專利名稱：一種二氧化錫納米棒的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二氧化錫納米棒的制備方法，尤其是連續(xù)化規(guī)?；刂苽涠?氧化錫納米棒。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，氧化物一維納米結(jié)構(gòu)的研究成為物理、材料、化學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)課題。 氧化物一維納米結(jié)構(gòu)有著優(yōu)異的物理和化學(xué)性質(zhì)，同時(shí)又易于構(gòu)建納米器件以形 成工業(yè)化生產(chǎn)，它們?cè)诩す馄骷⒓{米電子學(xué)、納米光子學(xué)以及未來(lái)新一代集成 電路設(shè)計(jì)里有廣闊的應(yīng)用前景。在傳統(tǒng)領(lǐng)域，二氧化錫是一種性能優(yōu)良的半導(dǎo)體 氧化物材料，它具有寬的帶斷3.6eV)、低的電阻率(10"—l(T^cm)以及其他半 導(dǎo)體中少見(jiàn)的高透光性，因而是理想的太陽(yáng)能電池電極和傳感器材料。當(dāng)今，開(kāi) 始以氧化錫納米棒制成的場(chǎng)效應(yīng)晶體管、高靈敏度化學(xué)傳感器、高能鋰電池和太 陽(yáng)能染料電池等引起了國(guó)際關(guān)注。目前，二氧化錫納米棒狀結(jié)構(gòu)的合成方法主要 包括水熱法、熱沉積法、熔鹽法、模板法等，雖然上述方法具有操作簡(jiǎn)單、可控 性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但復(fù)雜的后處理工藝、高能耗和小產(chǎn)量極大地限制了二氧化錫納米 棒狀材料連續(xù)規(guī)模化的生產(chǎn)。因此，開(kāi)發(fā)一種連續(xù)規(guī)?；a(chǎn)二氧化錫納米棒的 方法具有廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種二氧化錫納米棒連續(xù)規(guī)?；闹苽浞椒?，以克服 現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述缺陷。
本發(fā)明的構(gòu)思是這樣的
將SnCU、 FeCl3的乙醇溶液經(jīng)注射泵加入蒸發(fā)器，由于乙醇和SnCl4的沸點(diǎn) 分別為78.4。C和114.4°C，加之FeCl3含量極少，所以溶液完全汽化形成混合蒸 汽。該混合蒸汽同空氣混合后由中心管的燒嘴進(jìn)入高速射流不銹鋼反應(yīng)器，即從 燒嘴噴出后進(jìn)入到氫氣燃燒形成的環(huán)形火焰內(nèi)部，同時(shí)部分乙醇也被引燃。摻雜元素鐵在火焰過(guò)程中的兩個(gè)階段可以影響顆粒的形成和形貌首先，在火焰的初 始階段，摻雜元素鐵通過(guò)影響初始團(tuán)簇的形成、燒結(jié)和生長(zhǎng)速率來(lái)影響初生顆粒 的尺寸；在火焰的后續(xù)階段，隨著氣體溫度降低，摻雜元素鐵開(kāi)始影響晶體結(jié)構(gòu) 的形成，從而抑制了 (100)面的生長(zhǎng)。最終棒狀結(jié)構(gòu)的形成可以認(rèn)為是顆粒在 后半階段退火重整并沿(001)面取向生長(zhǎng)的結(jié)果。通過(guò)延長(zhǎng)不銹鋼反應(yīng)器的長(zhǎng) 度可以增加顆粒在火焰中的停留時(shí)間，進(jìn)而強(qiáng)化這一過(guò)程，得到產(chǎn)率較高的二氧 化錫納米棒狀結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明所述的制備方法，其特征在于，包括如下步驟-
將四氯化錫、三氯化鐵和乙醇均勻混合得到液體混合物，利用注射泵加入蒸 發(fā)器汽化同預(yù)熱的空氣混合，通過(guò)設(shè)置在燃燒反應(yīng)器頂部燒嘴的中心管進(jìn)入長(zhǎng)度 可調(diào)的反應(yīng)器(可以是不銹鋼材質(zhì)的)，在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行充分水解反應(yīng)，并在鐵 元素的誘導(dǎo)作用下取向生長(zhǎng)形成納米棒狀結(jié)構(gòu)，反應(yīng)溫度為1000 2000°C;最 終生成棒狀結(jié)構(gòu)二氧化錫，可從燃燒反應(yīng)器頂部排出并收集，尾氣則經(jīng)過(guò)HC1 吸收塔后排空。所得棒狀結(jié)構(gòu)二氧化錫的長(zhǎng)度為100 400nm，寬為20 80nm， 長(zhǎng)徑比為5 20，分散性較好。
通過(guò)以下工藝參數(shù)的調(diào)整來(lái)控制合成二氧化錫納米棒的長(zhǎng)度和長(zhǎng)徑比
四氯化錫和三氯化鐵的乙醇溶液質(zhì)量濃度為10 20%，錫和鐵的摩爾比為 10: 1 100: 1，中心管的空氣進(jìn)量與上述溶液進(jìn)料量的比例為l 2m3/h: 2 5ml/min;
不銹鋼管反應(yīng)器的長(zhǎng)度同顆粒在火焰中的停留時(shí)間成正比，其長(zhǎng)度可以為 20cm 80cm;
四氯化錫、三氯化鐵和乙醇的混合溶液，利用注射泵加入溫度范圍為200 30(TC的蒸發(fā)器汽化。
采用本發(fā)明的方法制備二氧化錫棒狀結(jié)構(gòu)，設(shè)備工藝簡(jiǎn)單，不需任何基板， 周期短產(chǎn)量高，可連續(xù)規(guī)?；a(chǎn)，易于工業(yè)化實(shí)施。且所得結(jié)構(gòu)均勻可控、結(jié) 晶性良好，具有極廣泛的應(yīng)用前景。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的生產(chǎn)流程示意圖2為本發(fā)明實(shí)施例1產(chǎn)物的電鏡照片；圖3為本發(fā)明實(shí)施例2產(chǎn)物的電鏡照片。
具體實(shí)施例方式
通過(guò)以下實(shí)施例的說(shuō)明將有助于理解本發(fā)明，但并不限制本發(fā)明的內(nèi)容。
實(shí)施例 1
二氧化錫納米棒的連續(xù)規(guī)?；苽浞椒ǖ牧鞒虉D如圖1所示，SnCU和FeCl3 (Sn: Fe的摩爾比為10: 1)的無(wú)水乙醇溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18%)利用注射泵 加入蒸發(fā)器同空氣混合，進(jìn)料速率為2ml/min，空氣流量為1.5m3/h，預(yù)熱溫度為 250°C，蒸發(fā)器溫度控制在250°C，汽化后經(jīng)燒嘴中心管進(jìn)入反應(yīng)器，反應(yīng)器長(zhǎng) 度為50cm，由于反應(yīng)器的長(zhǎng)度同顆粒在火焰中的停留時(shí)間成正比，此反應(yīng)器的 長(zhǎng)度可以在20cm 80cm之間調(diào)整。反應(yīng)器長(zhǎng)度過(guò)短起不到延長(zhǎng)火焰長(zhǎng)度的目 的，過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致顆粒過(guò)度燒結(jié)，團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重，因此選擇上述長(zhǎng)度范圍進(jìn)行操作。 前驅(qū)體的水解反應(yīng)在燃燒室內(nèi)進(jìn)行，水解反應(yīng)溫度為150(TC，在鐵元素的誘導(dǎo) 作用下取向生長(zhǎng)生成棒狀結(jié)構(gòu)，從燃燒反應(yīng)器頂部排出收集，尾氣經(jīng)過(guò)HC1吸 收塔后排空。為防止混合蒸汽傳輸過(guò)程中冷凝，蒸發(fā)器和傳輸管道全部恒溫 250°C。所得產(chǎn)物的平均直徑為40nm，長(zhǎng)度為300mn,長(zhǎng)徑比為IO左右，其電鏡 照片如圖2所示。
實(shí)施例2
二氧化錫納米棒的連續(xù)規(guī)?；苽浞椒ǖ牧鞒虉D如圖1所示，SnCU和FeCl3 (Sn:Fe的摩爾比為100: 1)的無(wú)水乙醇溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%)利用注射泵加 入蒸發(fā)器同空氣混合，進(jìn)料速率為5ml/min，空氣流量為1.5mVh，預(yù)熱溫度為 300°C，蒸發(fā)器溫度控制在30(TC，汽化后經(jīng)燒嘴中心管進(jìn)入燃燒反應(yīng)器，反應(yīng) 器長(zhǎng)度為30cm，由于反應(yīng)器的長(zhǎng)度同顆粒在火焰中的停留時(shí)間成正比，此反應(yīng) 器的長(zhǎng)度可以在20cm 80cm之間調(diào)整。前驅(qū)體的水解在燃燒室內(nèi)進(jìn)行，水解反 應(yīng)溫度為2500°C，在鐵元素的誘導(dǎo)作用下取向生長(zhǎng)最終生成棒狀結(jié)構(gòu)，從燃燒 反應(yīng)器頂部排出收集，尾氣經(jīng)過(guò)HC1吸收塔后排空。為防止混合蒸汽傳輸過(guò)程 中冷凝，蒸發(fā)器和傳輸管道全部恒溫300。C。所得產(chǎn)物的平均直徑為50rnn，長(zhǎng)度 為250nm，長(zhǎng)徑比為5左右，其電鏡照片如圖3所示。
權(quán)利要求
1、一種二氧化錫納米棒的制備方法，其特征在于，包括如下步驟首先，將四氯化錫、三氯化鐵和乙醇均勻混合得到液體混合物；然后，利用注射泵將所述液體混合物加入蒸發(fā)器中汽化并同預(yù)熱的空氣混合得到氣體混合物，所述氣體混合物通過(guò)設(shè)置在燃燒反應(yīng)器上的燒嘴的中心管進(jìn)入長(zhǎng)度可調(diào)的反應(yīng)器，在所述反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行充分水解反應(yīng)，并在所述三氯化鐵的鐵元素誘導(dǎo)作用下取向生長(zhǎng)形成納米棒狀結(jié)構(gòu)，所述水解反應(yīng)溫度為1500～2500℃；最終得到二氧化錫納米棒。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述液體混合物的質(zhì)量濃度為10 20%，其中錫元素與鐵元素的摩爾比為10: 1 100: 1，所述中心管的空氣進(jìn)量與所述液體混合物的進(jìn)料量的比例為l 2m3/h: 2 5ml/min。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述反應(yīng)器的長(zhǎng)度同所述氣體混合物的顆粒在火焰中高溫區(qū)的停留時(shí)間成正比，且所述反應(yīng)器的長(zhǎng)度為20cm 80cm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述蒸發(fā)器中汽化操作的溫度范圍為200 300°C。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述二氧化錫納米棒的長(zhǎng)度為100 400nm，寬度為20 80ran，長(zhǎng)徑比為5 20。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述反應(yīng)器是不銹鋼材質(zhì)的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種二氧化錫納米棒的制備方法，將四氯化錫、三氯化鐵和乙醇均勻混合后，利用注射泵勻速加入蒸發(fā)器中汽化同預(yù)熱的空氣混合，通過(guò)設(shè)置在燃燒反應(yīng)器頂部的燒嘴進(jìn)入長(zhǎng)度可調(diào)的不銹鋼管反應(yīng)器，進(jìn)行水解反應(yīng)，反應(yīng)溫度為1500～2500℃，在鐵元素的誘導(dǎo)作用下取向生長(zhǎng)最終生成一種二氧化錫棒狀結(jié)構(gòu)；從燃燒反應(yīng)器頂部排出收集，尾氣經(jīng)過(guò)HCl吸收塔后排空；采用本發(fā)明的方法制備二氧化錫棒狀結(jié)構(gòu)，設(shè)備工藝簡(jiǎn)單，不需任何基板，周期短產(chǎn)量高，可連續(xù)化規(guī)模化生產(chǎn)，易于工業(yè)化實(shí)施。
文檔編號(hào)C01G19/02GK101462764SQ20091004492
公開(kāi)日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2009年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月6日
發(fā)明者杰 劉, 姜海波, 李春忠, 胡彥杰 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)