專(zhuān)利名稱(chēng)：In的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ITO靶材的原材料In2O3、ITO的制備方法，特別是ITO靶材單分散納米In2O3、ITO粉體的制備方法。
背景技術(shù)：
伴隨著液晶顯示的發(fā)展，用于透明電極的銦錫氧化物(ITO)需要量急劇增加。目前，世界上的發(fā)達(dá)國(guó)家如日本、美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)等國(guó)將一半左右的銦用于制備ITO材料。它們普遍采用銦錫氧化物制成靶材，然后用直流磁控濺射法將靶材制成ITO薄膜。這種薄膜對(duì)可見(jiàn)光透明，能強(qiáng)烈反射紅外光，有低的膜電阻，因而在液晶顯示、隔熱玻璃、太陽(yáng)能電池和收集器、車(chē)輛窗口去霧防霜等方面獲得日益廣泛的應(yīng)用。鑒于ITO靶及其膜在許多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)已有許多生產(chǎn)和科研單位都在從事這方面的研究，但目前都仍處于初級(jí)階段，國(guó)內(nèi)顯示器件廠家所需要的ITO靶材和粉體產(chǎn)品目前尚只能依賴(lài)進(jìn)口。對(duì)于制備靶材所用的ITO粉末，要求十分嚴(yán)格，不僅要純度高，而且要粒度細(xì)、分散性能好，因此，需要加強(qiáng)制備ITO粉末工藝的研究。制備ITO復(fù)合粉末的技術(shù)方法有多種，如液相沉淀法、減壓揮發(fā)氧化法、熔體霧化燃燒法、噴霧熱分解法等。如公開(kāi)文獻(xiàn)報(bào)道的ITO單分散納米粉體的內(nèi)容有1、“化學(xué)液相共沉淀制備納米級(jí)In2O3(SnO2)粉體”《粉末冶金工業(yè)》.1999，9(5).介紹了以純銦、SnCl4·5H2O為原料，采用化學(xué)液相共沉淀法制備了納米級(jí)In2O3(SnO2)粉體。利用XRD、TEM、SEM、BET和化學(xué)分析法等實(shí)驗(yàn)手段對(duì)所制粉體的物相、形貌、成分、粒度等進(jìn)行了初步表征。研究結(jié)果表明共沉淀法制得的粉體為高純、單相的納米級(jí)粉末，平均粒徑為30nm；2、“銦錫氧化物的懸浮液和粉末的制備方法及其用途”，中國(guó)專(zhuān)利<申請(qǐng)?zhí)?amp;gt;99810088，闡述了基于銦錫氧化物的懸浮液和粉末的制備如下在一種或多種表面改性成分的存在下，于一種或多種溶劑的溶液中沉淀銦錫氧化物的前體；脫除溶劑之后煅燒所得到的粉末；然后再加入一種或多種表面改性成分和一種或多種溶劑；所得到的混合物經(jīng)研磨或分散處理，形成懸浮液，并任選地將液體成分從所述的懸浮液中除去，以便得到粉末。所得到的粉末可任選地通過(guò)成形處理而成為有形體。由此而得到的銦錫氧化物材料，特別適合用作微電子和光電子應(yīng)用的涂敷材料。
3、中國(guó)專(zhuān)利<申請(qǐng)?zhí)?amp;gt;01107509，銦、錫氧化物復(fù)合粉末的制備方法，提出了一種銦、錫氧化物復(fù)合粉末的制備方法，是將金屬銦和金屬錫(按重量百分比稱(chēng)量)分別溶解乳化后，充分混合后，讓其共沉淀，洗滌，過(guò)濾，再烘干，灼燒，最后淬火磨碎，即成產(chǎn)品。本發(fā)明具有通過(guò)溶液中的各種化學(xué)反應(yīng)能夠直接得到化學(xué)成分均一的復(fù)合粉料；容易制備粒徑分布窄且流動(dòng)性好的超細(xì)顆料。
4、日本高知大學(xué)Yanagisawa等人在文獻(xiàn)中(Journal of Materials Research，2000，15(6)1404-1408)提到了一種水熱法制備ITO粉體的方法。該法采取氨水沉淀銦(錫)鹽溶液，將生成的水熱前驅(qū)體——?dú)溲趸?錫)進(jìn)行水熱反應(yīng)(300℃)，最后經(jīng)過(guò)過(guò)濾、真空干燥、煅燒得到ITO納米粉體。該法制備過(guò)程中由于引入氨水為沉淀劑，其得到的水熱前驅(qū)體產(chǎn)物粒度分布很寬，為了達(dá)到完全溶解大顆粒前驅(qū)體的目的，需要大幅度增加了水熱反應(yīng)溫度(不低于300℃)，同時(shí)為了使銦和錫完全沉淀，需要使用過(guò)量的氨水沉淀劑，從而導(dǎo)致在高溫水熱過(guò)程中溶液中會(huì)逸出氨氣，以致于水熱反應(yīng)設(shè)備的耐壓能力需要大大提高(理論壓力就不低于20MPa)，并且氨水的引入導(dǎo)致了水熱設(shè)備高溫防腐能力的下降。
從上述的公開(kāi)文獻(xiàn)中我們了解到，各種制備In2O3粉末的方法均有其優(yōu)缺點(diǎn)，如減壓揮發(fā)氧化法和熔體霧化燃燒法是這兩種方法制備的時(shí)間較快，但需要昂貴的設(shè)備，金屬的氧化程度難以控制，粉體的均勻性不好；噴霧熱分解法是將金屬銦鹽溶液霧化后噴入高溫區(qū)熱分解制取In2O3粉末，其特點(diǎn)是需要特殊的設(shè)備，分解過(guò)程復(fù)雜，條件較難控制，但可制得球形度較好的粉體；液相沉淀法以金屬銦或金屬銦鹽為原料，在溶液中以沉淀的方式制備In2O3粉體，其特點(diǎn)為采用普通的化工設(shè)備，流程簡(jiǎn)單，但粉體的粒徑難以控制條件，且容易引入雜質(zhì)。
技術(shù)內(nèi)容本發(fā)明人經(jīng)過(guò)艱苦的研究和試驗(yàn)，找到了一種工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、成本較低，找到了一種設(shè)備簡(jiǎn)單，易控制的In2O3、ITO單分散納米粉體的水熱制備方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種In2O3、ITO單分散納米粉體的水熱制備方法，其特征在于將一定量的金屬銦和金屬錫，金屬銦和金屬錫以SnO2∶In2O3重量百分比計(jì)，百分比在0～0.25之間，當(dāng)百分比為0時(shí)，即制備In2O3粉體，否則即制備ITO粉體，溶解于無(wú)機(jī)酸中，配成的混合溶液的濃度為0.5～3.0mol/L，再將混合溶液進(jìn)行樹(shù)脂處理得到膠體溶液，將膠體溶液置入高壓反應(yīng)釜中并進(jìn)行水熱，水熱反應(yīng)溫度為180～260℃，所述的水熱反應(yīng)時(shí)間為4～24h，反應(yīng)完成后將產(chǎn)物洗滌、過(guò)濾，經(jīng)干燥、煅燒后即制備出In2O3、ITO單分散納米粉體。
以上所述的無(wú)機(jī)酸包含有鹽酸、硝酸、硫酸或上述三者中的任意兩種任意比例的混合酸或上述三者的任意比例混合酸。所述的膠體溶液是由陰離子樹(shù)脂處理混合溶液獲得。處理的樹(shù)脂為苯乙烯系強(qiáng)堿型或丙烯酸系弱堿型大孔型或凝膠型陰離子交換并且在處理完混合溶液并得到膠體溶液后，陰離子交換樹(shù)脂在氫氧化鈉、氫氧化鉀等強(qiáng)堿環(huán)境下再生以備日后重新使用。。所述的洗滌是用純水或電子二級(jí)水洗滌。所述的過(guò)濾為真空或負(fù)壓過(guò)濾。所述的干燥是在100-105℃下進(jìn)行，時(shí)間為6～12h即可，煅燒是在500～1000℃下進(jìn)行，時(shí)間為2～4h即可。制備得到的In2O3、ITO粉體在掃描電鏡下觀察粉體的平均粒徑≤100nm，用純水和超聲波分散，不加分散劑的條件下，采用激光粒度測(cè)試儀測(cè)試的最大粒徑≤1.5μm。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步是1、制備得到的In2O3、ITO納米粉體具有純度高、單分散性好，粉體的平均粒徑≤100nm，ITO靶材尺寸≥500*500mm，ITO密度≥99％，在顯示器件透明導(dǎo)電薄膜領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價(jià)值。
2、水熱合成法工序簡(jiǎn)單，易于操作，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
3、具有可降低粉體的團(tuán)聚、設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低、操作安全、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)實(shí)例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的突出特點(diǎn)，僅在說(shuō)明本發(fā)明而絕不限制本發(fā)明。
實(shí)施例1、采取金屬銦為原材料，用鹽酸將金屬溶解，配制成氯化銦高濃度水溶液，隨后配制成0.5M氯化銦溶液200mL，并將40克D301大孔型陰離子交換樹(shù)脂添加到混合溶液中。采用磁力攪拌裝置攪拌溶液30min，隨后用50目的紗布進(jìn)行過(guò)濾，紗布上的陰離子交換樹(shù)脂采用pH＝13的氫氧化鈉溶液再生以備日后重新使用，過(guò)濾后的膠體溶液轉(zhuǎn)移至帶有四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜中，均速升溫3℃/min，至180℃，水熱反應(yīng)6h，隨爐冷卻至室溫，卸釜，用純水洗滌反應(yīng)產(chǎn)物并反復(fù)多遍，經(jīng)真空過(guò)濾，100℃干燥8h、900℃煅燒3h后，即得到反應(yīng)產(chǎn)物。
制備得到的In2O3粉體在掃描電鏡下觀察粉體的平均粒徑為60nm，用純水和超聲波分散，不加分散劑的條件下，采用激光粒度測(cè)試儀測(cè)試的最大粒徑為1.0μm。
實(shí)施例2、采取金屬銦、金屬錫為原材料，用鹽酸將金屬溶解，配制成氯化銦、氯化錫高濃度水溶液，隨后配制成1.0M氯化銦、0.05M氯化錫混合溶液200mL，并將40克D301大孔型陰離子交換樹(shù)脂添加到混合溶液中。采用磁力攪拌裝置攪拌溶液30min，隨后用50目的紗布進(jìn)行過(guò)濾，紗布上的陰離子交換樹(shù)脂采用pH＝13的氫氧化鈉溶液再生以備日后重新使用，，過(guò)濾后的膠體溶液轉(zhuǎn)移至帶有四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜中，均速升溫3℃/min，至230℃，水熱反應(yīng)16h，隨爐冷卻至室溫，卸釜，用純水洗滌反應(yīng)產(chǎn)物并反復(fù)多遍，經(jīng)真空過(guò)濾，102℃干燥8h、900℃煅燒3h后，即得到反應(yīng)產(chǎn)物。
制備得到的ITO粉體在掃描電鏡下觀察粉體的平均粒徑為60nm，用純水和超聲波分散，不加分散劑的條件下，采用激光粒度測(cè)試儀測(cè)試的最大粒徑為1.0μm。
實(shí)施例3、采取金屬銦、金屬錫為原材料，用硝酸將金屬溶解，配制成硝酸銦、硝酸錫高濃度水溶液，隨后配制成2.0M硝酸銦、0.1M硝酸錫混合溶液500mL，并將100克201×7凝膠型陰離子交換樹(shù)脂添加到混合溶液中。采用磁力攪拌裝置攪拌攪拌45min，隨后用100目的紗布進(jìn)行過(guò)濾，紗布上的陰離子交換樹(shù)脂采用pH＝13的氫氧化鈉溶液再生以備日后重新使用，過(guò)濾后的膠體溶液轉(zhuǎn)移至帶有四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜中，均速升溫3℃/min，至200℃，水熱反應(yīng)24h，隨爐冷卻至室溫，卸釜，用純水洗滌反應(yīng)產(chǎn)物并反復(fù)多遍，經(jīng)真空過(guò)濾，103℃干燥12h、1000℃煅燒4h后，即得到反應(yīng)產(chǎn)物。
制備得到的ITO粉體在掃描電鏡下觀察粉體的平均粒徑為90nm，用純水和超聲波分散，不加分散劑的條件下，采用激光粒度測(cè)試儀測(cè)試的最大粒徑為1.5μm。
實(shí)施例4、采取金屬銦、金屬錫為原材料，用硝酸將金屬溶解，配制成硝酸銦、硝酸錫高濃度水溶液，隨后配制成3.0M硝酸銦、0.1M硝酸錫混合溶液500mL，并將100克201×7凝膠型陰離子交換樹(shù)脂添加到混合溶液中。采用磁力攪拌裝置攪拌攪拌45min，隨后用100目的紗布進(jìn)行過(guò)濾，紗布上的陰離子交換樹(shù)脂采用pH＝13的氫氧化鈉溶液再生以備日后重新使用，過(guò)濾后的膠體溶液轉(zhuǎn)移至帶有四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜中，均速升溫3℃/min，至220℃，水熱反應(yīng)20h，隨爐冷卻至室溫，卸釜，用純水洗滌反應(yīng)產(chǎn)物并反復(fù)多遍，經(jīng)真空過(guò)濾，100-105℃干燥12h、1000℃煅燒4h后，即得到反應(yīng)產(chǎn)物。
制備得到的ITO粉體在掃描電鏡下觀察粉體的平均粒徑為90nm，用純水和超聲波分散，不加分散劑的條件下，采用激光粒度測(cè)試儀測(cè)試的最大粒徑為1.5μm。
權(quán)利要求
1.一種In2O3、ITO單分散納米粉體的水熱制備方法，其特征在于將金屬銦和金屬錫溶解于無(wú)機(jī)酸中，配成的混合溶液的濃度為0.5～3.0mol/L，再將混合溶液進(jìn)行樹(shù)脂處理得到膠體溶液，將膠體溶液置入高壓反應(yīng)釜中并進(jìn)行水熱，水熱反應(yīng)溫度為180～260℃，所述的水熱反應(yīng)時(shí)間為4～24h，反應(yīng)完成后將產(chǎn)物洗滌、過(guò)濾，經(jīng)干燥、煅燒后制備得到ITO單分散納米粉體，所述的金屬銦和金屬錫以SnO2∶In2O3重量百分比計(jì)，百分比在0～0.25之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的In2O3、ITO單分散納米粉體的水熱制備方法，其特征在于所述的無(wú)機(jī)酸包含有鹽酸、硝酸、硫酸或上述三者中的任意兩種任意比例的混合酸或上述三者的任意比例混合酸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的In2O3、ITO單分散納米粉體的水熱制備方法，其特征在于所述的膠體溶液是由苯乙烯系強(qiáng)堿型或丙烯酸系弱堿型大孔或凝膠型陰離子交換樹(shù)脂處理混合溶液獲得的溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和3所述的In2O3、ITO單分散納米粉體的水熱制備方法，其特征在于所述的陰離子交換樹(shù)脂在處理完混合溶液并得到膠體溶液后，在氫氧化鈉、氫氧化鉀等強(qiáng)堿環(huán)境下再生備用。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的In2O3、ITO單分散納米粉體的水熱制備方法，其特征在于所述的洗滌是用純水或電子二級(jí)水洗滌。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的In2O3、ITO單分散納米粉體的水熱制備方法，其特征在于所述的過(guò)濾為真空或負(fù)壓過(guò)濾。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的In2O3、ITO單分散納米粉體的水熱制備方法，其特征在于所述的干燥是在100-105℃下進(jìn)行，時(shí)間為6～12h。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的In2O3、ITO單分散納米粉體的水熱制備方法，其特征在于煅燒是在500～1000℃下進(jìn)行，時(shí)間為2～4h。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的In2O3、ITO單分散納米粉體的水熱制備方法，其特征在于所述的制備得到的In2O3、ITO粉體在掃描電鏡下觀察粉體的平均粒徑≤100nm，用純水和超聲波分散，不加分散劑的條件下，采用激光粒度測(cè)試儀測(cè)試的最大粒徑≤1.5μm。
全文摘要
本發(fā)明涉及In
文檔編號(hào)C01G15/00GK1528670SQ20031011122
公開(kāi)日2004年9月15日 申請(qǐng)日期2003年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月10日
發(fā)明者徐華蕊 申請(qǐng)人:桂林電子工業(yè)學(xué)院