一種氧化錫銻導電納米材料的製備方法與流程
2024-03-30 18:21:05 1
本發明屬於功能材料的製備技術領域，具體地說是涉及一種氧化錫銻導電納米材料的製備方法。
背景技術：
氧化錫銻，又叫摻銻二氧化錫、銻錫氧化物，英文簡稱ATO（Antimony Tin Oxide）。是半導體領域中的非電阻的透明導電性材料，可應用於各種玻璃、塑料及各種樹脂中起到透明、導電、防靜電輻射、隔紫外及紅外作用。氧化錫銻導電納米材料因其高電導率和淺色透明性，在許多領域有著廣闊的應用前景，是近年來迅速發展的一種新型功能材料。
製備氧化錫銻導電納米材料的化學法主要有沉澱法、水熱合成法、溶膠凝膠法、微乳液法等。液相共沉澱法是製備氧化錫銻導電納米材料最常用和最成熟的方法，該法通常是以水溶液為反應介質，將錫和銻的鹽溶液混合，在混合溶液中加入氫氧化鈉或氨水等沉澱劑使共存於溶液中的錫、銻陽離子沉澱，沉澱物經洗滌、乾燥、煅燒，得到相應的納米粉體。溶膠凝膠法和微乳液法汙染嚴重，得到的產物純度低，粒徑不可控；水熱法能夠得到純度高、粒徑分布窄、粒徑可控的產物，但是反應過程需要在高溫高壓的環境下進行，對設備要求更較高，生產過程存在一定的危險性。
雖然上述的方法法都可以製備出氧化錫銻導電納米材料，但仍具有水解速率不易控制和晶體形狀難以控制，收率低，純度低以及導電率低等缺點。
技術實現要素：
本發明旨在克服現有技術的不足之處而提供一種製備成本低，易於操作控制，目的產物收率高，均一性好，安全環保且具有較高導電率的氧化錫銻導電納米材料的製備方法。本發明所得氧化錫銻導電納米材料產品團聚少、摻雜均勻、粒徑小且分布範圍窄，具有優異的導電性能。
為達到上述目的，本發明是這樣實現的。
一種氧化錫銻導電納米材料的製備方法，向草酸水溶液中滴加三氯化銻和氯化亞錫混合物的甲醇溶液，在恆溫並且攪拌的條件下反應直到前驅物沉澱生成，過濾、水洗、乾燥和煅燒後即得目的產物。
作為一種優選方案，本發明所述草酸水溶液的摩爾濃度為0.1～1.0 mol/L；所述氯化亞錫的甲醇溶液，其摩爾濃度為0.1～1.0 mol/L；所述氯化亞錫、三氯化銻及草酸的摩爾比依次為1:0.1～10：5～50。
進一步地，本發明所述滴加溶液的速度為60～180滴/分鐘；所述恆溫在20～30 °C；所述攪拌速度在100～150 轉/分鐘；所述攪拌反應時間為10～30分鐘。
進一步地，本發明所述乾燥時間為1～3小時，乾燥溫度為60～100 °C，升溫速率為2～10 °C/分鐘。
更進一步地，本發明所述煅燒時間為2～5小時，煅燒溫度為400～600 °C，升溫速率為2～20 °C/分鐘。
與現有技術相比，本發明具有如下特點。
（1）本發明開發了製備氧化錫銻導電納米材料新工藝路線，產品粒徑在100～150nm之間，禁帶寬度為,2.5～2.7 eV。
（2）目的產物收率（99.0%～99.5%），產品純度高（99.5％～99.8％）。該工藝製備成本低，操作容易控制，具有較高的生產效率，可以實現工業化大量生產。
（3）本發明製備的目的產物氧化錫銻導電納米材料的電阻率為2.0～3.0 Wcm，可滿足工業應用領域對導電氧化錫銻產品的要求。
附圖說明
下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步說明。本發明的保護範圍不僅局限於下列內容的表述。
圖1為本發明的氧化錫銻導電納米材料SEM圖。
圖2為本發明的氧化錫銻導電納米材料SEM圖。
圖3為本發明的氧化錫銻導電納米材料SEM圖。
圖4為本發明的氧化錫銻導電納米材料SEM圖。
圖5為本發明的氧化錫銻導電納米材料SEM圖。
圖6為本發明的氧化錫銻導電納米材料SEM圖。
圖7為本發明的氧化錫銻導電納米材料X射線衍射圖。
圖8為本發明的氧化錫銻導電納米材料紫外可見光譜圖。
圖9為本發明的氧化錫銻導電納米材料禁帶寬度圖。
圖10為本發明的氧化錫銻導電納米材料前驅物的熱重分析圖。
具體實施方式
本發明設計出一種化學製備方法，通過新的化學途徑製備氧化錫銻導電納米材料。向草酸水溶液中滴加氯化亞錫和三氯化銻的甲醇溶液，在恆溫並且攪拌的條件下反應直到前驅物沉澱生成，過濾、水洗、乾燥和煅燒後即得目的產物。
本發明製備步驟是。
（1）向草酸水溶液中滴加氯化亞錫與三氯化銻混合物的甲醇溶液，在恆溫並且攪拌的條件下反應直到前驅物沉澱生成，過濾、水洗。草酸水溶液的摩爾濃度為0.1～1.0 mol/L；氯化亞錫甲醇溶液，其摩爾濃度為0.1～1.0 mol/L；氯化亞錫、三氯化銻及草酸的摩爾比依次為1:0.1～10：5～50；滴加溶液的速度為60～180滴/分鐘；恆溫在20～30 °C；攪拌速度在100～150 轉/分鐘；攪拌反應時間為10～30分鐘。
（2）將得到的沉積進行乾燥，乾燥時間為1～3小時，乾燥溫度為60～100 °C，升溫速率為2～10 °C/分鐘。
（3）乾燥過的沉澱進行高溫煅燒反應，溫度在400～800 °C，升溫速率為2～20 °C/分鐘，反應時間為2～5 h，溫度下降至室溫，即得目的產物。
參見圖1～6所示，為本發明的氧化錫銻導電納米材料SEM圖，可以看出產物分散性和均一性較好。圖7為本發明的氧化錫銻導電納米材料X射線衍射圖。圖8為本發明所製備的氧化錫銻導電納米材料的紫外光譜圖。圖9為本發明的氧化錫銻導電納米材料禁帶寬度圖，其吸收邊在475nm左右，禁帶寬度約2.61eV（圖9）。圖10為本發明的氧化錫銻導電納米材料前驅物的熱重分析圖。
實施例1。
在恆溫20°C並且攪拌速度為150轉/分鐘的條件下，把三氯化銻與氯化亞錫混合物的甲醇溶液滴加到草酸水溶液。氯化亞錫甲醇液的摩爾濃度為0.5 mol/L，草酸的摩爾濃度為0.5mol/L。氯化亞錫、三氯化銻及草酸的摩爾比依次為1:1：50。滴加三氯化銻和氯化亞錫甲醇溶液的速度為180滴/分鐘,攪拌反應時間為10分鐘，反應結束後，過濾水洗後乾燥，乾燥時間為3小時，乾燥溫度為80°C，升溫速率為10 °C/分鐘。接續在馬弗爐中進行煅燒，煅燒溫度為400 °C，煅燒時間為5 h，升溫速率為10 °C/分鐘。自然冷卻後，即得到目的產物。產品粒徑100nm左右，禁帶寬度為2.5 eV。其產品的收率為99.5%。產品純度為99.8%，雜質含量：碳小於0.2%。產品電阻率為2.0 Wcm。
實施例2。
在恆溫30°C並且攪拌速度為100轉/分鐘的條件下，把三氯化銻與氯化亞錫混合物的甲醇溶液滴加到草酸水溶液中。氯化亞錫甲醇液的摩爾濃度為0.1 mol/L，草酸的摩爾濃度為0.5 mol/L。氯化亞錫、三氯化銻及草酸的摩爾比依次為1:0.5：10。滴加三氯化銻和氯化亞錫甲醇溶液的速度為180滴/分鐘,攪拌反應時間為10分鐘，反應結束後，過濾水洗後乾燥，乾燥時間為3小時，乾燥溫度為80°C，升溫速率為10 °C/分鐘。接續在馬弗爐中進行煅燒，煅燒溫度為800 °C，煅燒時間為2 h，升溫速率為10 °C/分鐘。自然冷卻後，即得到目的產物。產品粒徑100nm左右，禁帶寬度為2.7 eV。其產品的收率為99.0%。產品純度為99.7%，雜質含量：碳小於0.3%。產品電阻率為3.0 Wcm。
實施例3。
在恆溫30°C並且攪拌速度為100轉/分鐘的條件下，把三氯化銻與氯化亞錫混合物的甲醇溶液滴加到草酸水溶液中。氯化亞錫甲醇液的摩爾濃度為0.2 mol/L，草酸的摩爾濃度為0.5 mol/L。氯化亞錫、三氯化銻及草酸的摩爾比依次為1:2：20。滴加三氯化銻和氯化亞錫甲醇溶液的速度為180滴/分鐘,攪拌反應時間為10分鐘，反應結束後，過濾水洗後乾燥，乾燥時間為3小時，乾燥溫度為80°C，升溫速率為10 °C/分鐘。接續在馬弗爐中進行煅燒，煅燒溫度為600 °C，煅燒時間為3 h，升溫速率為20 °C/分鐘。自然冷卻後，即得到目的產物。產品粒徑140nm左右，禁帶寬度為2.7 eV。其產品的收率為99.5%。產品純度為99.8%，雜質含量：碳小於0.2%。產品電阻率為2.5 Wcm。
實施例4。
在恆溫20°C並且攪拌速度為150轉/分鐘的條件下，把三氯化銻與氯化亞錫混合物的甲醇溶液滴加到草酸水溶液中。氯化亞錫甲醇液的摩爾濃度為0.5 mol/L，草酸的摩爾濃度為0.5 mol/L。氯化亞錫、三氯化銻及草酸的摩爾比依次為1:0.2：10。滴加三氯化銻和氯化亞錫甲醇溶液的速度為60滴/分鐘,攪拌反應時間為30分鐘，反應結束後，過濾水洗後乾燥，乾燥時間為3小時，乾燥溫度為60°C，升溫速率為10 °C/分鐘。接續在馬弗爐中進行煅燒，煅燒溫度為500 °C，煅燒時間為5 h，升溫速率為20 °C/分鐘。自然冷卻後，即得到目的產物。產品粒徑120nm左右，禁帶寬度為2.6 eV。其產品的收率為99.5%。產品純度為99.6%，雜質含量：碳小於0.4%。產品電阻率為2.7 Wcm。
實施例5。
在恆溫30°C並且攪拌速度為100轉/分鐘的條件下，把三氯化銻與氯化亞錫混合物的甲醇溶液滴加到草酸水溶液中。氯化亞錫甲醇液的摩爾濃度為0.2 mol/L，草酸的摩爾濃度為0.5 mol/L。氯化亞錫、三氯化銻及草酸的摩爾比依次為1:1：50。滴加三氯化銻和氯化亞錫甲醇溶液的速度為120滴/分鐘,攪拌反應時間為20分鐘，反應結束後，過濾水洗後乾燥，乾燥時間為3小時，乾燥溫度為80°C，升溫速率為10 °C/分鐘。接續在馬弗爐中進行煅燒，煅燒溫度為700 °C，煅燒時間為4 h，升溫速率為10 °C/分鐘。自然冷卻後，即得到目的產物。產品粒徑130nm左右，禁帶寬度為2.7 eV。其產品的收率為99.5%。產品純度為99.6%，雜質含量：碳小於0.4%。產品電阻率為2.1 Wcm。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。