RU2507288C2 - Способ получения чернил на основе наночастиц диоксида олова легированного сурьмой для микропечати - Google Patents
Способ получения чернил на основе наночастиц диоксида олова легированного сурьмой для микропечати Download PDFInfo
- Publication number
- RU2507288C2 RU2507288C2 RU2009136400/05A RU2009136400A RU2507288C2 RU 2507288 C2 RU2507288 C2 RU 2507288C2 RU 2009136400/05 A RU2009136400/05 A RU 2009136400/05A RU 2009136400 A RU2009136400 A RU 2009136400A RU 2507288 C2 RU2507288 C2 RU 2507288C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- composition
- tin
- antimony
- nanoparticles
- hydroxides
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Inks, Pencil-Leads, Or Crayons (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к композиции для получения сенсорных покрытий на основе водных суспензий наночастиц диоксида олова. Согласно изобретению композиция для получения сенсорных покрытий содержит диоксид олова, легированный сурьмой, состава SbxSn1-xO2, где x=0,1-0,3, и воду в соотношении SbxSn1-xO2:H2O, равном 89-87:11-13 мас.%. Способ получения этой композиции включает гидротермальную обработку гидроксидов олова и сурьмы при 170°C в течение 48 часов. Гидроксиды олова и сурьмы получают растворением металлических Sn и Sb в концентрированной соляной кислоте, 18-20 мас.%, с добавлением 3-5 мас.% конц. HNO3. Полученный раствор в 2-3 раза разбавляют дистиллированной водой и приливают рассчитанное количество раствора аммиака. Предложенный способ при низких трудо- и энергозатратах по простой технической схеме позволяет получить наночастицы указанного состава SbxSn1-xO2 с размером 30 нм и площадью поверхности 154 м2/г, которые могут быть использованы в качестве основного компонента электропроводящих чернил для печати сенсорных матриц и микроконтактов. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 6 ил., 3 пр.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к неорганической химии, а именно к способу получения суспензий наночастиц диоксида олова легированного сурьмой SbxSn1-xO2 (x=0.1, 0.2, 0.3) для производства сенсорных проводящих чернил для струйной микропечати.
Преимущество полученного материала заключается, в том, что полученные суспензии представляют собой электропроводящие чернила, которые при «мягком» нанесение могут образовывать наноструктурированные активные покрытия на микроконтактной площадке, что приводит к большей площади сорбции газа-аналита и соответственно большей чувствительности газовых печатных сенсоров.
Уровень техники
На сегодняшний день струйная печать наносуспензиями играет важную роль при создании различных планарных структур. Важной особенностью при формировании наноструктурированных покрытий с заданной топологией является создание подходов по получению жидкофазных коллоидных растворов на основе полупроводниковых частиц. В большинстве случаев эта задача решается обнаружением одного или нескольких синтетических подходов отличающиеся используемыми прекурсорами и условиями проведения синтеза.
В патенте (CN 101209856 Yuhan Lin; Haidong Li; Nana Zhao; Мао Jun; Yandi Fan; Xiangling Ji Method for synthesizing tin oxide nanocrystalline by mould plate method combined with hydrothermal condition) рассматривается способ получения нанокристаллического SnO2, комбинированием темплатного метода с гидротермальной обработкой. Варьируя условия синтеза можно получать наночастицы различной формы (сферы, ленты) и размеров.
Проводящий SnO2 с высоким уровнем чувствительности получают путем допирования гидроксида олова металлами Pd, Pt, Au с последующей гидротермальной обработкой смеси, высушиванием полученного продукта и отжигом (JP2008020411 Tamaoki Jun; Matsushiro Masaru, Manufacturing method for tin oxide gas sensor and tin oxide gas sensor). К сожалению, получение таких композитов на основе SnO2 и благородных металлов требует проведения достаточно длительных пошаговых синтезов. Чернила для струйной печати прозрачных электропроводящих пленок на основе SnO2, содержащих водный щелочной раствор оловянной кислоты, в патенте (JP2005015608 Uchida Takashi; Sato Hajime, Inkjet ink for forming transparent conductive tin oxide film), получают путем растворения оловянной кислоты в растворе щелочи с последующим добавлением в водорастворимый полимер. Отличие патента от предлагаемой нами разработки состоит в принципиально другом способе получения водорастворимых чернил и в легировании диоксида олова сурьмой для улучшения электропроводности. Известены способы получения оксида олова легированного сурьмой путем гидротермальной обработки гидроксидов олова и сурьмы с (JP 62223019 Nishikura Hiroshi; Yamamoto Shin; Terao Yukio, Crystalline tin-antimony oxide sol and production thereof) или путем отжига гидросмеси содержащей соединения олова и сурьмы (US4775412 Nishikura Hiroshi; Yamamoto Shin; Terao Yukio Aqueous sol of crystalline tin oxide solid solution containing antimony, and production thereof), однако они не предусматривают дальнейшую возможность их использования в качестве чернил для струйной микропечати.
Технический результат
При низких трудо- и энергозатратах и простом техническом исполнении получены наночастиц диоксида олова легированного сурьмой состава SbxSn1-xO2 (x=0.1, 0.2, 0.3) с размером ~ 30 нм и площадью поверхности 154 м2/г, что делает их перспективными для использования, в качестве основного компонента в сенсорных и проводящих чернилах для струйной микропечати.
Сущность изобретения Поставленная задача была решена настоящим изобретением. Композиция для получения сенсорных покрытий на основе водных суспензий наночастиц с размером 30 нм SnO2, согласно изобретению содержит диоксид олова легированный сурьмой состава SbxSn1-xO2 (x=0.1-0.3) и воду с соотношением SbxSn1-xO2:H2O (89-87:11-13 масс.%). Поставленная цель достигается также другим изобретением. Способ получения упомянутой композиции, включающий гидротермальную обработку гидроксидов олова и сурьмы при температуре 170°C в течение 48 часов.
Гидроксиды олова и сурьмы могут быть получены растворением металлических Sn и Sb в концентрированной соляной кислоте (18-20 масс.%) с добавлением (3-5 масс %) конц. HNO3 и полученный раствор разбавляют дистиллированной водой в 2-3 раза и приливают рассчитанное количество раствора аммиака.
Детальные описания способа получения
Наночастицы диоксида олова, легированного сурьмой состава SbxSn1-xO2, где х=0.1-0.3, синтезировали гидротермальной обработкой соосажденных гидратированных оксидов олова и сурьмы. Гидротермальную обработку производили следующим образом: садок переносили в тефлоновый сосуд, помещаемый в стальной автоклав, и заполняли водой приблизительно на 80% объема. Автоклав выдерживали при 170°C в течение 48 часов, охлаждали и затем извлекали полученную серо-голубую суспензию.
Для подтверждения физико-химических свойств полученной суспензии проводили ее криохимическое высушивание в сублиматоре Labconco Freezone 6 при давлении ~20·мбар, для чего исходные образцы разбавлялись в 10 раз и распылялись через форсунку в жидкий азот. Замороженные криогранулы переносились в сублиматор. Сушку продолжали в течение 2-3 суток при постепенном повышении температуры от -40°C до +40°C. Отжиг высушенных при комнатной температуре образцов ксерогелей проводили в трубчатой печи (Nabertherm) в интервале температур 300-700°C в течение 10-15 часов.
Анализ фазового состава образцов SbxSn1-xO2 (x=0.1, 0.2 и 0.3), полученных после криохимической сушки и отжига при 700°C в течение 15 часов, показывает, что они обладают рентгенограммами, характерными для твердых растворов со структурой рутила, и не содержат заметного количества примесей. (Рис.1). Увеличение степени замещения олова сурьмой не приводит к существенному изменению параметров кристаллической решетки, что связано с несущественным различием ионных радиусов Sn4+ и Sb5+ в четырехкоординированном окружении.
Наличие легирования диоксида олова оксидом сурьмы подтверждается характерной серо - голубой окраской суспензии непосредственно после гидротермальной обработки, которая сохраняется и после отжига.
Ожидаемый элементный состав ксерогеля подтверждался методом РСМА, в частности, для общего состава Sb0.1Sn0.9O2 он может быть оценен как Sb0.09(2)Sn0.94(5)O2.01(2), что, несомненно, демонстрирует отличное соответствие. Сильно уширенные дифракционные пики твердого раствора наблюдаются даже в исходных образцах, полученных после криохимической сушки без дополнительного отжига. Это свидетельствует о том, что образование твердого раствора происходит уже при гидротермальной обработке.
Типичная микрофотография криохимически высушенной суспензии представлена на рис.2. В суспензии присутствуют две фракции - ультрадисперсные частицы, а также их гелеобразные агломераты. Существование двух фракций в суспензии подтверждается и данными динамического светорассеяния. На рис.3 отчетливо видно существование двух пиков на кривой распределения при ~30 нм и ~150 нм. Оценка удельной площади поверхности, как одного из важных факторов, определяющих дисперсность полученных частиц и возможности их практического использования, дает значение ~154 м2/г, для образца «Sb0.1Sn0.9O2». Подобная величина вполне коррелирует с обнаруженными микроструктурыми особенностями и кривой распределения частиц по размерам.
Сенсорные свойства ксерогеля измеряли в диапазоне температур 100-200°C при периодическом введении 0.8 миллионных долей NO2 в поток инертного газа-носителя. Электрическую проводимость полученных частиц SbxSn1-xO2 (x=0.1-0.3) тестировали с помощью двухконтактного метода. Для этого суспензию наносили на стеклянную подложку, высушивали в сушильном шкафу при ~100°C, после чего проверяли проводимость нанесенной пленки. Полученные образцы обладали электрическим сопротивлением на уровне всего 10-100 Ом при расстоянии между измерительными электродами ~1 мм и толщине пленки ~100-500 нм.
Изобретение иллюстрируется следующими рисунками и примерами.
Рис.1. Дифрактограмма образца «SbxSn1-xO2, где x=0.1» после отжига при температуре 700°C
Рис.2. Данные РЭМ для криохимически высушенной суспензии SbxSn1-xO2, где x=0.1, состоящей из ультрадисперсных частиц, а также их гелеобразных агломератов
Рис.3. Распределение частиц по размерам для образца SbxSn1-xO2, где х=0.2, полученное методом динамического светорассеяния.
Рис.4. Результаты измерений проводимости образца SbxSn1-xO2, где x=0.1 при различных температурах при наличии NO2 в газовой атмосфере.
Рис.5. Кривые потери массы для образцов SbxSn1-xO2, x=0.1 - а) и 0.3 - б).
Рис.6. Микроструктура, напечатанная суспензией наночастиц SbxSn1-xO2 на кремниевой подложке с помощью стандартного струйного принтера.
Пример 1. Гидроксиды олова и сурьмы получали из хлоридов олова (IV) и сурьмы (V), которые синтезировались путем растворения металлических Sn и Sb в конц. HCl (18 масс.%) с добавлением конц. HNO3 (3 масс.%). К полученному раствору разбавленному водой в 2-3 раза приливали аммиак до нейтрализации. Образовавшийся рыхлый белый осадок гидроксидов олова и сурьмы многократно промывают дистиллированной водой до отрицательной реакции на Cl- и NH4+. Ксерогель, полученный гидротермальной обработкой гидроксидов, обладает заметным сенсорным сигналом (рис.4.) в отношении оксидов азота и достигает значений R0/Rg=30-40 при температурах от 100 до 150°C, где Ro - сопротивление в чистом воздухе, Rg - сопротивление в атмосфере NO2.
Пример 2. Чернила состава SbxSn1-xO2, где х=0.1-0.3, полученные гидротермальной обработкой, характеризуются наличием воды, после проведения криохимической сушки по данным ТГА потеря массы происходит в две стадии - первая заканчивается около 100°C (~6 масс.% от исходной навески), а вторая длится от 200°C вплоть до высоких температур (дополнительно ~6 масс.%) (рис.5а, б). Состав чернил можно записать как SbxSn1-xO2*H2О, где соотношения между SbxSn1-xO2:H2O составляют (89-87:11-13 масс.%).
Пример 3.
Микропечать планарных структур на легированной кремниевой подложке в виде двух параллельных стрелок толщиной около 200 нм (рис.6) осуществлялась с использованием стандартного струйного принтера (Epson) с набором дополнительных пустых картриджей, в которые помещали полученные гидротермальным методом суспензии SbxSn1-xO2, х=0.1-0.3.
Материал, предложенный в настоящем изобретении, представляет большой интерес для использования в качестве основного компонента электропроводящих «чернил» для струйной микропечати различных объектов путем контролируемого распределения микропорций суспензии, например, для печати сенсорных матриц или микроконтактов.
Claims (3)
1. Композиция для получения сенсорных покрытий на основе водных суспензий наночастиц с размером 30 нм диоксида олова, отличающаяся тем, что она содержит диоксид олова, легированный сурьмой, состава SbxSn1-xO2, где x=0,1-0,3, и воду с соотношением SbxSn1-xO2:H2O, равным 89-87: 11-13 мас.%.
2. Способ получения композиции по п.1, включающий гидротермальную обработку гидроксидов олова и сурьмы при температуре 170°C в течение 48 ч.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что гидроксиды олова и сурьмы получают растворением металлических Sn и Sb в концентрированной соляной кислоте, 18-20 мас.%, с добавлением 3-5 мас.% концентрированной HNO3, полученный раствор разбавляют дистиллированной водой в 2-3 раза и приливают рассчитанное количество раствора аммиака.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009136400/05A RU2507288C2 (ru) | 2009-10-02 | 2009-10-02 | Способ получения чернил на основе наночастиц диоксида олова легированного сурьмой для микропечати |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009136400/05A RU2507288C2 (ru) | 2009-10-02 | 2009-10-02 | Способ получения чернил на основе наночастиц диоксида олова легированного сурьмой для микропечати |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009136400A RU2009136400A (ru) | 2011-06-10 |
RU2507288C2 true RU2507288C2 (ru) | 2014-02-20 |
Family
ID=44736155
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009136400/05A RU2507288C2 (ru) | 2009-10-02 | 2009-10-02 | Способ получения чернил на основе наночастиц диоксида олова легированного сурьмой для микропечати |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2507288C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2805286C2 (ru) * | 2022-02-15 | 2023-10-13 | Общество с ограниченной ответственностью "Наноинк" | Методика синтеза нанокомпозитных чернил халькоперита CuInGaS / CuInS (Медь-индий-галлий-сера / Медь-индий-сера) для создания солнечных батарей CIGS второго поколения |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2500469C1 (ru) * | 2012-11-22 | 2013-12-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" | Наноструктурированный катализатор для дожигания монооксида углерода |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4246143A (en) * | 1978-07-12 | 1981-01-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Process of preparing conductive tin dioxide powder |
JPS62223019A (ja) * | 1986-03-19 | 1987-10-01 | Taki Chem Co Ltd | 結晶質酸化スズ・アンチモンゾル及びその製造方法 |
RU2201397C1 (ru) * | 2002-01-09 | 2003-03-27 | Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН | Способ получения олово- и сурьмусодержащих оксидов |
CN1558426A (zh) * | 2004-02-13 | 2004-12-29 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 锑掺杂氧化锡导电粉体的水热合成方法 |
JP2005015608A (ja) * | 2003-06-25 | 2005-01-20 | Toyo Gosei Kogyo Kk | 透明導電性酸化すず膜形成用インクジェットインク |
EP2048116A1 (en) * | 2007-10-09 | 2009-04-15 | ChemIP B.V. | Dispersion of nanoparticles in organic solvents |
US20090115826A1 (en) * | 2007-11-06 | 2009-05-07 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Ink set for ink-jet recording, ink-jet recording method, and ink-jet recording apparatus |
US20090117278A1 (en) * | 2007-11-06 | 2009-05-07 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Water-based infrared absorptive ink for ink-jet recording, ink-jet recording method, and ink-jet recording apparatus |
-
2009
- 2009-10-02 RU RU2009136400/05A patent/RU2507288C2/ru active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4246143A (en) * | 1978-07-12 | 1981-01-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Process of preparing conductive tin dioxide powder |
JPS62223019A (ja) * | 1986-03-19 | 1987-10-01 | Taki Chem Co Ltd | 結晶質酸化スズ・アンチモンゾル及びその製造方法 |
RU2201397C1 (ru) * | 2002-01-09 | 2003-03-27 | Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН | Способ получения олово- и сурьмусодержащих оксидов |
JP2005015608A (ja) * | 2003-06-25 | 2005-01-20 | Toyo Gosei Kogyo Kk | 透明導電性酸化すず膜形成用インクジェットインク |
CN1558426A (zh) * | 2004-02-13 | 2004-12-29 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 锑掺杂氧化锡导电粉体的水热合成方法 |
EP2048116A1 (en) * | 2007-10-09 | 2009-04-15 | ChemIP B.V. | Dispersion of nanoparticles in organic solvents |
US20090115826A1 (en) * | 2007-11-06 | 2009-05-07 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Ink set for ink-jet recording, ink-jet recording method, and ink-jet recording apparatus |
US20090117278A1 (en) * | 2007-11-06 | 2009-05-07 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Water-based infrared absorptive ink for ink-jet recording, ink-jet recording method, and ink-jet recording apparatus |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2805286C2 (ru) * | 2022-02-15 | 2023-10-13 | Общество с ограниченной ответственностью "Наноинк" | Методика синтеза нанокомпозитных чернил халькоперита CuInGaS / CuInS (Медь-индий-галлий-сера / Медь-индий-сера) для создания солнечных батарей CIGS второго поколения |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2009136400A (ru) | 2011-06-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI529133B (zh) | 氫氧化鎂微粒子及氧化鎂微粒子之製造方法 | |
JP4504353B2 (ja) | ナノスケールのインジウムスズ混合酸化物粉末 | |
Adhikari et al. | Hydrothermal synthesis and electrochromism of WO 3 nanocuboids | |
Padovini et al. | Facile synthesis and characterization of ZrO 2 nanoparticles prepared by the AOP/hydrothermal route | |
TWI523813B (zh) | 氧化錫粒子及其製造方法 | |
Khelifa et al. | New poly (o-phenylenediamine)/modified-clay nanocomposites: A study on spectral, thermal, morphological and electrochemical characteristics | |
Sassoye et al. | A sustainable aqueous route to highly stable suspensions of monodispersed nano ruthenia | |
EP3165509B1 (en) | Method for producing titanium oxide fine particles | |
Lin et al. | Preparation and sensing properties of hierarchical 3D assembled porous ZnO from zinc hydroxide carbonate | |
Susanti et al. | WO 3 nanomaterials synthesized via a sol-gel method and calcination for use as a CO gas sensor | |
KR101175607B1 (ko) | 나노분산 및 통전 변색 특성이 우수한 산화텅스텐 나노분말의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 산화텅스텐 나노분말 함유 나노분산졸 | |
Yusoff et al. | Synthesis and characterizations of BSCF at different pH as future cathode materials for fuel cell | |
CN113740390A (zh) | 一种镍掺杂氧化铟纳米颗粒及其制备方法与应用 | |
CN112357952A (zh) | 一种少层石墨烯修饰的氧空位二氧化锡材料及其制备方法 | |
Shankar et al. | Electrospun tailored ZnO nanostructures–role of chloride ions | |
JP3823520B2 (ja) | 無水アンチモン酸亜鉛半導体ガスセンサー及びその製造方法 | |
RU2507288C2 (ru) | Способ получения чернил на основе наночастиц диоксида олова легированного сурьмой для микропечати | |
Zhang et al. | Synthesis of SnO2 nanoparticles by the sol-gel method from granulated tin | |
JP5829386B2 (ja) | 結晶性の高い微細なito粉末とその用途および製造方法等 | |
P Gattu et al. | Room temperature ammonia gas sensing properties of biosynthesized tin oxide nanoparticle thin films | |
Balamurugan et al. | Porous wide band gap BiNbO 4 ceramic nanopowder synthesised by low temperature solution-based method for gas sensing applications | |
JP2009269790A (ja) | 長繊維状チタン酸金属塩並びにその製造方法 | |
Wang et al. | Effects of Different Surfactants on Humidity Sensing Properties of C e O 2 Nanobelts Thin Film Prepared by Hydrothermal Method | |
WO2020217830A1 (ja) | 希土類元素を含む水酸化チタン及び二酸化チタンの製造方法 | |
Shunmugam et al. | Investigations on the structural, electrical properties and conduction mechanism of CuO nanoflakes |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
HZ9A | Changing address for correspondence with an applicant |