陶瓷方舟放入程序控温的马弗炉中进行高温煅烧，以5℃/min升温至500℃并保温1小时，再以2℃/min升温至800℃并保温2小时，最后等马弗炉自然降温至室温，即得到纳米纤维和纳米八面体双级结构的氧化铟锡。
作为进一步的改进，步骤A中的铟源和锡源分别采用硝酸铟和氯化锡，硝酸铟和氯化锡的摩尔比为9:1(即Sn4+离子的摩尔百分数为10％)。
作为进一步的改进，步骤A中制得的纺丝溶液，各组分的质量百分数为：硝酸铟和氯化锡的混合物是12％，聚乙烯吡咯烷酮是12％，N，N-二甲基甲酰胺是76％。
作为进一步的改进，步骤A中，针头的内径为0.5mm，针尖至接地平板的水平距离为13cm，静电纺丝时的条件为：温度为25±5℃，相对湿度为40±5％，并在针尖处施加12kV的直流电压。
作为进一步的改进，步骤B中制得的纳米纤维和纳米八面体双级结构的氧化铟锡是指：以氧化铟锡纳米纤维为主干，表面附着氧化铟锡纳米八面体颗粒；纳米纤维和纳米八面体双级结构的氧化铟锡是立方晶系，氧化铟锡纳米纤维的直径为160±40nm，长度大于10μm，氧化铟锡纳米八面体的棱边长为100±10nm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的制备方法简单易行，工艺条件易实现，可以批量生产；制得的纯相的纳米纤维和纳米八面体双级结构的氧化铟锡，拥有完善的晶型和均一的形貌，八面体边缘清晰，棱长均匀，具有零维材料的超高比表面积和一维材料光、电子快速传输性能，具有潜在的应用前景。
附图说明
图1为本发明制得的纳米纤维和纳米八面体双级结构的氧化铟锡的XRD谱图。
图2是本发明制得的纳米纤维和纳米八面体双级结构的氧化铟锡的SEM照片。
图3是本发明制得的纳米纤维和纳米八面体双级结构的氧化铟锡的TEM照片。
图4是本发明制得的纳米纤维和纳米八面体双级结构的氧化铟锡的EDS谱图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
制备纳米纤维和纳米八面体双级结构的氧化铟锡的方法，具体步骤包括：
步骤A：称取硝酸铟和氯化锡，即In(NO3)3·4.5H2O和SnCl4·5H2O，并混合硝酸铟和氯化锡，使硝酸铟和氯化锡的摩尔比为9:1，即Sn4+离子的摩尔百分数为10％。向硝酸铟和氯化锡的混合物中加入溶剂N，N-二甲基甲酰胺，获得硝酸铟和氯化锡的混合溶液，再称取聚乙烯吡咯烷酮，即PVP，加入到混合溶液中，在常温常压下经磁力搅拌8小时，形成均一的纺丝溶液，纺丝溶液中各组分的质量百分数为：硝酸铟和氯化锡的混合物是12％，聚乙烯吡咯烷酮是12％，N，N-二甲基甲酰胺是76％。将得到的纺丝溶液加入到配有内径为0.5mm的不锈钢针头的玻璃注射器中，再把玻璃注射器装入水平放置的微量注射泵内，并保证针头与水平面平行，在针头的正前方放置接地平板作为纺丝接收装置，接地平板的板面与水平面保持垂直，针尖至接地平板的水平距离为13cm，在温度为25±5℃、相对湿度为40±5％的条件下，在针尖处施加12kV的直流电压，进行静电纺丝得到复合纳米纤维。
步骤B：将步骤A中制得的复合纳米纤维移入陶瓷方舟内，再将陶瓷方舟放入程序控温的马弗炉中进行高温煅烧，以5℃/min升温至500℃并保温1小时，再以2℃/min升温至800℃并保温2小时，最后等马弗炉自然降温至室温，即得到纳米纤维和纳米八面体双级结构的氧化铟锡。制得的纳米纤维和纳米八面体双级结构的氧化铟锡以氧化铟锡纳米纤维为主干，表面附着氧化铟锡纳米八面体颗粒，具有良好的晶型，属于立方晶系，氧化铟锡纳米纤维的直径为160±40nm，长度大于10μm，氧化铟锡纳米八面体的棱边长为100±10nm。
下面的实施例可以使本专业的专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。选用的硝酸铟In(NO3)3·4.5H2O的纯度≥99.7％，氯化锡SnCl4·5H2O的纯度≥99.0％，聚乙烯吡咯烷酮PVP的平均分子量为130000，N，N-二甲基甲酰胺(DMF)均为市售分析纯试剂；所用的玻璃器皿、方舟和设备均为实验室内常用仪器和设备。
称取一定量的硝酸铟和氯化锡，硝酸铟和氯化锡的摩尔比为9:1，即Sn4+离子的摩尔百分数为10％，向硝酸铟和氯化锡的混合物中加入适量的溶剂N，N-二甲基甲酰胺，获得硝酸铟和氯化锡的混合溶液。再称取一定量高分子PVP加入到上述制得的混合溶液中，在室温下经磁力搅拌8小时，形成均一的纺丝溶液。将配置得到的纺丝溶液加入配有不锈钢针头的玻璃注射器中，针头内径为0.5mm。将含有纺丝溶液的注射器装入水平放置的微量注射泵内，调整注射器方位，使针头与水平面平行，在针头正前方放置接地平板作为纺丝接收装置，接地平板的板面与水平面保持垂直，并将针尖与平板间的水平距离调整为13cm。静电纺丝时，在针尖处施加12kV的直流电压，纺丝速率调整为0.3mL/h，温度为25±5℃，相对湿度为40±5％，得到[In(NO3)3+SnCl4]和PVP的复合纳米纤维。将制得的复合纳米纤维移入陶瓷方舟内，放入程序控温的马弗炉中进行高温煅烧，以5℃/min升温至500℃并保温1小时，再以2℃/min升温至800℃保温2小时，随后随炉体自然降温至室温，得到纳米纤维和纳米八面体双级结构的氧化铟锡。
制得的纳米纤维和纳米八面体双级结构的氧化铟锡具有良好的晶型，如图1所示，其XRD谱图中衍射峰的位置与相对强度与In2O3的标准卡片(06-0416)所列位置和相对强度一致，属于立方晶系，空间群为la-3。如图2所示，制得的纳米纤维和纳米八面体双级结构的氧化铟锡以氧化铟锡纳米纤维为主干，表面附着氧化铟锡纳米八面体颗粒，如图3所示，氧化铟锡纳米纤维的直径为160±40nm，长度大于10μm，氧化铟锡纳米八面体的棱边长为100±10nm。如图4所示，制得的纳米纤维和纳米八面体双级结构的氧化铟锡由In、Sn和O三种元素组成，元素C来自于SEM制样时粘附样品的导电胶，元素N来自SEM液氮冷却系统。
最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (5)
1.制备纳米纤维和纳米八面体双级结构的氧化铟锡的方法，包括静电纺丝，其特征在于，具体步骤包括：
步骤A：称取铟源和锡源并混合，向铟源和锡源的混合物中加入溶剂N，N-二甲基甲酰胺，获得铟源和锡源的混合溶液；再称取聚乙烯吡咯烷酮加入到混合溶液中，在常温常压下经磁力搅拌8小时，形成均一的纺丝溶液；将得到的纺丝溶液加入到配有不锈钢针头的玻璃注射器中，再把玻璃注射器装入水平放置的微量注射泵内，并保证针头与水平面平行，在针头的正前方放置接地平板作为纺丝接收装置，接地平板的板面与水平面保持垂直，在针尖处施加直流电压，静电纺丝得到复合纳米纤维；
步骤B：将步骤A中制得的复合纳米纤维移入陶瓷方舟内，再将陶瓷方舟放入程序控温的马弗炉中进行高温煅烧，以5℃/min升温至500℃并保温1小时，再以2℃/min升温至800℃并保温2小时，最后等马弗炉自然降温至室温，即得到纳米纤维和纳米八面体双级结构的氧化铟锡。
2.根据权利要求1所述的制备纳米纤维和纳米八面体双级结构的氧化铟锡的方法，其特征在于，步骤A中的铟源和锡源分别采用硝酸铟和氯化锡，硝酸铟和氯化锡的摩尔比为9:1。
3.根据权利要求2所述的制备纳米纤维和纳米八面体双级结构的氧化铟锡的方法，其特征在于，步骤A中制得的纺丝溶液，各组分的质量百分数为：硝酸铟和氯化锡的混合物是12％，聚乙烯吡咯烷酮是12％，N，N-二甲基甲酰胺是76％。
4.根据权利要求1所述的制备纳米纤维和纳米八面体双级结构的氧化铟锡的方法，其特征在于，步骤A中，针头的内径为0.5mm，针尖至接地平板的水平距离为13cm，静电纺丝时的条件为：温度为25±5℃，相对湿度为40±5％，并在针尖处施加12kV的直流电压。
5.根据权利要求1所述的制备纳米纤维和纳米八面体双级结构的氧化铟锡的方法，其特征在于，步骤B中制得的纳米纤维和纳米八面体双级结构的氧化铟锡是指：以氧化铟锡纳米纤维为主干，表面附着氧化铟锡纳米八面体颗粒；纳米纤维和纳米八面体双级结构的氧化铟锡是立方晶系，氧化铟锡纳米纤维的直径为160±40nm，长度大于10μm，氧化铟锡纳米八面体的棱边长为100±10nm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310369586.4A CN103484974B (zh) | 2013-08-22 | 2013-08-22 | 制备纳米纤维和纳米八面体双级结构的氧化铟锡的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310369586.4A CN103484974B (zh) | 2013-08-22 | 2013-08-22 | 制备纳米纤维和纳米八面体双级结构的氧化铟锡的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103484974A CN103484974A (zh) | 2014-01-01 |
| CN103484974B true CN103484974B (zh) | 2015-07-08 |
Family
ID=49825549
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310369586.4A Active CN103484974B (zh) | 2013-08-22 | 2013-08-22 | 制备纳米纤维和纳米八面体双级结构的氧化铟锡的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103484974B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110777437B (zh) * | 2019-10-08 | 2021-07-16 | 济南大学 | 一种In2O3八面体/纤维多级结构的制备方法及所得产品 |
| CN111610234B (zh) * | 2020-07-07 | 2021-09-07 | 上海大学 | 一种场效应晶体管丙酮气体传感器及其制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101622195A (zh) * | 2006-09-29 | 2010-01-06 | 阿克伦大学 | 金属氧化物纤维和纳米纤维、其制备方法和其用途 |
| CN101905974A (zh) * | 2010-02-05 | 2010-12-08 | 西安理工大学 | 陶瓷纳米复合纤维的静电纺丝制备方法 |
-
2013
- 2013-08-22 CN CN201310369586.4A patent/CN103484974B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101622195A (zh) * | 2006-09-29 | 2010-01-06 | 阿克伦大学 | 金属氧化物纤维和纳米纤维、其制备方法和其用途 |
| CN101905974A (zh) * | 2010-02-05 | 2010-12-08 | 西安理工大学 | 陶瓷纳米复合纤维的静电纺丝制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103484974A (zh) | 2014-01-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101786600B (zh) | 一种制备二氧化锡/氧化锌复合多晶纳米带的方法 | |
| CN101786596B (zh) | 铕离子掺杂铝酸镧多晶纳米纤维及其制备方法 | |
| Zhou et al. | Optical and electrical properties of Ga-doped ZnO nanowire arrays on conducting substrates | |
| CN108570725A (zh) | 一种氧化铝连续纤维的熔融纺丝原料、其制备方法及制得的氧化铝连续纤维 | |
| CN103484974B (zh) | 制备纳米纤维和纳米八面体双级结构的氧化铟锡的方法 | |
| Hu et al. | One–step solvothermal synthesis of 3D tube–globular Dy2O3 nanostructure for ultra–fast response to humidity | |
| CN101792170A (zh) | 一种二氧化铈多晶纳米带的制备方法 | |
| Liu et al. | Effect of Sb doping on the microstructure and optoelectrical properties of Sb-doped SnO2 films prepared by spin coating | |
| CN101824613B (zh) | 一种在氧化锌铝导电薄膜上生长氧化锌纳米线阵列的方法 | |
| Huang et al. | Crystalline nanowires of Ln2O2S, Ln2O2S2, LnS2 (Ln= La, Nd), and La2O2S: Eu3+. conversions via the boron-sulfur method that preserve shape | |
| CN102650083A (zh) | 一种高长径比CdIn2O4纳米纤维材料的制备方法 | |
| Li et al. | A flexible paper sensor based on polyaniline/germanium film for NH3 detection | |
| CN100335685C (zh) | 聚对苯乙炔纳米丝及其制备方法 | |
| Mohamadbeigi et al. | Improving the multi-step fabrication approach of copper nanofiber networks based transparent electrode for achieving superb conductivity and transparency | |
| CN101649482A (zh) | 不同形状c60纳米单晶组装体材料及其制备方法 | |
| Li et al. | Solvothermal synthesis of ultra-fine silver nanowires with a diameter about 20 nm and an aspect ratio approximately 2000 for highly conductive flexible transparent film | |
| Wu et al. | Effects of Sn doping on the morphology, structure, and electrical property of In 2 O 3 nanofiber networks | |
| CN111270348B (zh) | 一种SrVO3纳米纤维制备方法及其相关产品 | |
| Han et al. | Fabrication of Ag nanowire/polymer composite nanocables via direct electrospinning | |
| Li et al. | Performance enhancement of large-area graphene–polymer flexible transparent conductive films fabricated by ultrasonic substrate vibration-assisted rod coating | |
| Li et al. | Facile fabrication of large-scale silver nanowire transparent conductive films by screen printing | |
| Liu et al. | Self-catalytic synthesis of ZnO tetrapods, nanotetraspikes, and nanowires in air at atmospheric pressure | |
| TW201512273A (zh) | 磺化高分子／石墨烯奈米複合材料及其製備方法和應用 | |
| CN104975377A (zh) | 一种静电纺丝制备稀土离子激活的氯氧化镧荧光纳米纤维的方法 | |
| Chen et al. | Fabrication of ultrathin In2O3 hollow fibers for UV light sensing |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |