專利名稱：晶形可控的銦錫氧化物納米粉體的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種納米粉體的制備方法，尤其涉及一種晶形可控的銦錫氧化物納米
粉體的制備方法。
背景技術：
IT0是一種典型的高導電性透明半導體材料，其電阻率高達10—5Q cm。由于ITO 半導體的禁帶寬度為3. 5-4. 6eV，這種材料在可見光范圍內光透過率達到90%以上，已被 廣泛應用于計算機、手機、液晶電視、ATM自動取款機等各種顯示屏。 ITO材料一般作為薄膜使用，通常利用大型磁控濺射設備進行連續(xù)生產(chǎn)，這種方法 的優(yōu)點是導電性和透光度都很高，但其缺點不僅設備昂貴，生產(chǎn)型設備需要上千萬元，而且 由于使用物理鍍膜，膜層與玻璃的結合力低，容易脫落；同時對于非平面的異形襯底表面很 難或根本無法鍍膜。近年來，隨著納米材料制備工藝的不斷發(fā)展，ITO材料可以被制備成納 米尺寸的粉體，通過對粉體表面進行改性處理，合成出高穩(wěn)定性的透明導電懸浮液，并利用 旋涂、輥涂、浸涂、刷涂等常規(guī)涂層工藝可以獲得低成本、大面積均勻的IT0涂層。在電阻 率大于10—2Q ，cm的應用領域，ITO涂層完全可以替代物理鍍膜產(chǎn)品，不僅可以節(jié)約大量 生產(chǎn)成本，而且可以實現(xiàn)物理鍍膜所無法進行的異形件表面、管件內壁、有機薄膜等特殊襯 底表面形成透明導電膜層(M. A. Aegeter， J. Puetz， G. Gasparro， N. Al_Dahoudi， Versatile wet deposition techniques for functional oxidecoatings， Optical Materials, 26(2004) 155-162.)。此外ITO納米粉體還可以作為透明高導電填料應用于各種無機和有 機基體材料中，從而賦予基體材料一定程度的導電能力，在防止靜電、防電磁干擾等產(chǎn)品中 得到應用[US20030030036A1， EP1894891 A2]。 黃綠色ITO納米粉體通常是在水溶液中通過共沉淀法首先制備出銦錫氫氧化 物前驅體，然后進行高溫煅燒而獲得的。由于前驅體晶粒粒徑細小，極容易團聚，煅燒過 程時團聚體內熱分解成的ITO晶粒容易出現(xiàn)表面粘連，即形成硬團聚(CN100343273C， CN100364897C)，導致粉體難于分散，這樣不管是單獨作為ITO涂層材料或者是作為導電填 料，材料透明度和導電性能都將大幅降低。此外，共沉淀法制備出的ITO納米晶粒一般為球 形，不僅晶粒形貌單一，而且晶粒一般為多晶體，降低其導電性，只能適用于導電性要求不 高的防靜電填料以及用于進一步燒結ITO靶材。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種晶形可控的銦錫氧化物納米粉體的制備方法，該制備 方法前驅體晶粒分散性十分優(yōu)異，煅燒后的粉體之間沒有硬團聚，且粒徑比較均勻，利用煅 燒氣氛控制ITO納米晶粒形貌。 本發(fā)明是這樣來實現(xiàn)的，其特征是工藝方法步驟為 (1)將銦化合物和錫化合物溶解于蒸餾水中，使用強堿水溶液作為沉淀劑，采用兩
步沉淀法制備白色銦錫氫氧化物前驅體粉體，第一步反應是在室溫下進行的，ra值控制在
33. 0 ;第二步反應是在50-8(TC進行，ra值控制在7. 0 ; (2)將沉淀的前驅體粉體經(jīng)過水洗、干燥、研磨過篩，得到銦錫氧化物前驅體粉 體； (3)將銦錫氫氧化物前驅體粉體在一定氣氛中進行煅燒，制備出黃綠色ITO納米 粉體。 本發(fā)明所述的銦化合物，其特征是銦化合物為氯化銦、硝酸銦或醋酸銦，其濃度在 0. 05-1.0摩爾/升之間。 本發(fā)明所述的錫化合物，其特征是錫化合物為無水或含結晶水的四氯化錫，錫離 子濃度與銦離子濃度百分比為3-10mol%。 本發(fā)明所述的強堿，其特征是強堿為氨水、NaOH、KOH，濃度為1_5摩爾/升之間。
本發(fā)明所述的氣氛，其特征是氣氛是空氣、真空、氮氣或氬氣等，氮氣或氬氣的流 量為0. 5-5升/分鐘。 本發(fā)明所述的煅燒，其特征是煅燒溫度為700-80(TC，升溫速率為5-10° /min，熱 處理時間為1-3小時。 本發(fā)明的技術效果是1、由于前驅體晶粒分散性十分優(yōu)異，煅燒后的粉體之間沒 有硬團聚，且粒徑均勻；2、通過選擇煅燒氣氛可以控制ITO納米晶粒形貌，在真空中煅燒可 以獲得等軸多面體晶粒；在空氣中煅燒可以獲得棒狀晶粒，這種晶粒實際上是由很多細小 的晶粒堆積而成；在惰性氣氛中，如氬氣、氮氣，可以獲得棒狀納米晶粒；3、前驅體制備過 程中沒有使用任何分散劑或表面絡合劑，用于抑制粉體團聚，避免了煅燒過程中由于前驅 體顆粒表面有機物的熱分解而導致顆粒硬團聚，同時也消除了有機物引入的雜質；4、不僅 可以通過調整反應物濃度進行控制ITO粉體粒徑，而且還可以通過調節(jié)兩步沉淀過程中的 溫度和沉淀速度改變晶粒粒徑和長徑比。


圖1為本發(fā)明的ITO前驅體粉體XRD衍射譜。
具體實施方式

實施例一 取llg InCl3溶于250ml的去離子水中，并進行機械攪拌。10分鐘后取出其中的 50ml溶液，加入lg的無水SnCl4，待完全溶解后緩慢加入到攪拌中的InCl3水溶液，并置于 恒溫水浴鍋內進行機械攪拌。以去離子水配制3M濃度氨水溶液80毫升，在室溫條件下緩 慢加注到銦錫溶液中，直到溶液ra值達到3. O，然后將水浴溫度升高到7(TC，繼續(xù)加注氨水 溶液至ra為7. 0為止。將白色沉淀物分離后在200ml的6(TC蒸餾水、6(TC乙醇中分別攪 拌清洗1小時，抽濾后以無水乙醇分散、干燥、過篩，得到前驅體粉體。XRD結構分析結果表 明，前驅體粉體中含有兩種相In (OH) 3和InOOH，其中后者占多數(shù)，如圖1所示。粉體TEM形 貌觀測結果表明，前驅體晶粒呈棒狀，晶粒間完全分散開，大部分晶粒長度在100-200nm之 間，長徑比為3-4。
實施例二 取1. 5g前驅體粉體放于瓷舟內，裝入帶有玻璃三通_石英管爐膛的管式電阻爐
4中。打開三通開關，在空氣氣氛中80(TC煅燒lh，升溫速率為l(TC /min，獲得黃綠色ITO粉 體。粉體TEM形貌觀測結果表明，ITO晶粒形貌完全繼承了前驅體的棒狀結構和高分散性 的特征，晶粒尺寸略小于前驅體，每個晶粒由很多尺寸為20-30nm的小晶粒緊密堆積而成 的多晶體，長徑比為3-4。
實施例三 取1. 5g前驅體粉體放于瓷舟內，裝入帶有玻璃三通_石英管爐膛的管式電阻爐 中。關閉石英管一端的玻璃三通，另一端的三通開關連接真空泵，將石英管內的氣壓降低到 1Torr以下，然后開啟煅燒升溫程序，升溫速率為l(TC /min，真空中80(TC煅燒lh，獲得黃綠 色ITO粉體。粉體TEM形貌觀測結果表明，ITO晶粒為等軸多面體晶粒，晶粒尺寸在40-80nm 之間，晶粒間無硬團聚。
實施例四 取1.5g前驅體粉體放于瓷舟內，裝入帶有玻璃三通-石英管爐膛的管式電阻爐 中。將石英管一端連接經(jīng)過分子篩干燥的氬氣，另一端開關打開，首先通入氬氣(1L/min) 清除石英管內的空氣，10分鐘后開啟升溫程序，升溫速率為1(TC/min，氬氣氛中80(TC煅 燒lh，獲得黃綠色ITO粉體，粉體TEM形貌觀測結果表明，ITO晶粒結晶完整，晶形除了 多面體之外(晶粒大小40-80nm)，還出現(xiàn)一些長徑比在2-3之間的棒狀晶粒(晶粒長度 60-100nm)。
權利要求
一種晶形可控的銦錫氧化物納米粉體的制備方法，其特征是工藝方法步驟為(1)將銦化合物和錫化合物溶解于蒸餾水中，使用強堿水溶液作為沉淀劑，采用兩步沉淀法制備白色銦錫氫氧化物前驅體粉體，第一步反應是在室溫下進行的，PH值控制在3.0；第二步反應是在50-80℃進行，PH值控制在7.0；(2)將沉淀的前驅體粉體經(jīng)過水洗、干燥、研磨過篩，得到銦錫氧化物前驅體粉體；(3)將銦錫氫氧化物前驅體粉體在一定氣氛中進行煅燒，制備出黃綠色ITO納米粉體。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種晶形可控的銦錫氧化物納米粉體的制備方法，其特征是銦化合物為氯化銦、硝酸銦或醋酸銦，其濃度在0. 05-1. 0摩爾/升之間。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種晶形可控的銦錫氧化物納米粉體的制備方法，其特征是錫化合物為無水或含結晶水的四氯化錫，錫離子濃度與銦離子濃度百分比為3-10mol%。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種晶形可控的銦錫氧化物納米粉體的制備方法，其特征是強堿為氨水、NaOH或KOH，濃度為1_5摩爾/升之間。
5. 根據(jù)權利要求1所述的一種晶形可控的銦錫氧化物納米粉體的制備方法，其特征是氣氛是空氣、真空、氮氣或氬氣，氮氣或氬氣的流量為0. 5-5升/分鐘。
6. 根據(jù)權利要求1所述的一種晶形可控的銦錫氧化物納米粉體的制備方法，其特征是煅燒溫度為700-80(TC，升溫速率為5-10°C /min，熱處理時間為l-3h。
全文摘要
一種晶形可控的銦錫氧化物納米粉體的制備方法，其特征是工藝方法步驟為(1)將銦化合物和錫化合物溶解于蒸餾水中，使用強堿水溶液作為沉淀劑，利用兩步沉淀法制備ITO前驅體；(2)將沉淀的前驅體粉體經(jīng)過水洗、干燥、研磨過篩，得到銦錫氧化物前驅體粉體；(3)將銦錫氫氧化物前驅體粉體在一定氣氛中進行煅燒，制備出黃綠色ITO納米粉體。本發(fā)明的優(yōu)點是1、ITO晶粒間沒有硬團聚，且粒徑比較均勻；2、通過選擇煅燒氣氛可以控制ITO晶粒形貌；3、前驅體制備過程中沒有使用任何分散劑或表面絡合劑，用于抑制粉體團聚。4、通過調節(jié)兩步沉淀過程中的溫度和沉淀速度改變晶粒粒徑和長徑比。
文檔編號C01G15/00GK101704547SQ200810136409
公開日2010年5月12日 申請日期2008年12月9日 優(yōu)先權日2008年12月9日
發(fā)明者盧金山, 李朔梅, 董偉 申請人:南昌航空大學