专利名称：固相反应制备二氧化锡纳米晶的方法
专利说明固相反应制备二氧化锡纳米晶的方法 本发明涉及一种气体敏感粉体材料的制备，特别是SnO2纳米晶的制备方法。纳米材料指粒径小于100nm的粉体颗粒，由于它在磁性、催化性、光吸收、热阻等方面显示出特异性能，因而成为21世纪的新型功能材料之一。SnO2材料具有活性大，性能易于控制，制备方法灵活多样等特点，围绕SnO2为基体材料的气敏材料制备及元件制作技术的研究十分活跃。SnO2具有特异的光电性能和气敏特性，被广泛应用于气敏元件、湿敏材料、液晶显示、催化剂、光探测器、半导体元件、电极材料、保护涂层及太阳能电池等技术领域。纳米晶材料由于表面效应、体积效应和量子尺寸效应，是制作气敏元件的优良材料。SnO2粉体颗粒的大小、均匀性等都直接影响到元件的灵敏度、选择性、响应恢复特性和稳定性等重要参数。粉体越细，比表面积越大，活性越高，元件灵敏度就越高。常规制备工艺可获得粒径较小的纳米SnO2(如电弧气化法可获得平均粒径为42.9nm的SnO2；液相法可得到几到几十纳米的SnO2)，但存在着生产成本高、反应条件苛刻、工艺难于控制、生产工艺复杂及元件灵敏度低、选择性和稳定性差等致命问题。本发明的目的是提供一种工艺简单、成本低、晶粒尺寸小的二氧化锡纳米晶的制备方法。
本发明采用无水SnCl2、无水Na2CO3为原料，按固相反应式称取原料并混合，采用NaCl(分析纯)为稀释剂，原料和稀释剂经脱水预处理后，在行星球磨机中球磨并进行固相反应得到含SnO的前驱体，前驱体在马弗炉或气氛炉中焙烧得半成品，半成品经真空抽滤、蒸馏水洗涤，烘干即得成品SnO2纳米晶。
工艺条件稀释剂NaCl与原料SnCl2的摩尔比为6～10，高能球磨用直径为20mm和10mm的不锈钢球，球磨过程中球料比10∶1～30∶1，球磨时间4～10h，磨机转速600～1200rpm，焙烧温度400～800℃，焙烧时间1～3h。
原料无水SnCl2、无水Na2CO3和稀释剂NaCl所进行的固相反应化学方程式为………………①焙烧过程所进行的化学反应方程式为………………………………………②本发明采用固相反应法制备SnO2纳米晶，可以简化实验过程，有利于节约人力、物力和财力；引入反应产物NaCl作为稀释剂，可以减小前驱体的团聚现象，并有利于前驱体热处理过程中获得纳米级的SnO2；经预处理脱去原料中的结晶水，防止球磨过程结块，以利于球磨过程的充分进行；所得产品纳米晶粒径可达20～30nm，且产品纯度高，SnO2含量大于99.2％，粒径分布均匀，活性大，有利于提高气敏材料的选择性、稳定性和灵敏度。
图1本发明工艺流程示意图，其中TG-热重分析，DTA-差热分析，XRD-X-射线衍射分析。
图2X-射线衍射分析图，其中a原料X-射线衍射图，b球磨后前驱体的X-射线衍射图，c经焙烧后半成品X-射线衍射图，d经洗涤后成品的X-射线衍射图。1、按反应式①称取所需原料27.13g，稀释剂NaCl与原料SnCl2的摩尔比为8，球的质量为407克(20mm的大球8个，10mm的小球40个)，球料比15∶1，在行星球磨机中球磨得到前驱体SnO，磨机转速为600rpm，时间为8h，在马弗炉中对前驱体进行焙烧得半成品，焙烧温度为600℃，时间为2h；然后在真空抽滤过程中反复清洗，除去其中的NaCl；最后在100℃烘干即得成品SnO2纳米晶，粒径为28.4nm。
2、按反应式①称取所需原料27.13g，稀释剂NaCl与原料SnCl2的摩尔比为10，球的质量为407克(20mm的大球8个，10mm的小球40个)，球料比15∶1，在行星球磨机中球磨得到前驱体SnO，磨机转速为600rpm，时间为6h，在马弗炉中对前驱体进行焙烧，得到半成品，焙烧温度为600℃，时间为2h；然后在真空抽滤过程中反复清洗，除去其中的NaCl；最后在100℃烘干即得成品SnO2纳米晶，粒径为21.3nm。
权利要求
1.一种固相反应制备二氧化锡纳米晶的方法，其特征在于本发明采用无水SnCl2、无水Na2CO3为原料，按固相反应式称取原料并混合，采用NaCl为稀释剂，原料和稀释剂经脱水预处理后，在行星球磨机中球磨并进行固相反应得到含SnO的前驱体，前驱体在马弗炉或气氛炉中焙烧得半成品，半成品经真空抽滤、蒸馏水洗涤，烘干即得成品SnO2纳米晶，工艺条件为稀释剂NaCl与原料SnCl2的摩尔比为6～10，高能球磨用直径为20mm和10mm的不锈钢球，球磨过程中球料比10∶1～30∶1，球磨时间4～10h，磨机转速600～1200rpm，焙烧温度400～800℃，焙烧时间1～3h。
全文摘要
一种固相反应制备二氧化锡纳米晶的方法，本发明采用无水SnCl
文档编号C01G19/00GK1530325SQ03118150
公开日2004年9月22日 申请日期2003年3月10日 优先权日2003年3月10日
发明者杨华明, 敖伟琴, 唐爱东, 杨武国, 张向超, 邱冠周 申请人:中南大学