CN109205659B - 一种晶型可控的氧化铟的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种晶型可控的氧化铟的制备方法，属于无机材料制备领域。本发明在微反应器内，利用流体错流剪切实现氯化铟溶液和氢氧化钠溶液的快速混合，有效提高体系的传质效率，满足快速沉淀过程的混合要求，同时继续通入后续盘管进行高温反应，实现氧化铟前驱体悬浮液中颗粒的快速生长，并利用温度调节在生长过程中实现晶型转变，最终制备得到不同晶型结构的氧化铟。

Description

一种晶型可控的氧化铟的制备方法

技术领域

本发明涉及无机材料制备技术领域，尤其涉及一种晶型可控的氧化铟的制备方法。

背景技术

氧化铟是一种n型半导体材料，具备优良的光电性能，同时对于可见光具备良好的透过性能。因此，ITO(氧化铟锡)薄膜被广泛应用于光电显示领域，如液晶显示屏、OLED等。目前，全球85％铟资源用于合成氧化铟。同时因为氧化铟表面对于氧化还原气体反应明显，因此也被广泛应用于气敏原件的制作中。氧化铟存在立方和六方两种晶型结构，其晶型结构对于最终产品的性能有着显著的影响，例如立方结构的烧结性能较好，而六方结构的反应活性较高。因此对于两种晶型结构的氧化铟粉末的可控合成对于其应用意义显著。

常见的氧化铟制备方法包括化学沉淀法，溶胶-凝胶法，水热法，喷雾热解法等。其中，化学沉淀法被认为是最简单、经济的方法，在实验研究和工业生产中有着广泛的应用。但是传统的化学共沉淀的方法一般用来合成立方结构氧化铟，且容易出现六方结构的杂质。同时存在微观混合差，在体系内反应不均匀，局部过饱和度低，制备过程不易控制等问题。水热法合成氧化铟粉末通常表现出一定的形貌，可控性也更强，常被用来合成两种晶型结构的氧化铟粉末。但一般通过加入表面活性剂的方法，不易调节。而且水热法通常需要几个小时甚至几天的反应时间，并且反应过程不连续，不易于工业应用。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种晶型可控的氧化铟的制备方法。本发明利用微反应器高温下连续快速合成晶型可控的氧化铟，晶型与反应条件表现出良好的对应关系。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种晶型可控的氧化铟的制备方法，包括以下步骤：

在微反应器内，将氯化铟溶液与氢氧化钠钠溶液混合进行沉淀反应，得到沉淀产物，将所沉淀产物在盘管中进行高温反应，得到氧化铟前驱体悬浮液；

将所述氧化铟前驱体悬浮液依次经分离、洗涤、干燥和高温焙烧，得到氧化铟；当所述高温反应的温度为[100,140]℃时，得到的氧化铟为立方结构，当所述高温反应的温度为[160,180]℃时，得到的氧化铟为六方结构。

优选地，所述氯化铟溶液的浓度为1～10g/L，所述氢氧化钠溶液的浓度为0.1～2.5mol/L。

优选地，所述氯化铟溶液进入微反应器的流量为5～20mL/min，所述氢氧化钠溶液进入微反应器的流量为5～20mL/min。

优选地，所述微反应器的通道直径为250～500μm。

优选地，所述盘管的长度为4～16m。

优选地，所述高温焙烧的温度为300～400℃，所述高温焙烧的时间为0.5～3h。

优选地，升温至所述高温焙烧的升温速率为1～5℃/min。

优选地，所述洗涤依次包括水洗和乙醇洗涤。

本发明提供了一种晶型可控的氧化铟的制备方法，在微反应器内，将氯化铟溶液与氢氧化钠钠溶液混合进行沉淀反应，得到沉淀产物，将所沉淀产物在盘管中进行高温反应，得到氧化铟前驱体悬浮液；将所述氧化铟前驱体悬浮液依次经分离、洗涤、干燥和高温焙烧，得到氧化铟；当所述高温反应的温度为[100,140]℃时，得到的氧化铟为立方结构，当所述高温反应的温度为[160,180]℃时，得到的氧化铟为六方结构。在微反应器内，利用流体错流剪切实现氯化铟溶液和氢氧化钠溶液实现毫秒级的快速混合，有效提高体系的传质效率，满足快速沉淀过程的混合要求，同时继续通入后续盘管进行高温反应，实现氧化铟前驱体悬浮液中颗粒的快速生长，并利用温度调节在生长过程中实现晶型转变，最终制备得到不同晶型结构的氧化铟。

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详细的说明。

图1为本发明制备氧化铟的流程图；

图2为本发明实施例1～3制得的氧化铟的TEM谱图。

具体实施方式

本发明提供了一种晶型可控的氧化铟的制备方法，包括以下步骤：

在微反应器内，将氯化铟溶液与氢氧化钠钠溶液混合进行沉淀反应，得到沉淀产物，将所沉淀产物在盘管中进行高温反应，得到氧化铟前驱体悬浮液；

将所述氧化铟前驱体悬浮液依次经分离、洗涤、干燥和高温焙烧，得到氧化铟；当所述高温反应的温度为[100,140]℃时，得到的氧化铟为立方结构，当所述高温反应的温度为[160,180]℃时，得到的氧化铟为六方结构。

本发明在微反应器内，将氯化铟溶液与氢氧化钠钠溶液混合进行沉淀反应，得到沉淀产物，将所沉淀产物在盘管中进行高温反应，得到氧化铟前驱体悬浮液。本发明在微反应器内，利用流体错流剪切实现氯化铟溶液和氢氧化钠溶液的快速混合，有效提高体系的传质效率，满足快速沉淀过程的混合要求。

在本发明中，所述氯化铟溶液的浓度优选为1～10g/L，更优选为5g/L，所述氢氧化钠溶液的浓度优选为0.1～2.5mol/L，更优选为1～2mol/L。

在本发明中，所述氯化铟溶液进入微反应器的流量优选为5～20mL/min，更优选为10mL/min，所述氢氧化钠溶液进入微反应器的流量优选为5～20mL/min，更优选为10mL/min。

在本发明中，所述微反应器的通道直径优选为250～500μm。

在本发明中，所述盘管的长度优选为4～16m，更优选为8m。本发明在盘管进行高温反应，实现氧化铟前驱体悬浮液中颗粒的快速生长，并利用温度调节在生长过程中实现晶型转变，最终制备得到不同晶型结构的氧化铟，当所述高温反应的温度为[100,140]℃时，得到的氧化铟为立方结构，当所述高温反应的温度为[160,180]℃时，得到的氧化铟为六方结构。本发明中，所述在盘管中进行高温反应的时间优选为1～5min。

得到氧化铟前驱体悬浮液后，本发明将所述氧化铟前驱体悬浮液依次经分离、洗涤、干燥和高温焙烧，得到氧化铟。在本发明中，所述高温焙烧的温度优选为300～400℃，所述高温焙烧的时间优选为0.5～3h。

在本发明中，升温至所述高温焙烧的升温速率优选为1～5℃/min。在本发明中，所述高温焙烧优选在马弗炉中进行。

在本发明中，所述洗涤优选依次包括水洗和乙醇洗涤。在本发明中，所述水洗和乙醇洗涤的次数独立地优选为2次。

本发明对所述干燥的具体方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的干燥方式即可。

下面结合实施例对本发明提供的晶型可控的氧化铟的制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

图1为本发明制备氧化铟的流程图，氯化铟溶液与氢氧化钠钠溶液分别通入微反应器，在微反应器内混合然后在盘管中进行高温反应，得到氧化铟前驱体悬浮液，悬浮液依次经分离、洗涤、干燥和高温焙烧，得到氧化铟。

实施例1：

1)配制浓度为1g/L的氯化铟溶液，并使其按流量5mL/min流入微反应器。

2)配制浓度为2mol/L的氢氧化钠钠水溶液，并使其按5mL/min的流量流入微反应器，通过剪切分散相实现两相的快速混合，并通入后续盘管。

3)将混合后的溶液通过长为16米的盘管继续140℃下的反应，反应后的混合液经冷却后收集于搅拌釜中。

4)将搅拌釜中的混合液离心分离，得到的固体利用去离子水和乙醇分别洗涤两次后干燥得到前驱体粉末。

5)将前驱体粉末置于马弗炉中，经400℃焙烧得到黄色的氧化铟粉末，记为a。

实施例2：

1)配制浓度为1g/L的氯化铟溶液，并使其按流量10mL/min流入微反应器。

2)配制浓度为1mol/L的氢氧化钠钠水溶液，并使其按10mL/min的流量流入微反应器，通过剪切分散相实现两相的快速混合，并通入后续盘管。

3)将混合后的溶液通过长为8米的盘管继续100℃下的反应，反应后的混合液经冷却后收集于搅拌釜中。

4)将搅拌釜中的混合液离心分离，得到的固体利用去离子水和乙醇分别洗涤两次后干燥得到前驱体粉末。

5)将前驱体粉末置于马弗炉中，经400℃焙烧得到黄色的氧化铟粉末，记为b。

实施例3：

1)配制浓度为5g/L的氯化铟溶液，并使其按流量20mL/min流入微反应器。

2)配制浓度为1mol/L的氢氧化钠钠水溶液，并使其按20mL/min的流量流入微反应器，通过剪切分散相实现两相的快速混合，并通入后续盘管。

3)将混合后的溶液通过长为4米的盘管继续180℃下的反应，反应后的混合液经冷却后收集于搅拌釜中。

4)将搅拌釜中的混合液离心分离，得到的固体利用去离子水和乙醇分别洗涤两次后干燥得到前驱体粉末。

5)将前驱体粉末置于马弗炉中，经400℃焙烧得到黄色的氧化铟粉末，记为c。

对实施例1～3制得的氧化铟进行TEM分析，结果如图2所示，可以看到，在不同反应条件下制备得到的氧化铟粉末形貌差异明显，表现为0.291nm和0.396nm晶面间距，分别对应着立方结构和六方结构的氧化铟。

对实施例1～3制得的氧化铟进行测定，如表1所示。

表1实施例1～3制得的氧化铟测定结果

实施例4：

与实施例3相同，区别仅在于在盘管中于160℃下进行反应，制得六方结构的氧化铟。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种晶型可控的氧化铟的制备方法，包括以下步骤：

在微反应器内，将氯化铟溶液与氢氧化钠溶液混合进行沉淀反应，得到沉淀产物，将所述沉淀产物在盘管中进行高温反应，得到氧化铟前驱体悬浮液；

将所述氧化铟前驱体悬浮液依次经分离、洗涤、干燥和高温焙烧，得到氧化铟；当所述高温反应的温度为[100,140]℃时，得到的氧化铟为立方结构，当所述高温反应的温度为[160,180]℃时，得到的氧化铟为六方结构。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氯化铟溶液的浓度为1～10g/L，所述氢氧化钠溶液的浓度为0.1～2.5mol/L。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述氯化铟溶液进入微反应器的流量为5～20mL/min，所述氢氧化钠溶液进入微反应器的流量为5～20mL/min。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述微反应器的通道直径为250～500μm。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述盘管的长度为4～16m。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高温焙烧的温度为300～400℃，所述高温焙烧的时间为0.5～3h。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，升温至所述高温焙烧的升温速率为1～5℃/min。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述洗涤依次包括水洗和乙醇洗涤。