CN106115774A - 一种氧化锡锑导电纳米材料的制备方法 - Google Patents

一种氧化锡锑导电纳米材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属功能材料制备技术领域，涉及一种氧化锡锑导电纳米材料的制备方法，向草酸水溶液中滴加氯化亚锡与三氯化锑混合物的甲醇溶液，在恒温并且搅拌的条件下反应直到前驱物沉淀生成，过滤、水洗、干燥，然后在马弗炉进行热处理即获得氧化锡锑导电纳米材料。本发明工艺简便易行，纯度高，杂质含量低，产品制备成本低，性能优异，可以工业化批量生产。本发明所制备的氧化锡锑导电纳米材料具有良好的导电、隔热、透明等性能，可以应用于塑料、透明涂料及各种树脂中起到透明、隔热、防静电等作用。

Description

一种氧化锡锑导电纳米材料的制备方法
技术领域
本发明属于功能材料的制备技术领域，具体地说是涉及一种氧化锡锑导电纳米材料的制备方法。
背景技术
氧化锡锑，又叫掺锑二氧化锡、锑锡氧化物，英文简称ATO（Antimony Tin Oxide）。是半导体领域中的非电阻的透明导电性材料，可应用于各种玻璃、塑料及各种树脂中起到透明、导电、防静电辐射、隔紫外及红外作用。氧化锡锑导电纳米材料因其高电导率和浅色透明性，在许多领域有着广阔的应用前景，是近年来迅速发展的一种新型功能材料。
制备氧化锡锑导电纳米材料的化学法主要有沉淀法、水热合成法、溶胶凝胶法、微乳液法等。液相共沉淀法是制备氧化锡锑导电纳米材料最常用和最成熟的方法，该法通常是以水溶液为反应介质，将锡和锑的盐溶液混合，在混合溶液中加入氢氧化钠或氨水等沉淀剂使共存于溶液中的锡、锑阳离子沉淀，沉淀物经洗涤、干燥、煅烧，得到相应的纳米粉体。溶胶凝胶法和微乳液法污染严重，得到的产物纯度低，粒径不可控；水热法能够得到纯度高、粒径分布窄、粒径可控的产物，但是反应过程需要在高温高压的环境下进行，对设备要求更较高，生产过程存在一定的危险性。
虽然上述的方法法都可以制备出氧化锡锑导电纳米材料，但仍具有水解速率不易控制和晶体形状难以控制，收率低，纯度低以及导电率低等缺点。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种制备成本低，易于操作控制，目的产物收率高，均一性好，安全环保且具有较高导电率的氧化锡锑导电纳米材料的制备方法。本发明所得氧化锡锑导电纳米材料产品团聚少、掺杂均匀、粒径小且分布范围窄，具有优异的导电性能。
为达到上述目的，本发明是这样实现的。
一种氧化锡锑导电纳米材料的制备方法，向草酸水溶液中滴加三氯化锑和氯化亚锡混合物的甲醇溶液，在恒温并且搅拌的条件下反应直到前驱物沉淀生成，过滤、水洗、干燥和煅烧后即得目的产物。
作为一种优选方案，本发明所述草酸水溶液的摩尔浓度为0.1～1.0 mol/L；所述氯化亚锡的甲醇溶液，其摩尔浓度为0.1～1.0 mol/L；所述氯化亚锡、三氯化锑及草酸的摩尔比依次为1:0.1～10：5～50。
进一步地，本发明所述滴加溶液的速度为60～180滴/分钟；所述恒温在20～30 °C；所述搅拌速度在100～150 转/分钟；所述搅拌反应时间为10～30分钟。
进一步地，本发明所述干燥时间为1～3小时，干燥温度为60～100 °C，升温速率为2～10 °C/分钟。
更进一步地，本发明所述煅烧时间为2～5小时，煅烧温度为400～600 °C，升温速率为2～20 °C/分钟。
与现有技术相比，本发明具有如下特点。
（1）本发明开发了制备氧化锡锑导电纳米材料新工艺路线，产品粒径在100～150nm之间，禁带宽度为,2.5～2.7 eV。
（2）目的产物收率（99.0%～99.5%），产品纯度高（99.5％～99.8％）。该工艺制备成本低，操作容易控制，具有较高的生产效率，可以实现工业化大量生产。
（3）本发明制备的目的产物氧化锡锑导电纳米材料的电阻率为2.0～3.0 Wcm，可满足工业应用领域对导电氧化锡锑产品的要求。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。本发明的保护范围不仅局限于下列内容的表述。
图1为本发明的氧化锡锑导电纳米材料SEM图。
图2为本发明的氧化锡锑导电纳米材料SEM图。
图3为本发明的氧化锡锑导电纳米材料SEM图。
图4为本发明的氧化锡锑导电纳米材料SEM图。
图5为本发明的氧化锡锑导电纳米材料SEM图。
图6为本发明的氧化锡锑导电纳米材料SEM图。
图7为本发明的氧化锡锑导电纳米材料X射线衍射图。
图8为本发明的氧化锡锑导电纳米材料紫外可见光谱图。
图9为本发明的氧化锡锑导电纳米材料禁带宽度图。
图10为本发明的氧化锡锑导电纳米材料前驱物的热重分析图。
具体实施方式
本发明设计出一种化学制备方法，通过新的化学途径制备氧化锡锑导电纳米材料。向草酸水溶液中滴加氯化亚锡和三氯化锑的甲醇溶液，在恒温并且搅拌的条件下反应直到前驱物沉淀生成，过滤、水洗、干燥和煅烧后即得目的产物。
本发明制备步骤是。
（1）向草酸水溶液中滴加氯化亚锡与三氯化锑混合物的甲醇溶液，在恒温并且搅拌的条件下反应直到前驱物沉淀生成，过滤、水洗。草酸水溶液的摩尔浓度为0.1～1.0mol/L；氯化亚锡甲醇溶液，其摩尔浓度为0.1～1.0 mol/L；氯化亚锡、三氯化锑及草酸的摩尔比依次为1:0.1～10：5～50；滴加溶液的速度为60～180滴/分钟；恒温在20～30 °C；搅拌速度在100～150 转/分钟；搅拌反应时间为10～30分钟。
（2）将得到的沉积进行干燥，干燥时间为1～3小时，干燥温度为60～100 °C，升温速率为2～10 °C/分钟。
（3）干燥过的沉淀进行高温煅烧反应，温度在400～800 °C，升温速率为2～20 °C/分钟，反应时间为2～5 h，温度下降至室温，即得目的产物。
参见图1～6所示，为本发明的氧化锡锑导电纳米材料SEM图，可以看出产物分散性和均一性较好。图7为本发明的氧化锡锑导电纳米材料X射线衍射图。图8为本发明所制备的氧化锡锑导电纳米材料的紫外光谱图。图9为本发明的氧化锡锑导电纳米材料禁带宽度图，其吸收边在475nm左右，禁带宽度约2.61eV（图9）。图10为本发明的氧化锡锑导电纳米材料前驱物的热重分析图。
实施例1。
在恒温20°C并且搅拌速度为150转/分钟的条件下，把三氯化锑与氯化亚锡混合物的甲醇溶液滴加到草酸水溶液。氯化亚锡甲醇液的摩尔浓度为0.5 mol/L，草酸的摩尔浓度为0.5mol/L。氯化亚锡、三氯化锑及草酸的摩尔比依次为1:1：50。滴加三氯化锑和氯化亚锡甲醇溶液的速度为180滴/分钟,搅拌反应时间为10分钟，反应结束后，过滤水洗后干燥，干燥时间为3小时，干燥温度为80°C，升温速率为10 °C/分钟。接续在马弗炉中进行煅烧，煅烧温度为400 °C，煅烧时间为5 h，升温速率为10 °C/分钟。自然冷却后，即得到目的产物。产品粒径100nm左右，禁带宽度为2.5 eV。其产品的收率为99.5%。产品纯度为99.8%，杂质含量：碳小于0.2%。产品电阻率为2.0 Wcm。
实施例2。
在恒温30°C并且搅拌速度为100转/分钟的条件下，把三氯化锑与氯化亚锡混合物的甲醇溶液滴加到草酸水溶液中。氯化亚锡甲醇液的摩尔浓度为0.1 mol/L，草酸的摩尔浓度为0.5 mol/L。氯化亚锡、三氯化锑及草酸的摩尔比依次为1:0.5：10。滴加三氯化锑和氯化亚锡甲醇溶液的速度为180滴/分钟,搅拌反应时间为10分钟，反应结束后，过滤水洗后干燥，干燥时间为3小时，干燥温度为80°C，升温速率为10 °C/分钟。接续在马弗炉中进行煅烧，煅烧温度为800 °C，煅烧时间为2 h，升温速率为10 °C/分钟。自然冷却后，即得到目的产物。产品粒径100nm左右，禁带宽度为2.7 eV。其产品的收率为99.0%。产品纯度为99.7%，杂质含量：碳小于0.3%。产品电阻率为3.0 Wcm。
实施例3。
在恒温30°C并且搅拌速度为100转/分钟的条件下，把三氯化锑与氯化亚锡混合物的甲醇溶液滴加到草酸水溶液中。氯化亚锡甲醇液的摩尔浓度为0.2 mol/L，草酸的摩尔浓度为0.5 mol/L。氯化亚锡、三氯化锑及草酸的摩尔比依次为1:2：20。滴加三氯化锑和氯化亚锡甲醇溶液的速度为180滴/分钟,搅拌反应时间为10分钟，反应结束后，过滤水洗后干燥，干燥时间为3小时，干燥温度为80°C，升温速率为10 °C/分钟。接续在马弗炉中进行煅烧，煅烧温度为600 °C，煅烧时间为3 h，升温速率为20 °C/分钟。自然冷却后，即得到目的产物。产品粒径140nm左右，禁带宽度为2.7 eV。其产品的收率为99.5%。产品纯度为99.8%，杂质含量：碳小于0.2%。产品电阻率为2.5 Wcm。
实施例4。
在恒温20°C并且搅拌速度为150转/分钟的条件下，把三氯化锑与氯化亚锡混合物的甲醇溶液滴加到草酸水溶液中。氯化亚锡甲醇液的摩尔浓度为0.5 mol/L，草酸的摩尔浓度为0.5 mol/L。氯化亚锡、三氯化锑及草酸的摩尔比依次为1:0.2：10。滴加三氯化锑和氯化亚锡甲醇溶液的速度为60滴/分钟,搅拌反应时间为30分钟，反应结束后，过滤水洗后干燥，干燥时间为3小时，干燥温度为60°C，升温速率为10 °C/分钟。接续在马弗炉中进行煅烧，煅烧温度为500 °C，煅烧时间为5 h，升温速率为20 °C/分钟。自然冷却后，即得到目的产物。产品粒径120nm左右，禁带宽度为2.6 eV。其产品的收率为99.5%。产品纯度为99.6%，杂质含量：碳小于0.4%。产品电阻率为2.7 Wcm。
实施例5。
在恒温30°C并且搅拌速度为100转/分钟的条件下，把三氯化锑与氯化亚锡混合物的甲醇溶液滴加到草酸水溶液中。氯化亚锡甲醇液的摩尔浓度为0.2 mol/L，草酸的摩尔浓度为0.5 mol/L。氯化亚锡、三氯化锑及草酸的摩尔比依次为1:1：50。滴加三氯化锑和氯化亚锡甲醇溶液的速度为120滴/分钟,搅拌反应时间为20分钟，反应结束后，过滤水洗后干燥，干燥时间为3小时，干燥温度为80°C，升温速率为10 °C/分钟。接续在马弗炉中进行煅烧，煅烧温度为700 °C，煅烧时间为4 h，升温速率为10 °C/分钟。自然冷却后，即得到目的产物。产品粒径130nm左右，禁带宽度为2.7 eV。其产品的收率为99.5%。产品纯度为99.6%，杂质含量：碳小于0.4%。产品电阻率为2.1 Wcm。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种氧化锡锑导电纳米材料的制备方法，其特征在于，向草酸水溶液中滴加三氯化锑与氯化亚锡混合物的甲醇溶液，在恒温并且搅拌的条件下反应直到前驱物沉淀生成，过滤、水洗、干燥和煅烧后即得目的产物。
2.根据权利要求1所述的氧化锡锑导电纳米材料的制备方法，其特征在于：所述草酸水溶液的摩尔浓度为0.1～1.0 mol/L；所述氯化亚锡甲醇溶液的摩尔浓度为0.1～1.0 mol/L；所述氯化亚锡、三氯化锑及草酸的摩尔比依次为1:0.1～10：5～50。
3.根据权利要求2所述的氧化锡锑导电纳米材料的制备方法，其特征在于：所述滴加溶液的速度为60～180滴/分钟；所述恒温温度在20～30 °C；所述搅拌速度在100～150 转/分钟；所述搅拌反应时间为10～30分钟。
4.根据权利要求3所述的氧化锡锑导电纳米材料的制备方法，其特征在于：所述干燥时间为1～3小时，干燥温度为60～100 °C，升温速率为2～10 °C/分钟。
5.根据权利要求4所述的氧化锡锑导电纳米材料的制备方法，其特征在于：所述煅烧时间为2～5小时，煅烧温度为400～800 °C，升温速率为2～20 °C/分钟。
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