專利名稱：一種制備一維納米二氧化錫材料的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于納米氧化物半導體材料技術領域，它特別涉及一種制備一維結構SnO2的方法。
背景技術：
SnO2是一種寬禁帶半導體材料，被廣泛用作氣敏傳感器，此外，其還具有一些獨特的性質(zhì)，例如具有高導電率、高透射率以及較好的化學和熱穩(wěn)定性等，這些性質(zhì)可應用于很多技術領域，包括太陽能電池、液晶顯示器、光探測器、保護涂層等。由于納米SnO2由于具有較大的比表面積和較高的活性，使得它在對氣敏、電導、光敏吸收方面有著廣泛的應用前景。最近，由于獨特的物理性質(zhì)和潛在的應用前景，有關一維結構SnO2(納米線或納米帶)的研究受到人們的青睞?，F(xiàn)已證明，一維結構的SnO2有極高的氣敏特性和良好的熱穩(wěn)定性，其不僅對環(huán)境污染氣體CO和NO2等有非常高的靈敏度，而且可對乙醇進行分析，可用于食物的控制和呼吸氣氛的檢測。例如，在紫外光照射下，用單根SnO2納米帶做成的傳感器不但在室溫就可以探測ppm量級的NO2，而且具有體積小、快速、靈敏等優(yōu)點。
已報道的制備SnO2納米材料的方法很多，但主要涉及熔鹽法和氣相蒸發(fā)法。
熔鹽法以納米SnO2粉體為前驅物，以KCl為熔鹽介質(zhì)，在800℃退火處理可得到納米線材。這種方法的局限在于要求前驅物顆粒必須足夠小，如果顆粒尺寸超過100nm則得不到納米線。
氣相蒸發(fā)法以Sn、SnO、SnO2或他們的混合物為起始原料，首先將管式爐抽真空到1×10-3torr左右，再按一定的比例充入氬氣和氧氣，然后將原料在管式爐中高溫蒸發(fā)，蒸發(fā)溫度視原料的不同而異，如果用純SnO2作原料，蒸發(fā)溫度在1300℃以上。原料蒸氣在氬氣的攜帶下沉積在單晶Al2O3、單晶LaAlO3、或單晶Si基片上，基片溫度保持在900℃-950℃。用這種方法可得到納米線、納米帶和納米顆粒等多種結構的納米SnO2材料。氣相蒸發(fā)法由于需要高溫和真空等工藝條件，其原料要求純度在99.9％以上，且需要單晶基片，因此其設備和生產(chǎn)的費用都較為昂貴。
因此，如何開發(fā)出一種設備要求簡單、反應條件溫和、原料便宜易得、又可實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的制備一維結構納米SnO2材料的方法是急需解決的問題。
溶膠-凝膠法是一種濕化學方法，與其他方法相比，其設備簡單，產(chǎn)品的化學均勻性好，純度高，還可方便地進行摻雜或共摻雜，可制備大面積薄膜。
迄今為止，尚未見用溶膠-凝膠法制備一維結構納米SnO2材料的研究報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種設備要求簡單、反應條件溫和、原料便宜易得、又可實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的制備一維結構納米SnO2材料的方法。
本發(fā)明具體技術方案是通過控制化學反應的動力學因素，制備出高純度的具有一維結構的納米SnO2材料。
具體制備步驟如圖1所示一、配制SnCl4水溶液。使用SnCl4·5H2O作為原料，將其溶于蒸餾水中，配制成一定濃度的SnCl4溶液，并用弱酸調(diào)節(jié)溶液的PH值，使其PH值控制在1-2之間。為了最終得到高純度的SnO2，應當使用高純度的SnCl4·5H2O原料，且最好是分析純的SnCl4·5H2O；用弱酸調(diào)節(jié)PH值的目的是防止SnCl4水解。
二、加入氨水，直至溶液PH值為7-8之間，反應生成Sn(OH)4沉淀。加入氨水的方式最好采取緩慢滴加的方式，邊滴加氨水邊進行攪拌，整個反應過程最好控制在50℃左右的溫度條件下進行。
三、取出Sn(OH)4沉淀，將其進行離心洗滌。采用離心設備，將Sn(OH)4沉淀進行離心洗滌，以除去Sn(OH)4沉淀上吸附的氯離子，洗滌過程可采用AgNO3溶液檢驗，未見新的沉淀物(AgCl)產(chǎn)生，則離心洗滌過程可以結束。
上述三個步驟可以概括為制備Sn(OH)4原料，實際生產(chǎn)過程中也可采取其他直接或間接的方法制備Sn(OH)4。
四、制備Sn(OH)4溶膠。將Sn(OH)4加入到草酸溶液中，控制PH值在1-2之間，溫度在50℃左右，經(jīng)超聲分散并在攪拌條件下形成Sn(OH)4溶膠。
五、形成凝膠。將步驟四所制備的溶膠經(jīng)24-48h老化形成凝膠。
六、干燥、研磨。將步驟五所得凝膠經(jīng)100℃以上溫度條件下干燥5-8h，除去吸附的水分，所得產(chǎn)物經(jīng)研磨成粉末。
七、烘干、燒結。將步驟六所得粉未(Sn(OH)4)在250℃-500℃燒結，使其失去水分，再結晶得到目的產(chǎn)物(SnO2)。其中發(fā)生的化學反應為
本發(fā)明的實質(zhì)是在溫和的環(huán)境下用溶膠-凝膠方法制備了一維結構的納米SnO2材料。
本發(fā)明的有益效果
用溶膠-凝膠法可成功制備金紅石型SnO2一維結構，圖2是經(jīng)上述步驟所得樣品的X射線衍射圖，所有的衍射峰均對應于金紅石相，沒有發(fā)現(xiàn)雜相的衍射峰，這表本發(fā)明所得到的樣品純度很高。用本發(fā)明所制備的納米SnO2具有豐富的形貌結構，這與氣相蒸發(fā)法得到的結構類似。其不但包含有納米棒和球形納米顆粒(如圖3所示)，而且還包含有一維結構的SnO2(如圖4所示)。納米棒直徑在40nm左右，長度約為400nm，納米顆粒大小在10nm左右，一維結構的SnO2寬度在40納米左右，長度至少在微米量級。
本發(fā)明提供的溶膠-凝膠法制備一維結構SnO2的方法，制備工藝簡單，反應條件溫和，原料和設備的成本較低，因此本方法具有巨大的推廣應用價值。


圖1為本發(fā)明工藝流程示意圖；圖2為納米SnO2的X射線衍射圖；圖3為SnO2納米棒和納米顆粒的透射電鏡照片；圖4為SnO2一維結構的透射電鏡照片；具體實施方式
將分析純SnCl4·5H2O溶于蒸餾水中(PH值用鹽酸或檸檬酸調(diào)節(jié)到1-2，以防止水解)，配成濃度為0.5mol/1的溶液，溶液升溫到50℃左右，保持恒溫，在劇烈攪拌下加入28％的氨水溶液，控制滴加速度為1ml/min左右，直至溶液PH為7-8左右，形成沉淀。沉淀經(jīng)離心洗滌除去氯離子(用0.5mol/1的AgNO3溶液檢驗)，加入草酸溶液調(diào)節(jié)PH值為1-2，超聲分散，在劇烈攪拌下升溫到50℃左右，形成溶膠，溶膠經(jīng)24-48h老化形成凝膠，凝膠經(jīng)100℃干燥5-8h、250℃-500℃電阻爐中燒結0.5-1h得到目的產(chǎn)物。用XRD分析樣品物相，用透射電鏡(TEM)分析樣品形貌，用X光電子譜(XPS)分析樣品化學成分，用紫外-可見光吸收光譜測其禁帶寬度。
權利要求
1.一種制備一維納米二氧化錫材料的方法，其特征是包括以下步驟1)、配制SnCl4水溶液使用SnCl4·5H2O作為原料，將其溶于蒸餾水中，配制成一定濃度的SnCl4溶液，并用弱酸調(diào)節(jié)溶液的PH值在1-2之間；2)、加入氨水，直至溶液PH值為7-8之間，反應生成Sn(OH)4沉淀；3)、取出Sn(OH)4沉淀，將其進行離心洗滌采用離心設備，將Sn(OH)4沉淀進行離心洗滌，以除去Sn(OH)4沉淀上吸附的氯離子；4)、制備Sn(OH)4溶膠將Sn(OH)4加入到草酸溶液中，控制PH值在1-2之間，溫度在50℃左右，經(jīng)超聲分散并在攪拌條件下形成Sn(OH)4溶膠；5)、形成凝膠將步驟四所制備的溶膠經(jīng)24-48h老化形成凝膠6)、干燥、研磨將步驟五所得凝膠經(jīng)100℃以上溫度條件下干燥5-8h，除去吸附的水分，所得產(chǎn)物經(jīng)研磨成粉末；7)、烘干、燒結將步驟六所得Sn(OH)4粉末在250℃-500℃下燒結，經(jīng)熱分解，再結晶即得到具有一維結構的納米SnO2材料。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種制備一維納米二氧化錫材料的方法，其特征是，所述步驟1)中采用分析純的SnCl4·5H2O；弱酸采用稀鹽酸或檸檬酸；溶液濃度在0.5mol/l左右。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種制備一維納米二氧化錫材料的方法，其特征是，步驟2)所述的反應過程中，最好控制溫度在50℃左右，并采取攪拌措施；加入氨水的方式最好采取緩慢滴加的方式，且氨水濃度在28％左右。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備一維結構的納米SnO
文檔編號B82B3/00GK1724383SQ200510021119
公開日2006年1月25日 申請日期2005年6月21日 優(yōu)先權日2005年6月21日
發(fā)明者劉春明, 祖小濤 申請人:電子科技大學