本發(fā)明屬于氧化物納米材料制備技術領域，特別涉及一種氧化銦納米粉體的制備方法。
背景技術：
In2O3是一種非常重要的n型寬禁帶透明半導體材料，它同時具備高可見光透過率和高電導率。由于其優(yōu)異的性能，In2O3基磁控濺射陶瓷靶材(主要是摻雜SnO2、ZnO等)已經(jīng)被廣泛應用于太陽能電池、光電器件、液晶顯示器等方面。氧化銦粉末作為制備上述陶瓷靶材所需要的主要原料，純度高、分散性好、粒度細而均勻而且能夠規(guī)?；瞧浔貍錀l件。
制備In2O3粉體的方法有很多，中和沉淀法是目前本領域技術人員采用較多的一種氧化銦粉末制造方法，即將銦的無機酸鹽水溶液，如氯化銦水溶液、硝酸銦水溶液、硫酸銦水溶液等，用氨水等堿性水溶液中和生成氫氧化銦沉淀，再經(jīng)過干燥焙燒獲得氧化銦粉末。這種無機酸鹽水溶液中和沉淀制造的氧化銦粉末粒度、粒徑分布容易不均勻，制作靶材時不易獲得高致密度。此外，這種方法生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的含氮廢水，處理成本高，排放量大，對環(huán)境污染較大等。
電解法通過將金屬銦在電解液中電解產(chǎn)生氫氧化銦沉淀，減少了生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含氮廢水量，改善了環(huán)境友好性，而且獲得的粉末粒徑也比較均勻。然而，電解法產(chǎn)生的氫氧化銦粉末微細容易團聚，團聚后的顆粒粒徑分布幅度變寬，影響靶材高密度的獲得。
電弧氣相氧化法是采用電弧把金屬銦熔化和氣化，氣化的金屬與氧反應生成氧化銦粉末，收集起來獲得氧化銦粉體。這種方法不產(chǎn)生廢水，環(huán)境友好。但是，所生產(chǎn)的氧化銦粉末粒度分布范圍寬，燒結活性低，也不利于獲得高致密度靶材等。
除此以外，還有微乳液法、溶膠凝膠法、水熱法、化學氣相沉積、噴霧熱解法等手段。上述方法存在如下一些問題：
(1)無機陰離子帶來污染：為了制備方便，采用的含銦前驅(qū)物大部分為銦的氯化物，在制備過程中Cl-很難通過后續(xù)洗滌去除干凈，殘留的Cl-容易導致陶瓷在燒結過程中的開裂，也會降低靶材純度；(2)沉淀劑和表面活性劑的應用所帶來金屬陽離子的污染：為了加速沉淀，通常采用NaOH等作為沉淀劑，Na+容易吸附在沉淀物的表面，很難清除掉；離子型的表面活性劑應用也會帶來粉體的污染；如公開號為CN 1837055A的中國專利文獻公開了一種制備氧化銦粉末的方法，該方法包括以下步驟：將堿性沉淀劑加入到銦鹽溶液中以產(chǎn)生沉淀物；用固-液分離將所述沉淀物分離；干燥所述分離的沉淀物；和在含有還原氣體和水蒸汽的惰性氣體氣氛中焙燒所述干燥的沉淀物，其中，所述還原氣體是選自氫氣和氨氣中的至少一種。(3)制備過程周期長：例如在沉淀法制備氧化銦的粉體過程中沉淀反應的周期很長、沉淀物需要多次的水洗以及隨后的烘干和焙燒；(4)容易帶來環(huán)境的污染：例如在沉淀法中需要大量的水洗，廢水如不經(jīng)過處理會帶來環(huán)境污染；在噴霧熱解過程中，InCl3、In(ON)3等前驅(qū)體物質(zhì)會分解成HCl、NO等氣體，如不經(jīng)處理排放會污染環(huán)境；(5)綜合成本較高：制備周期長、流程復雜以及對廢水、廢氣的環(huán)保處理均會導致In2O3納米粉體的生產(chǎn)成本較高。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術問題為克服現(xiàn)有技術中的不足之處，提供一種以有機銦化合物為起始原料，通過超臨界水熱處理方式規(guī)?；煽厣a(chǎn)氧化銦納米粉體的方法。
一種氧化銦納米粉體的制備方法，包括以下步驟：
(1)將金屬銦與有機酸混合，在保護性氣體中加熱溶解，得有機銦化合物；
(2)在有機銦化合物中加入過氧化氫和水，混合后置于超臨界水熱反應器中進行反應，反應結束后過濾得反應產(chǎn)物；
(3)將步驟(2)中得到的反應產(chǎn)物置于空氣中煅燒，即得氧化銦納米粉體。
所述金屬銦的形態(tài)為塊狀或粒狀或條狀或絲狀或粉狀，其中優(yōu)選絲狀，所述金屬銦的純度為4～6N。
步驟(1)中，所述保護性氣體為氬氣、氮氣或二氧化碳，所述保護性氣體的流量為1～5L/min。
步驟(1)中，金屬銦與有機酸的摩爾比為1：3～5。
作為優(yōu)選，步驟(1)中，有機酸在攪拌下溶解金屬銦，進一步優(yōu)選，所述攪拌為含有超聲震蕩的攪拌。
步驟(1)中，有機酸溶解金屬銦時，溶解反應的溫度為170～270℃，溶解時間為1～10h，溶解完畢后冷至室溫待用。
作為優(yōu)選，步驟(1)中，所述有機酸為由碳氫氧三元素組成的酸，且沸點高于步驟(1)中溶解反應的溫度，典型的有硬脂酸、葵酸、月桂酸等。采用由碳氫氧三元素組成的酸溶解金屬銦，能有效避免引入其他離子，保證最終產(chǎn)品的純度。
作為優(yōu)選，步驟(2)中，以有效成分計，有機銦化合物、過氧化氫和水的摩爾比為1：3～5：1～3。
步驟(2)中，所述反應的溫度為180～450℃，反應時間為1～4h。
步驟(3)中，將步驟(2)中得到的反應產(chǎn)物置于空氣中煅燒時，煅燒溫度為300～800℃，煅燒時間為1～3h。
所述氧化銦納米粉體粒徑為40～400nm，分布均勻，物相為立方相結構。所得氧化銦粉末純度高、顆粒細小圓整、粒徑均勻，粒度分布范圍窄、不易團聚、分散性好，可以用于制造高致密度靶材。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢：
(1)采用僅含碳氫氧三元素的有機酸替代無機酸高溫溶解金屬銦，有效避免了Cl-等無機陰離子以及諸如Na+等無機陽離子的殘留，保證了最終產(chǎn)物的純度；
(2)采用超臨界的方式，使有機銦化合物最終轉(zhuǎn)變?yōu)镮n2O3沉淀物以及CO2和H2O，無需另外加入沉淀劑，避免了污染物的排放，是一種環(huán)境友好的制備方法；
(3)制備手段相對簡單，無需復雜的制備流程，可實現(xiàn)規(guī)模化可控生產(chǎn)。
附圖說明
圖1為實施例1制備的氧化銦納米粉體的SEM表征圖。
具體實施方式
通過下面的實施例可以更詳細的解釋本發(fā)明，本發(fā)明并不局限于下面的實施例。
本發(fā)明在具體實施時，可以購買市售的高純金屬銦塊、銦絲、銦粒、銦粉，也可以購買來銦錠自制成銦絲、銦?；蜚煼凼褂谩２捎勉焿K、銦絲、銦?；蜚煼凼且黾鱼焼挝恢亓康谋砻娣e，從而加快溶解反應速度。
實施例1
(1)將90g硬脂酸和12g純度為5N的銦?；旌?，持續(xù)通入1L/min的氬氣，邊攪拌邊加熱到170℃，并保持10h直至銦粒完全溶解，冷卻，即得有機銦化合物；
(2)在步驟(1)制備的有機銦化合物中加入13.6g雙氧水和3.6g去離子水，混合后置于超臨界水熱反應器中進行反應，反應器加熱溫度為290℃，反應時間為3h，待反應結束以后，冷卻至室溫，通過過濾得到反應產(chǎn)物；
(3)將步驟(2)中的反應產(chǎn)物在空氣中于400℃下煅燒2h，得到氧化銦納米粉體，其SEM表征圖如圖1所示，所得氧化銦納米粉體的粒徑為50～200nm，分布均勻，物相為立方相結構。
實施例2
(1)將70g葵酸和12g純度為4N的銦絲混合，持續(xù)通入2L/min的氬氣，邊超聲攪拌邊加熱到200℃，并保持6h直至銦絲完全溶解，冷卻，即得有機銦化合物；
(2)在步驟(1)制備的有機銦化合物中加入15.1g雙氧水和3.9g去離子水，混合后置于超臨界水熱反應器中進行反應，反應器加熱溫度為350℃，反應時間為2.5h，待反應結束以后，冷卻至室溫，通過過濾得到反應產(chǎn)物；
(3)將步驟(2)中的反應產(chǎn)物在空氣中于500℃下煅燒2.5h，得到氧化銦納米粉體，粒徑為100～300nm，分布均勻，物相為立方相結構。
實施例3
(1)將85g葵酸和12g純度為4N的銦?；旌?，持續(xù)通入2L/min的二氧化鈦，邊攪拌邊加熱到270℃，并保持2h直至銦粒完全溶解，冷卻，即得有機銦化合物；
(2)在步驟(1)制備的有機銦化合物中加入11.5g雙氧水和2.0g去離子水，混合后置于超臨界水熱反應器中進行反應，反應器加熱溫度為450℃，反應時間為1.5h，待反應結束以后，冷卻至室溫，通過過濾得到反應產(chǎn)物；
(3)將步驟(2)中的反應產(chǎn)物在空氣中于650℃下煅燒2h，得到氧化銦納米粉體，粒徑為300～400nm，分布均勻，物相為立方相結構。
實施例4
(1)將100g月桂酸和12g純度為4N的銦?；旌?，持續(xù)通入5L/min的氬氣，邊攪拌邊加熱到250℃，并保持8h直至銦粒完全溶解，冷卻，即得有機銦化合物；
(2)在步驟(1)制備的有機銦化合物中加入17g雙氧水和4g去離子水，混合后置于超臨界水熱反應器中進行反應，反應器加熱溫度為180℃，反應時間為4h，待反應結束以后，冷卻至室溫，通過過濾得到反應產(chǎn)物；
(3)將步驟(2)中的反應產(chǎn)物在空氣中于300℃下煅燒3h，得到氧化銦納米粉體，粒徑為40～200nm，分布均勻，物相為立方相結構。
實施例5
(1)將65g月桂酸和12g純度為4N的銦絲混合，持續(xù)通入3L/min的氮氣，邊攪拌邊加熱到200℃，并保持7h直至銦絲完全溶解，冷卻，即得有機銦化合物；
(2)在步驟(1)制備的有機銦化合物中加入12.8g雙氧水和2.3g去離子水，混合后置于超臨界水熱反應器中進行反應，反應器加熱溫度為320℃，反應時間為3h，待反應結束以后，冷卻至室溫，通過過濾得到反應產(chǎn)物；
(3)將步驟(2)中的反應產(chǎn)物在空氣中于600℃下煅燒3h，得到氧化銦納米粉體，粒徑為40～200nm，分布均勻，物相為立方相結構。