一種單分散摻雜氧化錫納米顆粒的低溫製備方法
2023-10-28 06:59:57 2
專利名稱：一種單分散摻雜氧化錫納米顆粒的低溫製備方法
技術領域：
本發明涉及一種單分散摻雜氧化錫納米顆粒的低溫製備方法，屬於半導體光學材料技術領域。
背景技術：
常見的摻雜氧化錫有氧化銦錫(ITO)和氧化錫銻(ATO)，作為是η型寬禁帶半導體，它們的禁帶寬度分別為3. 5eV和3. 65eV，禁帶寬度值對應波長分別為365nm和340nm，屬於紫外線的範圍內，因此其對可見光沒有明顯的吸收，由於ITO和ATO在可見光的透明性，所以其在許多方面得到了廣泛的應用，如電學材料、透明電極材料、太陽能電池材料、電致發光材料、功能塗料等。目前，納米氧化銦錫和氧化錫銻的製備方法主要有噴霧熱分解法、液相共沉澱法、溶膠-凝膠法、水熱法等。噴霧熱分解法是將金屬鹽溶液霧化後，噴入高溫區熱分解製取複合納米粉末，其特點是需要特殊的設備，分解過程複雜，條件較難控制，但是該法可製得粒徑均勻的顆粒。液相沉澱法以金屬或金屬鹽為原料，在溶液中以共沉澱·的方式製備複合顆粒，製備流程簡單，但是產品粒度分布較寬，且大多需要經過高溫煅燒處理，得到的顆粒粒徑大，團聚嚴重，再分散性差。溶膠-凝膠法一般製備過程工藝流程複雜，過程不易控制。如「單分散納米氧化銦錫粉末的水熱合成」，《無機材料學報》，2005，20 (2)，介紹了一種以金屬銦和錫為原料，在鹼性環境中240°C下水熱合成12h，再在500°C下煅燒2h的製備高純氧化銦錫粉末的方法，因為經過高溫處理，得到的ITO顆粒的平均粒徑較大，接近lOOnm。「共沉澱法製備摻銻氧化錫粉體及其性能」，《有色金屬》，2009,61 (3)，介紹了一種以錫和銻的金屬氯化物為原料，採用共沉澱法製備銻摻雜氧化錫納米粉體的方法，得到的粉體顆粒粒徑小於20nm，但是煅燒後的顆粒有部分硬團聚，只有經過球磨機研磨後才能很好的再分散於分散介質中。中國專利200510037581公開了一種採用離子交換得到膠體溶液，再在400 1000°C下煅燒製備ITO納米粉末的方法，因為經過了高溫煅燒處理，製備過程能耗大，製備的ITO納米顆粒平均粒徑較大。中國專利200910186412公開了一種利用兩步煅燒法製備納米銻摻雜氧化錫的方法，需要經過800 1500°C下氧化焙燒15 90分鐘，雖然沒有用到有機溶劑，但是能耗高，從其電鏡照片能看出顆粒有較明顯的團聚。中國專利200710088071公開了一種低溫溶膠-凝膠法製備氧化銦錫超細顆粒的方法，製備過程包括In，Sn混合液的配置、溶膠的形成、溶膠的老化、溶膠的純化、真空乾燥、煅燒等步驟，製備工藝過程複雜，煅燒溫度高。
發明內容
本發明的目的在於克服現有製備方法的缺點和不足，提供一種單分散摻雜氧化錫納米顆粒的低溫製備方法。一種單分散摻雜氧化錫納米顆粒的低溫製備方法，其特徵在於，該製備方法包含如下步驟將含有有機錫、摻雜物有機銦或有機銻的高沸點有機溶劑置於密閉反應釜中，190 270°C條件下進行溶劑熱低溫反應，反應時間為2 48h，反應結束後將產物離心，固體洗滌、乾燥，得到單分散摻雜氧化錫納米顆粒。所述的有機錫為雙乙醯丙酮基二丁基錫、乙醯丙酮氯化錫、硬脂酸錫、醋酸錫、二月桂酸二丁基錫、二乙酸二丁基錫中的一種或幾種的混合物。所述的有機銦為乙醯丙酮銦、醋酸銦中的一種或兩種混合物。所述的有機銻為醋酸銻、異丙醇銻、丙醇銻中的一種或幾種的混合物。所述的高沸點有機溶劑為N-甲基吡咯烷酮(NMP)、環己酮、苯乙醇中的一種或幾種的混合物。N-甲基吡咯烷酮(NMP)是一種極性的非質子傳遞溶劑，溶解能力強，與其它常用
的高沸點溶劑相比具有化學穩定性好、熱穩定性高、揮發性低、毒性小、成本低等優點，在許多行業中都有廣泛的應用，環己酮和苯乙醇也具有類似的性質。所述的含有有機錫、有機銦或有機銻的高沸點有機溶劑中，有機銦與有機錫的質量比為I 60 I。 所述的含有有機錫、有機銦或有機銻的高沸點有機溶劑中，有機錫與有機銻的質量比為I 60 I。所述的含有有機錫、有機銦或有機銻的高沸點有機溶劑中，有機錫、摻雜物有機銦或有機銻的總的質量濃度為O. Iwt% 20wt%。所得產品摻雜氧化錫納米顆粒的粒徑小於40nm ;能再分散於醇類、酯類、苯類有機溶劑中，形成液相單分散體。上述醇類、酯類、苯類有機溶劑,包括甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲苯、二甲苯。與現有技術相比，本發明具有以下優點I)本發明製備的摻雜氧化錫納米顆粒，平均粒徑小於40nm，粒度分布窄，呈單分散狀態，TEM照片可參見圖I。2)本發明製備的摻雜氧化錫納米顆粒，再分散性能好，無需經過進一步的處理，就能再分散於醇類、酯類、苯類有機溶劑中，形成液相單分散體。3)本發明提供的摻雜氧化錫納米顆粒的製備方法，反應溫度低，無需經過高溫煅燒，就能製備結晶性良好的納米顆粒。4)本發明提供的摻雜氧化錫納米顆粒的製備方法，使用的有機溶劑具有化學穩定性好、熱穩定性高、揮發性低、毒性小、成本低等優點。5)本發明提供的摻雜氧化錫納米顆粒的製備方法，過程一步完成，工藝簡單，操作方便，有望應用於擴大化生產。
圖I.本發明製備的摻雜氧化錫納米顆粒的透射電子顯微鏡(TEM)照片。
具體實施例方式採用日本電子公司的JEM-3010型透射電子顯微鏡表徵製備的摻雜氧化錫納米顆粒的形貌，以下實施例的TEM照片基本與圖I 一致。實施例I取一定量的乙醯丙酮銦和雙乙醯丙酮基二丁基錫於IOg環己酮中，其中乙醯丙酮銦和雙乙醯丙酮基二丁基錫的質量比為20 1，乙醯丙酮銦和雙乙醯丙酮基二丁基錫總的質量濃度為O. 5wt%。分散均勻後置於密閉的反應釜中，220°C條件下反應，反應時間為8h，結束後將產物離心、洗滌、乾燥，得到單分散氧化銦錫納米顆粒。實施例2取一定量的乙醯丙酮銦和乙醯丙酮氯化錫於IOg N-甲基吡咯烷酮中，其中乙醯丙酮銦和乙醯丙酮氯化錫的質量比為20 1，乙醯丙酮銦和乙醯丙酮氯化錫總的質量濃度為2wt%。分散均勻後置於密閉的反應釜中，220°C條件下反應，反應時間為8h，結束後將產物離心、洗滌、乾燥，得到單分散氧化銦錫納米顆粒。實施例3
取一定量的醋酸銦和乙醯丙酮氯化錫於IOg苯乙醇中，其中有醋酸銦和乙醯丙酮氯化錫的質量比為45 I，醋酸銦和乙醯丙酮氯化錫總的質量濃度為2wt %。分散均勻後置於密閉的反應釜中，220°C條件下反應，反應時間為8h，結束後將產物離心、洗滌、乾燥，得到單分散氧化銦錫納米顆粒。實施例4取一定量的二乙酸二丁基錫和醋酸銻於IOg N-甲基吡咯烷酮中，其中二乙酸二丁基錫和醋酸銻的質量比為40 1，二乙酸二丁基錫和醋酸銻總的質量濃度為8wt%。分散均勻後置於密閉的反應釜中，220°C條件下反應，反應時間為8h，結束後將產物離心、洗滌、乾燥，得到單分散超細氧化錫銻納米顆粒。實施例5取一定量的硬脂酸錫和醋酸銻於IOg N-甲基吡咯烷酮中，其中硬脂酸錫和醋酸銻的質量比為15 I，硬脂酸錫和醋酸銻總的質量濃度為2wt %。分散均勻後置於密閉的反應釜中，200°C條件下反應，反應時間為24h，結束後將產物離心、洗滌、乾燥，得到單分散氧化錫銻納米顆粒。
權利要求
1.一種單分散摻雜氧化錫納米顆粒的低溫製備方法，其特徵在於，包括以下步驟將含有有機錫、摻雜物有機銦或有機銻的高沸點有機溶劑置於密閉反應釜中，190 270°C條件下進行溶劑熱低溫反應，反應時間為2 48h，反應結束後將產物離心，固體洗滌、乾燥，得到單分散摻雜氧化錫納米顆粒； 所述的高沸點有機溶劑為N-甲基吡咯烷酮(NMP)、環己酮、苯乙醇中的一種或幾種的混合物。
2.按照權利要求I的方法，其特徵在於，所述的有機錫為雙乙醯丙酮基二丁基錫、乙醯丙酮氯化錫、硬脂酸錫、醋酸錫、二月桂酸二丁基錫、二乙酸二丁基錫中的一種或幾種的混合物。
3.按照權利要求I的方法，其特徵在於，所述的有機銦為乙醯丙酮銦、醋酸銦中的一種或兩種混合物。
4.按照權利要求I的方法，其特徵在於，所述的有機銻為醋酸銻、異丙醇銻、丙醇銻中的一種或幾種的混合物。
5.按照權利要求I的方法，其特徵在於，有機銦與有機錫的質量比為I 60 I。
6.按照權利要求I的方法，其特徵在於，有機錫與有機銻的質量比為I 60 I。
7.按照權利要求I的方法，其特徵在於，有機錫、摻雜物有機銦或有機銻的總的質量濃度為 O. Iwt % 20wt%。
全文摘要
本發明公開了一種單分散摻雜氧化錫納米顆粒的低溫製備方法，屬於半導體光學材料技術領域。其主要步驟包括將含有有機錫、摻雜物有機銦或有機銻的高沸點有機溶劑置於密閉反應釜中，190～270℃條件下進行溶劑熱低溫反應，反應時間為2～48h，結束後將產物離心，洗滌，乾燥，得到單分散摻雜氧化錫納米顆粒。本發明的製備過程一步完成、操作簡單，反應溫度低、無需經過高溫煅燒；本發明所製備的摻雜氧化錫納米顆粒平均粒徑小於40nm，粒度分布窄，再分散性好，能再分散於醇類、酯類、苯類有機溶劑中。
文檔編號C09K11/75GK102899040SQ201110210290
公開日2013年1月30日 申請日期2011年7月26日 優先權日2011年7月26日
發明者陳建峰, 劉海濤, 曾曉飛, 丁書雲 申請人:北京化工大學