CN103641157A - 一种制备低电阻纳米粉体的方法 - Google Patents

一种制备低电阻纳米粉体的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种制备低电阻纳米粉体的方法，涉及纳米粉末的制备技术领域。通过金属元素锑和二氧化锡在无水的条件下掺杂经扩散、共沉淀和烧结制备锑掺杂二氧化锡纳米粉末，步骤一，将四氯化锡溶于无水乙醇，再按照摩尔比例为10:1加入三氯化锑，用甲醇溶解得混合溶液；步骤二，将该混合溶液置于碳酸铵的密封环境中，通过扩散法将氨气扩散到溶液中共沉淀出锑掺杂二氧化锡前驱体；步骤三，将得到的锑掺杂二氧化锡前驱体用含水量50%乙醇洗涤六次以上，烘箱中70℃烘干，步骤四，将烘干后的锑掺杂二氧化锡前驱体放入马弗炉中600℃煅烧2小时，得到低电阻纳米粉末。

Description

一种制备低电阻纳米粉体的方法
技术领域
本发明涉及纳米粉末的制备技术领域，尤其是制备低电阻纳米粉末的方法。
背景技术
锑掺杂二氧化锡纳米粉末，英文名称为Antimony doped tin oxide，简称ATO，是一种具有优良导电性能的金属氧化物复合粉，作为一种新型导电填料，具有耐高温、耐腐蚀、机械稳定性好的特点。在节能、抗静电涂料、气敏等许多领域有很大的应用潜力，在抗静电涂料、塑料、纤维及显示器中作为抗静电防辐射涂层材料，其效果优于传统的碳黑和金属粉末，还可以用于红外吸收隔热材料、气敏元件及太阳能电极材料等方面，是一种比较有前景的锡、锑深加工产品。
ATO纳米粉末作为一种新型导电材料在电子领域引起了很大的关注。其制备技术一直是很多人关注的重点，目前，制备ATO粉末的方法主要为固相合成法、凝胶溶胶法、水热法、以及化学共沉淀法。采用固相法时合成温度高,粉体掺杂不均匀,粒度大并且容易引入杂质,而且得到的粉体的电阻高,达不到使用要求,因而在ATO纳米粉体的合成中很少采用。采用溶胶凝胶法时由于要以金属的有机醇盐为原料,因而成本比较高。在水热法中，除了采用四氯化锡和三氯化锡作为原料外，也有采用锡粉、碘化锑或三氧化锑或金属锑白作为原料，在有氧化剂硝酸或双氧水存在的条件下在120～180℃下进行水热合成，采用水热法使用的药品成本较高，生产周期较长，制作过程复杂，工艺环节较多，难以实现批量生产的精细化控制，工艺的稳定性也较差。在一般的化学共沉淀法中，所采用的原料为锡和锑的氯化物，并在高浓度的盐酸溶液中将四氯化锡和三氯化锑均匀混合，随后用氨水进行中和水解，得到锑锡氢氧化物的共沉淀物作为锑掺杂的二氧化锡粉体的前驱体，经过过滤、洗涤、烘干或球磨后，再进行高温煅烧，最终得到产品。采用传统共沉淀法法时，锑离子和锡离子均非常容易水解，在四氯化锡和三氯化锑的溶液混合过程中需要加入大量的盐酸抑制其水解，之后需要加入大量的碱使之水解沉淀，不仅导致生产成本提高，也会引入更多的杂质氯离子，使得后续清洗ATO前驱体变得及其困难；采用氨水作为沉淀剂，运输、储存、使用非常不方便。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备低电阻纳米粉体的方法，它能在获得低电阻、纳米级粒径粉末的同时，使之具有生产工艺简单，效率高，成本低的优点。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种制备低电阻纳米粉体的方法，通过金属元素锑和二氧化锡在无水的条件下掺杂经扩散、共沉淀和烧结制备锑掺杂二氧化锡纳米粉末，步骤一：将四氯化锡溶于无水乙醇，再按照摩尔比例为10:1加入三氯化锑，用甲醇溶解得混合溶液；
步骤二：将该混合溶液置于碳酸铵的密封环境中，通过扩散法将氨气扩散到溶液中共沉淀出锑掺杂二氧化锡前驱体；
步骤三：将得到的锑掺杂二氧化锡前驱体用含水量50%的乙醇离心洗涤，烘箱中70℃烘干；
步骤四：将烘干后的锑掺杂二氧化锡前驱体放入马弗炉中600℃煅烧2小时，得到锑掺杂二氧化锡纳米粉末。
所述的共沉淀法调节pH采用的试剂为氨气。
所述的乙醇离心洗涤在五次以上。
所使用的扩散法和共沉淀法在无水条件下制备氟掺杂二氧化锡粉末、铝掺杂氧化锌制备粉末。
与现有技术相比，本发明的创新在于通过锑在无水条件下掺杂二氧化锡。本发明得到的产品具有电阻率低、晶粒尺寸小及杂质含量少等特点，电阻率约为0.2Ω·cm，电导率约为5.0s/cm，粒径为几十纳米；无水乙醇和甲醇是在无水条件下，有效防止了锡离子与锑离子的水解，使其在无水解无杂质的条件下掺杂，得到前驱体沉淀离心得到的上清液仍为溶剂无水乙醇和甲醇混合液，可以回收多次使用，以达到低成本制备ATO，本发明所用的工艺简洁，设备简单，操作简便，在化学共沉淀调节pH采用的试剂为氨气通过扩散法使其在整个过程中处于完全无水解状态。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图
图2为ATO导电纳米粉末的XRD图谱
图3为ATO导电粉末扫描电镜图
图4为ATO导电粉末扫描电镜图
具体实施方式
本发明的制备工艺流程如图1所示，除特别申明的外，所用原料均为化学纯，以下实施例以锑掺杂二氧化锡制备导电纳米粉末为例，使用无水乙醇和甲醇混合液溶解三氯化锑和四氯化锡，用扩散法将氨气代替氨水调节pH，再使用烧结法制备锑掺杂二氧化锡纳米粉末，可以获得相同的效果：
实施例一
称取22.56g四氯化锡，加入200ml无水乙醇中，搅拌至完全溶解；称取2.28g三氯化锑（Sn/Sb摩尔比例为10:1）加入到溶液中，此时溶液变得浑浊，加入适量的甲醇，待溶液变得澄清后，将其放入装有碳酸铵（(NH4)2CO3）的密封大烧杯中，并不断搅拌溶液，以使氨气（NH3）扩散到溶液中通过共沉淀法得到沉淀，经过较长的扩散时间后，取出溶液通过离心洗涤沉淀，用乙醇（含水量50%）洗涤六次以上；将得到的沉淀70℃的烘箱中烘干，得到黄色锑掺杂二氧化锡前驱体粉末并研磨；研磨后，将粉末放入坩埚中在600℃的马弗炉中煅烧2h；最后，制备得到灰蓝色锑掺杂二氧化锡导电纳米粉末。
实施例二
称取22.56g四氯化锡，加入200ml无水乙醇中，搅拌至完全溶解；称取2.28g三氯化锑（Sn/Sb摩尔比例为10:1）加入到溶液中，此时溶液变得浑浊，加入适量的甲醇，待溶液变得澄清后，将其放入装有碳酸铵的密封大烧杯中，并不断搅拌溶液，以使氨气扩散到溶液中通过共沉淀法得到沉淀，经过较长的扩散时间后，取出溶液通过离心洗涤沉淀，用乙醇（含水量50%）洗涤六次以上；将得到的沉淀70℃的烘箱中烘干，得到黄色ATO前驱体粉末并研磨；研磨后，将粉末放入坩埚中在800℃的马弗炉中煅烧2h；最后，制备得到灰蓝色ATO导电纳米粉末。
实施例三
称取22.56g四氯化锡，加入300ml无水乙醇中，搅拌至完全溶解；称取2.28g三氯化锑（Sn/Sb摩尔比例为10:1）加入到溶液中，此时溶液变得浑浊，再加入适量的甲醇，待溶液变得澄清后，将其放入装有碳酸铵的密封大烧杯中，并不断搅拌溶液，以使氨气扩散到溶液中通过共沉淀法得到沉淀，经过较长的扩散时间后，取出溶液通过离心洗涤沉淀，用乙醇（含水量50%）洗涤六次以上；将得到的沉淀70℃的烘箱中烘干，得到黄色ATO前驱体粉末并研磨；研磨后，将粉末放入坩埚中在600℃的马弗炉中煅烧2h；最后，制备得到灰蓝色ATO导电纳米粉末。
实施例四
称取22.56g四氯化锡，加入300ml无水乙醇中，搅拌至完全溶解；称取2.28g三氯化锑（Sn/Sb摩尔比例为10:1）加入到溶液中，此时溶液变得浑浊，再加入适量的甲醇，待溶液变得澄清后，将其放入装有碳酸铵的密封大烧杯中，并不断搅拌溶液，以使氨气扩散到溶液中通过共沉淀法得到沉淀，经过较长的扩散时间后，取出溶液通过离心洗涤沉淀，用乙醇（含水量50%）洗涤六次以上；将得到的沉淀70℃的烘箱中烘干，得到黄色ATO前驱体粉末并研磨；研磨后，将粉末放入坩埚中在800℃的马弗炉中煅烧2h；最后，制备得到灰蓝色ATO导电纳米粉末。
实施例五
称取22.56g四氯化锡，加入400ml无水乙醇中，搅拌至完全溶解；称取2.28g三氯化锑（Sn/Sb摩尔比例为10:1）加入到溶液中，此时溶液变得浑浊，再加入适量的甲醇，待溶液变得澄清后，将其放入装有碳酸铵的密封大烧杯中，并不断搅拌溶液，以使氨气扩散到溶液中通过共沉淀法得到沉淀，经过较长的扩散时间后，取出溶液通过离心洗涤沉淀，用乙醇（含水量50%）洗涤六次以上；将得到的沉淀70℃的烘箱中烘干，得到黄色ATO前驱体粉末并研磨；研磨后，将粉末放入坩埚中在600℃的马弗炉中煅烧2h；最后，制备得到灰蓝色ATO导电纳米粉末。
实施例六
称取22.56g四氯化锡，加入400ml无水乙醇中，搅拌至完全溶解；称取2.28g三氯化锑（Sn/Sb摩尔比例为10:1）加入到溶液中，此时溶液变得浑浊，再加入适量的甲醇，待溶液变得澄清后，将其放入装有碳酸铵的密封大烧杯中，并不断搅拌溶液，以使氨气扩散到溶液中通过共沉淀法得到沉淀，经过较长的扩散时间后，取出溶液通过离心洗涤沉淀，用乙醇（含水量50%）六次以上；将得到的沉淀70℃的烘箱中烘干，得到黄色ATO前驱体粉末并研磨；研磨后，将粉末放入坩埚中在800℃的马弗炉中煅烧2h；最后，制备得到灰蓝色ATO导电纳米粉末。
实施例七
称取22.56g四氯化锡，加入200ml甲醇中，搅拌至完全溶解；称取2.28g三氯化锑（Sn/Sb摩尔比例为10:1）加入到溶液中，此时溶液变得浑浊，再加入适量的甲醇，待溶液变得澄清后，将其放入装有大量碳酸铵的密封大烧杯中，并不断搅拌溶液，以使氨气扩散到溶液中通过共沉淀法得到沉淀，经过较长的扩散时间后，取出溶液通过离心洗涤沉淀，用乙醇（含水量50%）洗涤六次以上；将得到的沉淀70℃的烘箱中烘干，得到黄色ATO前驱体粉末并研磨；研磨后，将粉末放入坩埚中在600℃的马弗炉中煅烧2h；最后，制备得到灰蓝色ATO导电纳米粉末。
实施例八
称取22.56g四氯化锡，加入200ml乙二醇中，搅拌至完全溶解；称取2.28g三氯化锑（Sn/Sb摩尔比例为10:1）加入到溶液中，此时溶液变得浑浊，再加入适量的甲醇，待溶液变得澄清后，将其放入装有大量碳酸铵的密封大烧杯中，并不断搅拌溶液，以使氨气扩散到溶液中通过共沉淀法得到沉淀，经过较长的扩散时间后，取出溶液通过离心洗涤沉淀，用乙醇（含水量50%）洗涤六次以上；将得到的沉淀70℃的烘箱中烘干，得到黄色ATO前驱体粉末并研磨；研磨后，将粉末放入坩埚中在600℃的马弗炉中煅烧2h；最后，制备得到灰蓝色ATO导电纳米粉末。
表1为不同实施例下制备ATO粉末的电阻率和电导率。
实施例 电阻率 电导率
实施例一 0.23 4.35
实施例二 0.29 3.45
实施例三 0.20 5.00
实施例四 0.28 3.57
实施例五 0.19 5.26
实施例六 0.25 4.00
实施例七 0.32 3.13
实施例八 0.58 1.72
表中可以看出，制备得到的ATO粉末导电性能很好，用无水乙醇作为溶剂制备ATO比甲醇和乙二醇作为溶剂制备的ATO导电性能更好。
表2列出了在600℃和800℃下煅烧后得到导电粉末的电阻率。
Figure BDA0000430164560000071
表2中可为看出，样品烧结温度在600℃电阻率比在800℃更低，导电性能更好，其中600℃烧结温度时电阻率约为0.2Ω·cm，电导率约为5.0s/cm。通过扩散法和共沉淀法制备的锑掺杂二氧化锡导电粉末，其XRD图谱与二氧化锡基本一致，证明锑成功掺杂到二氧化锡晶格中。用本发明的方法制备得到的锑掺杂二氧化锡粉末为纳米级别，其粒径为几十纳米。

Claims (4)

1.一种制备低电阻纳米粉体的方法，其特征在于：
步骤一：将四氯化锡溶于无水乙醇，再按照摩尔比例为10:1加入三氯化锑，用甲醇溶解得混合溶液；
步骤二：将该混合溶液置于碳酸铵的密封环境中，通过扩散法将氨气扩散到溶液中共沉淀出锑掺杂二氧化锡前驱体；
步骤三：将得到的锑掺杂二氧化锡前驱体用含水量50%的乙醇离心洗涤，烘箱中70℃烘干；
步骤四：将烘干后的锑掺杂二氧化锡前驱体放入马弗炉中600℃煅烧2小时，得到锑掺杂二氧化锡纳米粉末。
2.根据权利要求1所述的一种制备低电阻纳米粉体的方法，其特征在于，所述的共沉淀法调节pH采用的试剂为氨气。
3.根据权利要求1所述的一种制备低电阻纳米粉体的方法，其特征在于，所述的乙醇离心洗涤在五次以上。
4.根据权利要求1所述的一种制备低电阻纳米粉体的方法，其特征在于，所使用的扩散法和共沉淀法在无水条件下制备氟掺杂二氧化锡粉末、铝掺杂氧化锌制备粉末。
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