CN1772621A - 单分散纳米铟锡氧化物粉末的制备方法 - Google Patents

单分散纳米铟锡氧化物粉末的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及ITO单分散纳米粉末的制备方法。其特征在于将将铟和锡的无机盐混合溶液与离子交换树脂作用，进行离子交换后得到氢氧化铟锡的胶体溶液，随后将胶体溶液进行真空冷冻干燥、400～1000℃煅烧后制备得到ITO单分散纳米粉末。所得到的ITO粉末在扫描电镜下观察粉末的平均粒径≤100nm，所得到的ITO粉末用纯水和超声波分散，不加分散剂的条件下，采用激光粒度测试仪测试的最大粒径≤1.5μm。

Description

单分散纳米铟锡氧化物粉末的制备方法
技术领域
本发明涉及ITO靶材的原材料ITO的制备方法，特别是单分散纳米ITO粉末的制备方法。
背景技术
伴随着液晶显示的发展，用于透明电极的铟锡氧化物(ITO)需要量急剧增加。目前，世界上的发达国家如日本、美国、英国、法国等国将一半左右的铟用于制备ITO材料。它们普遍采用铟锡氧化物制成靶材，然后用直流磁控溅射法将靶材制成ITO薄膜。这种薄膜对可见光透明，能强烈反射红外光，有较低的膜电阻，因而在液晶显示、隔热玻璃、太阳能电池和收集器、车辆窗口去雾防霜等方面获得日益广泛的应用。鉴于ITO靶及其膜在许多领域的广泛应用，国内已有许多生产和科研单位都在从事这方面的研究，但目前都仍处于初级阶段，国内显示器件厂家所需要的ITO靶材和粉末产品目前尚只能依赖进口。对于制备靶材所用的ITO粉末，要求十分严格，不仅要纯度高，而且要粒度细、分散性能好，因此，需要加强制备ITO粉末工艺的研究。制备ITO复合粉末的技术方法有多种，如液相沉淀法、喷雾热分解法、水热法等。如1、“化学液相共沉淀制备纳米级In2O3(SnO2)粉末”，《粉末冶金工业》，1999，9(5)，介绍了以In、SnCl4为原料，采用化学液相共沉淀法制备了纳米级In2O3(SnO2)粉末。利用XRD、TEM、SEM、BET和化学分析法等实验手段对所制粉末的物相、形貌、成分、粒度等进行了初步表征。研究结果表明：共沉淀法制得的粉末为高纯、单相的纳米级粉末，平均粒径为30nm；2、中国专利(申请号：01107509，铟、锡氧化物复合粉末的制备方法)提出了一种铟、锡氧化物复合粉末的制备方法，是将金属铟和金属锡(按重量百分比称量)分别溶解乳化后，充分混合后，让其共沉淀，洗涤，过滤，再烘干，灼烧，最后淬火磨碎，即成产品。本发明具有通过溶液中的各种化学反应能够直接得到化学成分均一的复合粉料；容易制备粒径分布窄且流动性好的超细颗料。3、日本高知大学Yanagisawa等人在文献中(Journal of Materials Research，2000，15(6)：1404-1408)提到了一种水热法制备ITO粉末的方法。该法采取氨水沉淀铟(锡)盐溶液，将生成的水热前驱体——氢氧化铟(锡)进行水热反应(300℃)，最后经过过滤、真空干燥、煅烧得到ITO纳米粉末。该方法虽然得到纳米级分散性较好的ITO粉末，但仍存在水热温度高、设备要求高等问题，为此，中国专利(申请号：200310111223.7，In2O3、ITO单分散纳米粉体的水热制备方法)提出了一种采用离子交换树脂处理铟锡溶液得到前驱体再水热的方法，解决了原有水热方法存在的问题。纵观目前的ITO粉末制备方法，虽然水热法较沉淀法的产品性能要好，但仍需要在高压条件下进行，存在一定的安全隐患。
技术内容
本发明人经过艰苦的研究和试验，找到了一种工艺简单、常压操作、产品质量稳定的ITO单分散纳米粉末的制备方法。
本发明的目的是这样实现的：ITO单分散纳米粉末的制备方法，其特征在于将铟和锡的无机盐混合溶液与离子交换树脂作用，进行离子交换后得到氢氧化铟锡的胶体溶液，随后将胶体溶液在真空度小于100pa，冷阱温度低于-50℃条件下真空冷冻干燥至含水量小于0.5％、400～1000℃煅烧1-3小时后即得到ITO单分散纳米粉末。
以上所述的ITO单分散纳米粉末的制备方法，采用的铟和锡无机盐是硝酸盐和氯化盐。以上所述的铟锡混合无机盐溶液中铟、锡的浓度比(以SnO2∶In2O3重量百分比计)为0∶100～20∶80，混合溶液中阳离子总的浓度为0.5～3.0mol/L。所述的离子交换树脂为OH-基苯乙烯系强碱型或丙烯酸系弱碱型大孔或凝胶型离子交换树脂。所述的混合溶液与离子交换树脂作用的方式为混合溶液通过离子交换树脂柱，出口溶液pH控制在4-6，或者在搅拌作用下将离子交换树脂加入混合溶液中中至pH值为4-6。所述的干燥方式为真空冷冻干燥。制备得到的ITO粉末在扫描电镜下观察粉末的平均粒径≤100nm，用纯水和超声波分散，不加分散剂的条件下，采用激光粒度测试仪测试的最大粒径≤1.5μm。
与现有技术相比，本发明的突出的实质性特点和显著的进步是：
1、制备得到的ITO纳米粉末具有纯度高、单分散，粉末的平均粒径≤100nm，在显示器件透明导电薄膜领域有重要的应用价值。
2、制备方法工艺简单，常压操作，适合工业化生产。
附图说明
所附图1为采用本发明制备的ITO粉末典型的SEM照片，从图中可看出，制备的粉末粒径均一，且呈单分散状态。
具体实施方式
下面通过实例进一步说明本发明的突出特点，仅在说明本发明而绝不限制本发明。
实施例1、采取氯化铟和氯化锡为原材料配制混合溶液10ml，铟锡浓度比(以SnO2∶In2O3重量百分比计)为10∶90，阳离子总浓度为1.0mol/l，在低速搅拌下，将40克D301 OH-基大孔型阴离子交换树脂添加到混合溶液中至pH值为4.5，并持续搅拌30min，随后用50目的纱布进行过滤，纱布上的阴离子交换树脂再生后可以重新使用，过滤后的胶体溶液在真空度为50pa，冷阱温度为-65℃条件下进行真空冷冻干燥12小时，此时粉末含水量小于0.5％，干燥后的粉末经过600℃煅烧1.5h后得到绿色的ITO单分散纳米粉末，ITO粉末得率为98.5％。
制备得到的ITO粉末在扫描电镜下观察粉末的平均粒径为70nm，用纯水和超声波分散，不加分散剂的条件下，采用激光粒度测试仪测试的最大粒径为1.0μm。
实施例2、采取硝酸铟、氯化锡为原材料配制成混合溶液10ml，铟锡浓度比(以SnO2∶In2O3重量百分比计)为10∶90，阳离子总浓度为1.0mol/l，将40克D301 OH-基大孔型阴离子交换树脂装入直径10mm的玻璃柱中，随后使混合溶液以5ml/min的速度通过离子交换树脂柱，出口溶液pH控制在4.5，再将通过交换柱得到的胶体溶液过滤后的胶体溶液在真空度为80pa，冷阱温度为-65℃条件下进行真空冷冻干燥10小时，此时粉末含水量小于0.5％，干燥后的粉末经过650℃煅烧2h后得到绿色的ITO单分散纳米粉末，ITO粉末得率为98％。
制备得到的ITO粉末在扫描电镜下观察粉末的平均粒径为60nm，用纯水和超声波分散，不加分散剂的条件下，采用激光粒度测试仪测试的最大粒径为1.0μm。
实施例3、采取氯化铟和氯化锡为原材料配制混合溶液10ml，铟锡浓度比(以SnO2∶In2O3重量百分比计)为5∶95，阳离子总浓度为0.75mol/l，在低速搅拌下，将100克201×7OH-基凝胶型阴离子交换树脂添加到混合溶液中至pH值为5.5，并持续搅拌30min，随后用50目的纱布进行过滤，过滤得到的胶体溶液过滤后的胶体溶液在真空度为30pa，冷阱温度为-55℃条件下进行真空冷冻干燥15小时，此时粉末含水量小于0.5％，干燥后的粉末经过800℃煅烧2h后得到绿色的ITO单分散纳米粉末，ITO粉末得率为99％。
制备得到的ITO粉末在扫描电镜下观察粉末的平均粒径为50nm，用纯水和超声波分散，不加分散剂的条件下，采用激光粒度测试仪测试的最大粒径为1.5μm。
实施例4、采取硝酸铟、氯化锡为原材料配制成混合溶液，铟锡浓度比(以SnO2∶In2O3重量百分比计)为15∶85，阳离子总浓度为1.0mol/l，将100克DAION SA 10A OH-基凝胶型阴离子交换树脂装入直径10mm的玻璃柱中，随后使混合溶液以2ml/min的速度通过离子交换树脂柱，出口溶液pH控制在5.5，再将通过交换柱得到的胶体溶液过滤后的胶体溶液在真空度为50pa，冷阱温度为-65℃条件下进行真空冷冻干燥12小时，此时粉末含水量小于0.5％，干燥后的粉末经过650℃煅烧3h后得到绿色的ITO单分散纳米粉末，ITO粉末得率为99.5％。
制备得到的ITO粉末在扫描电镜下观察粉末的平均粒径为40nm，用纯水和超声波分散，不加分散剂的条件下，采用激光粒度测试仪测试的最大粒径为0.9μm。

Claims (4)

1.一种ITO单分散纳米粉末的制备方法，其特征在于：将铟和锡的无机盐混合溶液与离子交换树脂作用，进行离子交换后得到氢氧化铟锡的胶体溶液，随后将胶体溶液在真空度小于100pa，冷阱温度低于-50℃条件下真空冷冻干燥至含水量小于0.5％，400～1000℃煅烧煅烧1-3小时后制备得到ITO单分散纳米粉末；
所述的铟锡混合无机盐溶液中以SnO2∶In2O3重量百分比计的铟、锡浓度比为0∶100～20∶80，混合溶液中阳离子总的浓度为0.5～3.0mol/L；
所述的铟和锡无机盐是硝酸盐和氯化盐。
2.根据权利要求1所述的ITO单分散纳米粉末的制备方法，其特征在于：所述的离子交换树脂为苯乙烯系强碱型或丙烯酸系弱碱型大孔或凝胶型离子交换树脂。
3.根据权利要求1所述的ITO单分散纳米粉末的制备方法，其特征在于：所述的混合溶液与离子交换树脂作用的方式可以是混合溶液通过离子交换树脂柱，出口溶液pH控制在4-6，或者在搅拌作用下离子交换树脂加入混合溶液中至pH值为4-6。
4.一种如制备得到的权利要求1所述的ITO单分散纳米粉末的制备方法所得到的ITO粉末，其特征在于：在扫描电镜下观察ITO粉末的平均粒径≤100nm，用纯水和超声波分散，不加分散剂的条件下，采用激光粒度测试仪测试的最大粒径≤1.5μm。
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