專利名稱：一種單分散摻雜氧化錫納米顆粒的低溫制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單分散摻雜氧化錫納米顆粒的低溫制備方法，屬于半導(dǎo)體光學(xué)材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
常見的摻雜氧化錫有氧化銦錫(ITO)和氧化錫銻(ATO)，作為是η型寬禁帶半導(dǎo)體，它們的禁帶寬度分別為3. 5eV和3. 65eV，禁帶寬度值對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)分別為365nm和340nm，屬于紫外線的范圍內(nèi)，因此其對(duì)可見光沒有明顯的吸收，由于ITO和ATO在可見光的透明性，所以其在許多方面得到了廣泛的應(yīng)用，如電學(xué)材料、透明電極材料、太陽(yáng)能電池材料、電致發(fā)光材料、功能涂料等。目前，納米氧化銦錫和氧化錫銻的制備方法主要有噴霧熱分解法、液相共沉淀法、溶膠-凝膠法、水熱法等。噴霧熱分解法是將金屬鹽溶液霧化后，噴入高溫區(qū)熱分解制取復(fù)合納米粉末，其特點(diǎn)是需要特殊的設(shè)備，分解過程復(fù)雜，條件較難控制，但是該法可制得粒徑均勻的顆粒。液相沉淀法以金屬或金屬鹽為原料，在溶液中以共沉淀·的方式制備復(fù)合顆粒，制備流程簡(jiǎn)單，但是產(chǎn)品粒度分布較寬，且大多需要經(jīng)過高溫煅燒處理，得到的顆粒粒徑大，團(tuán)聚嚴(yán)重，再分散性差。溶膠-凝膠法一般制備過程工藝流程復(fù)雜，過程不易控制。如“單分散納米氧化銦錫粉末的水熱合成”，《無機(jī)材料學(xué)報(bào)》，2005，20 (2)，介紹了一種以金屬銦和錫為原料，在堿性環(huán)境中240°C下水熱合成12h，再在500°C下煅燒2h的制備高純氧化銦錫粉末的方法，因?yàn)榻?jīng)過高溫處理，得到的ITO顆粒的平均粒徑較大，接近lOOnm?！肮渤恋矸ㄖ苽鋼戒R氧化錫粉體及其性能”，《有色金屬》，2009,61 (3)，介紹了一種以錫和銻的金屬氯化物為原料，采用共沉淀法制備銻摻雜氧化錫納米粉體的方法，得到的粉體顆粒粒徑小于20nm，但是煅燒后的顆粒有部分硬團(tuán)聚，只有經(jīng)過球磨機(jī)研磨后才能很好的再分散于分散介質(zhì)中。中國(guó)專利200510037581公開了一種采用離子交換得到膠體溶液，再在400 1000°C下煅燒制備ITO納米粉末的方法，因?yàn)榻?jīng)過了高溫煅燒處理，制備過程能耗大，制備的ITO納米顆粒平均粒徑較大。中國(guó)專利200910186412公開了一種利用兩步煅燒法制備納米銻摻雜氧化錫的方法，需要經(jīng)過800 1500°C下氧化焙燒15 90分鐘，雖然沒有用到有機(jī)溶劑，但是能耗高，從其電鏡照片能看出顆粒有較明顯的團(tuán)聚。中國(guó)專利200710088071公開了一種低溫溶膠-凝膠法制備氧化銦錫超細(xì)顆粒的方法，制備過程包括In，Sn混合液的配置、溶膠的形成、溶膠的老化、溶膠的純化、真空干燥、煅燒等步驟，制備工藝過程復(fù)雜，煅燒溫度高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有制備方法的缺點(diǎn)和不足，提供一種單分散摻雜氧化錫納米顆粒的低溫制備方法。一種單分散摻雜氧化錫納米顆粒的低溫制備方法，其特征在于，該制備方法包含如下步驟將含有有機(jī)錫、摻雜物有機(jī)銦或有機(jī)銻的高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑置于密閉反應(yīng)釜中，190 270°C條件下進(jìn)行溶劑熱低溫反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為2 48h，反應(yīng)結(jié)束后將產(chǎn)物離心，固體洗滌、干燥，得到單分散摻雜氧化錫納米顆粒。所述的有機(jī)錫為雙乙酰丙酮基二丁基錫、乙酰丙酮氯化錫、硬脂酸錫、醋酸錫、二月桂酸二丁基錫、二乙酸二丁基錫中的一種或幾種的混合物。所述的有機(jī)銦為乙酰丙酮銦、醋酸銦中的一種或兩種混合物。所述的有機(jī)銻為醋酸銻、異丙醇銻、丙醇銻中的一種或幾種的混合物。所述的高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑為N-甲基吡咯烷酮(NMP)、環(huán)己酮、苯乙醇中的一種或幾種的混合物。N-甲基吡咯烷酮(NMP)是一種極性的非質(zhì)子傳遞溶劑，溶解能力強(qiáng)，與其它常用
的高沸點(diǎn)溶劑相比具有化學(xué)穩(wěn)定性好、熱穩(wěn)定性高、揮發(fā)性低、毒性小、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在許多行業(yè)中都有廣泛的應(yīng)用，環(huán)己酮和苯乙醇也具有類似的性質(zhì)。所述的含有有機(jī)錫、有機(jī)銦或有機(jī)銻的高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑中，有機(jī)銦與有機(jī)錫的質(zhì)量比為I 60 I。 所述的含有有機(jī)錫、有機(jī)銦或有機(jī)銻的高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑中，有機(jī)錫與有機(jī)銻的質(zhì)量比為I 60 I。所述的含有有機(jī)錫、有機(jī)銦或有機(jī)銻的高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑中，有機(jī)錫、摻雜物有機(jī)銦或有機(jī)銻的總的質(zhì)量濃度為O. Iwt% 20wt%。所得產(chǎn)品摻雜氧化錫納米顆粒的粒徑小于40nm ;能再分散于醇類、酯類、苯類有機(jī)溶劑中，形成液相單分散體。上述醇類、酯類、苯類有機(jī)溶劑,包括甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲苯、二甲苯。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)I)本發(fā)明制備的摻雜氧化錫納米顆粒，平均粒徑小于40nm，粒度分布窄，呈單分散狀態(tài)，TEM照片可參見圖I。2)本發(fā)明制備的摻雜氧化錫納米顆粒，再分散性能好，無需經(jīng)過進(jìn)一步的處理，就能再分散于醇類、酯類、苯類有機(jī)溶劑中，形成液相單分散體。3)本發(fā)明提供的摻雜氧化錫納米顆粒的制備方法，反應(yīng)溫度低，無需經(jīng)過高溫煅燒，就能制備結(jié)晶性良好的納米顆粒。4)本發(fā)明提供的摻雜氧化錫納米顆粒的制備方法，使用的有機(jī)溶劑具有化學(xué)穩(wěn)定性好、熱穩(wěn)定性高、揮發(fā)性低、毒性小、成本低等優(yōu)點(diǎn)。5)本發(fā)明提供的摻雜氧化錫納米顆粒的制備方法，過程一步完成，工藝簡(jiǎn)單，操作方便，有望應(yīng)用于擴(kuò)大化生產(chǎn)。


圖I.本發(fā)明制備的摻雜氧化錫納米顆粒的透射電子顯微鏡(TEM)照片。
具體實(shí)施例方式采用日本電子公司的JEM-3010型透射電子顯微鏡表征制備的摻雜氧化錫納米顆粒的形貌，以下實(shí)施例的TEM照片基本與圖I 一致。實(shí)施例I取一定量的乙酰丙酮銦和雙乙酰丙酮基二丁基錫于IOg環(huán)己酮中，其中乙酰丙酮銦和雙乙酰丙酮基二丁基錫的質(zhì)量比為20 1，乙酰丙酮銦和雙乙酰丙酮基二丁基錫總的質(zhì)量濃度為O. 5wt%。分散均勻后置于密閉的反應(yīng)釜中，220°C條件下反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為8h，結(jié)束后將產(chǎn)物離心、洗滌、干燥，得到單分散氧化銦錫納米顆粒。實(shí)施例2取一定量的乙酰丙酮銦和乙酰丙酮氯化錫于IOg N-甲基吡咯烷酮中，其中乙酰丙酮銦和乙酰丙酮氯化錫的質(zhì)量比為20 1，乙酰丙酮銦和乙酰丙酮氯化錫總的質(zhì)量濃度為2wt%。分散均勻后置于密閉的反應(yīng)釜中，220°C條件下反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為8h，結(jié)束后將產(chǎn)物離心、洗滌、干燥，得到單分散氧化銦錫納米顆粒。實(shí)施例3
取一定量的醋酸銦和乙酰丙酮氯化錫于IOg苯乙醇中，其中有醋酸銦和乙酰丙酮氯化錫的質(zhì)量比為45 I，醋酸銦和乙酰丙酮氯化錫總的質(zhì)量濃度為2wt %。分散均勻后置于密閉的反應(yīng)釜中，220°C條件下反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為8h，結(jié)束后將產(chǎn)物離心、洗滌、干燥，得到單分散氧化銦錫納米顆粒。實(shí)施例4取一定量的二乙酸二丁基錫和醋酸銻于IOg N-甲基吡咯烷酮中，其中二乙酸二丁基錫和醋酸銻的質(zhì)量比為40 1，二乙酸二丁基錫和醋酸銻總的質(zhì)量濃度為8wt%。分散均勻后置于密閉的反應(yīng)釜中，220°C條件下反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為8h，結(jié)束后將產(chǎn)物離心、洗滌、干燥，得到單分散超細(xì)氧化錫銻納米顆粒。實(shí)施例5取一定量的硬脂酸錫和醋酸銻于IOg N-甲基吡咯烷酮中，其中硬脂酸錫和醋酸銻的質(zhì)量比為15 I，硬脂酸錫和醋酸銻總的質(zhì)量濃度為2wt %。分散均勻后置于密閉的反應(yīng)釜中，200°C條件下反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為24h，結(jié)束后將產(chǎn)物離心、洗滌、干燥，得到單分散氧化錫銻納米顆粒。
權(quán)利要求
1.一種單分散摻雜氧化錫納米顆粒的低溫制備方法，其特征在于，包括以下步驟將含有有機(jī)錫、摻雜物有機(jī)銦或有機(jī)銻的高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑置于密閉反應(yīng)釜中，190 270°C條件下進(jìn)行溶劑熱低溫反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為2 48h，反應(yīng)結(jié)束后將產(chǎn)物離心，固體洗滌、干燥，得到單分散摻雜氧化錫納米顆粒； 所述的高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑為N-甲基吡咯烷酮(NMP)、環(huán)己酮、苯乙醇中的一種或幾種的混合物。
2.按照權(quán)利要求I的方法，其特征在于，所述的有機(jī)錫為雙乙酰丙酮基二丁基錫、乙酰丙酮氯化錫、硬脂酸錫、醋酸錫、二月桂酸二丁基錫、二乙酸二丁基錫中的一種或幾種的混合物。
3.按照權(quán)利要求I的方法，其特征在于，所述的有機(jī)銦為乙酰丙酮銦、醋酸銦中的一種或兩種混合物。
4.按照權(quán)利要求I的方法，其特征在于，所述的有機(jī)銻為醋酸銻、異丙醇銻、丙醇銻中的一種或幾種的混合物。
5.按照權(quán)利要求I的方法，其特征在于，有機(jī)銦與有機(jī)錫的質(zhì)量比為I 60 I。
6.按照權(quán)利要求I的方法，其特征在于，有機(jī)錫與有機(jī)銻的質(zhì)量比為I 60 I。
7.按照權(quán)利要求I的方法，其特征在于，有機(jī)錫、摻雜物有機(jī)銦或有機(jī)銻的總的質(zhì)量濃度為 O. Iwt % 20wt%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單分散摻雜氧化錫納米顆粒的低溫制備方法，屬于半導(dǎo)體光學(xué)材料技術(shù)領(lǐng)域。其主要步驟包括將含有有機(jī)錫、摻雜物有機(jī)銦或有機(jī)銻的高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑置于密閉反應(yīng)釜中，190～270℃條件下進(jìn)行溶劑熱低溫反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為2～48h，結(jié)束后將產(chǎn)物離心，洗滌，干燥，得到單分散摻雜氧化錫納米顆粒。本發(fā)明的制備過程一步完成、操作簡(jiǎn)單，反應(yīng)溫度低、無需經(jīng)過高溫煅燒；本發(fā)明所制備的摻雜氧化錫納米顆粒平均粒徑小于40nm，粒度分布窄，再分散性好，能再分散于醇類、酯類、苯類有機(jī)溶劑中。
文檔編號(hào)C09K11/75GK102899040SQ201110210290
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月26日
發(fā)明者陳建峰, 劉海濤, 曾曉飛, 丁書云 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)