CN104261462B - 一种微纳二氧化锡实心球的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及微纳米材料制备,旨在提供一种微纳二氧化锡实心球的制备方法。该方法包括:分别配置SnCl4·5H2O水溶液和NaOH溶液,将后者均匀滴加到前者液中,同时高速搅拌;混合溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中,水热反应;产物离心分离或过滤,洗涤至溶液中无可溶性离子,烘干获得白色粉体;粉体置于箱式电阻炉或马弗炉中煅烧,随炉冷却后获得白色或淡黄色粉体,即微纳二氧化锡实心球。本发明制得的产品球形度较好,表面光滑,大小均匀;制备过程中不涉及任何有机溶剂,亦无挥发性有毒气体等,产物中只有钠盐,对环境无污染;不使用任何模板,工艺简单,反应过程容易控制、反应条件温和,且原料简单,成本低,特别适合大规模工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于微纳米材料制备及其技术应用领域,具体是一种微纳二氧化锡实心球的制备方法。
背景技术
二氧化锡是一种硬度高、化学稳定性好、光电性能优异的半导体材料,在电子元器件、锂离子电池、气体传感器、超级电容、透明电极及催化材料等方面具有重要的应用价值。近些年来,二氧化锡纳米粒子、纳米线、纳米带及空心球等结构材料被广泛研究和应用,制备方法也较多,例如,中国专利CN1789140A(公开号)公开了一种以氧化锌为牺牲模板的氧化锡空心球材料的制备方法;中国专利CN101012067A以天然聚合物粉末为模板制备二氧化锡空心球。然而目前这些特殊形貌二氧化锡的制备工艺相对复杂,制备过程环保性低,特别是作为陶瓷、金属等材料的增强相时难以致密,或达到致密的工艺复杂、成本高,不利于进行长期大规模的工业生产。
发明内容
本发明要解决的技术问题是,克服现有技术中的不足,提供一种微纳二氧化锡实心球的制备方法。
为解决上述技术问题,本发明采用共沉淀法结合水热法,经清洗、烘干、煅烧制备出微纳SnO2实心球。所采取的技术方案具体包括以下步骤:
提供一种微纳二氧化锡实心球的制备方法,包括以下步骤:
(1)室温下将SnCl4·5H2O溶解到去离子水中,在充分搅拌条件下,形成浓度为0.1~1.0mol/L的溶液;按NaOH与H2O质量比为1:5~1:15的量,称量NaOH溶解到去离子水中,经搅拌获得NaOH溶液;
(2)以40~60滴/分钟的速度将NaOH溶液均匀滴加到SnCl4·5H2O溶液中,调节溶液pH值为10~13;滴加的同时以500~1200转/分钟的速度搅拌,获得均匀的混合溶液;
(3)将混合溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中,在100~200℃温度下水热反应10~48h,然后自然冷却至室温;
(4)将水热反应产物离心分离或过滤,然后用去离子水和无水乙醇分别反复洗涤至溶液中无可溶性离子,在60~150℃烘干1~12h,获得白色粉体备用;
(5)将步骤(4)所获的粉体置于箱式电阻炉或马弗炉中,在500~1000℃煅烧1~6h,随炉冷却后获得白色或淡黄色粉体,即为微纳二氧化锡实心球。
本发明中,进行水热反应前,在搅拌条件下向步骤(2)所得混合溶液中加入添加剂,搅拌15min后超声处理15min;所述添加剂为十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇2000、十二烷基苯磺酸钠或聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种;添加剂与溶液中SnCl4·5H2O的质量分数的比值为5~15%。
本发明中,超声处理时的频率为2000Hz,超声功率350W。
本发明中,步骤(4)中烘干时控制升温速率为5~10°/min。
与现有技术,本发明的有益效果是:
(1)获得的二氧化锡为微米级实心球状颗粒,粒径为1~3μm;球形度较好,表面光滑,大小均匀;
(2)微米级二氧化锡实心球由纳米颗粒自组装而成,纳米颗粒尺寸约10~20纳米;(具体结构如图1所示;当微米SnO2实心球作为金属、陶瓷的增强相时,容易均匀分散在基体中,并且复合材料容易致密化;本发明制备的二氧化锡粉体在微米级别上表现为实心球颗粒,具体内部由纳米级颗粒自组装堆积而成。)
(3)大小均匀、球形度好的微纳二氧化锡实心球颗粒流动性好,作为增强相有利于陶瓷、金属等基体致密成型,可有效避免在成型中出现因SnO2团聚、分散不均所导致的裂纹、断裂、强度降低等现象;
(4)本发明的制备过程中不涉及任何有机溶剂,亦无挥发性有毒气体等,产物中只有钠盐,对环境无污染;
(5)制备过程中不使用任何模板,工艺简单,反应过程容易控制、反应条件温和,且原料简单,成本低,特别适合大规模工业化生产。
附图说明
图1为实心球二氧化锡颗粒的场发射扫描电镜图。
从图中看出,制得的微球表面光滑,球形度较好。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明作进一步详细描述,但是本领域技术人员将会理解,下列实施例仅用于说明本发明,而不应视为限定本发明的范围。
本发明中的微纳二氧化锡实心球的制备方法,包括以下步骤:
(1)室温下将SnCl4·5H2O溶解到去离子水中,在充分搅拌条件下,形成浓度为0.1~1.0mol/L的溶液;按NaOH与H2O质量比为1:5~15的量,称量NaOH溶解到去离子水中,经搅拌获得NaOH溶液;
(2)以40~60滴/分钟的速度将NaOH溶液均匀滴加到SnCl4·5H2O溶液中,调节溶液pH值为10~13;滴加的同时以500~1200转/分钟的速度搅拌,获得均匀的混合溶液;
(3)将混合溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中,在100~200℃温度下水热反应10~48h,然后自然冷却至室温;
(4)将水热反应产物离心分离或过滤,然后用去离子水和无水乙醇分别反复洗涤至溶液中无可溶性离子,在60~150℃烘干1~12h,获得白色粉体备用;烘干时控制升温速率为5~10°/min。
(5)将步骤(4)所获的粉体置于箱式电阻炉或马弗炉中,在500~1000℃煅烧1~6h,随炉冷却后获得白色或淡黄色粉体,即为微纳二氧化锡实心球。
本发明还可以在搅拌条件下向步骤(2)所得混合溶液中加入添加剂,搅拌15min后超声处理15min;超声处理时的频率为2000Hz,超声功率350W。所述添加剂为十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇2000、十二烷基苯磺酸钠或聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种;添加剂与溶液中SnCl4·5H2O的质量分数的比值为5~15%。
各实施例中的试验数据见下表:
Claims (1)
1.一种微纳二氧化锡实心球的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)室温下将SnCl4·5H2O溶解到去离子水中,在充分搅拌条件下,形成浓度为0.1~1.0mol/L的溶液;按NaOH与H2O质量比为1:5~15的量,称量NaOH溶解到去离子水中,经搅拌获得NaOH溶液;
(2)以40~60滴/分钟的速度将NaOH溶液均匀滴加到SnCl4·5H2O溶液中,调节溶液pH值为10~13;滴加的同时以500~1200转/分钟的速度搅拌,获得均匀的混合溶液;
(3)在搅拌条件下向步骤(2)所得混合溶液中加入添加剂,搅拌15min后超声处理15min;超声处理时的频率为2000Hz,超声功率350W;所述添加剂为十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇2000、十二烷基苯磺酸钠或聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种;添加剂与溶液中SnCl4·5H2O的质量分数的比值为5~15%;然后将混合溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中,在100~200℃温度下水热反应10~48h,然后自然冷却至室温;
(4)将水热反应产物离心分离或过滤,然后用去离子水和无水乙醇分别反复洗涤至溶液中无可溶性离子,在60~150℃烘干1~12h,烘干时控制升温速率为5~10℃/min,获得白色粉体备用;
(5)将步骤(4)所获的粉体置于箱式电阻炉或马弗炉中,在500~1000℃煅烧1~6h,随炉冷却后获得白色或淡黄色粉体,即为微纳二氧化锡实心球。
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