锑掺杂氧化锡纳米粉体的制备方法

专利名称：锑掺杂氧化锡纳米粉体的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米材料的制备方法，特别是锑掺杂氧化锡纳米粉体的制 备方法，可用于透明隔热涂料、抗静电材料等领域。
技术背景锑掺杂氧化锡材料Antimony Doped Tin Oxide,简称AT0，是近年来迅速发 展的一种新型多功能材料，除具有良好的导电性能和光学性能外，还具有熔点 高(约为1200°C)、热稳定性好、耐腐蚀、机械稳定性好、表面吸附氧气和一氧 化碳等特性，在太阳能转化电池、智能窗、电致变色材料、抗静电塑料/化纤/ 涂料、显示器用防辐射抗静电涂层材料、红外吸收隔热材料、气敏元件、电极 材料等方面得到了广泛的应用。纳米技术的发展进一步拓宽了 ATO的应用范围，例如当ATO粉体尺寸减小 到lOnm以下时，Sn02气敏性显著提高，在常温下即可检测气体浓度的瞬间或微 量变化；另外纳米级ATO加入到透明高分子基体中，容易制备出具有高透明性 的抗静电材料、透明隔热涂料等。因此，锑掺杂氧化锡的纳米粉体具有很大的 实用价值。目前锑掺杂氧化锡纳米粉体的制备方法主要有固相法和液相法两大类。固 相法是将氧化锡和氧化锑粉体机械混和均匀后，经高温煅烧而得到灰蓝色的锑 掺杂氧化锡纳米粉体，该方法存在合成温度高，粉体掺杂不均匀，粒度大、容 易引入杂质等缺点，另外固相法得到的粉体电阻比较高，很难达到实用化的要 求。液相法主要有化学共沉淀法、水热法等，是目前制备锑掺杂氧化锡较常用 的方法，但均存在一些不足比如共沉淀法，由于Sb3+和Sn4+水解不同步，未实 现真正意义上的Sb的均匀掺杂；且锡盐和锑盐极易水解，为了保证锡、锑以离 子的形式存在，需要加入大量的强酸抑制其水解，然后再加碱使之水解沉淀，这样造成了生产成本高、生产周期长、造成大量废液的排放；制得的粉体颗粒
团聚较严重，较难得到粒径均匀的纳米粉体。水热法，由于前驱体中的C1—、 N03— 等离子的存在，大大影响到AT0粉体的电学、光学性能，且水热法对设备的安 全性能要求极高，大规模的工业化生产存在安全隐患。

发明内容
本发明需要解决的技术问题是克服现有的锑掺杂氧化锡纳米粉体制备方法 中存在的生产周期长、工艺路线复杂，制得的粉体掺杂不均匀、杂质去除较困 难、粒度不均匀的缺点，提供一种锑掺杂氧化锡纳米粉体的制备方法，该方法 工艺流程简单、周期短，所制得的粉体粒度分布均匀、纯度较高。
为解决上述问题，本发明制备锑掺杂氧化锡纳米粉体的步骤包括-
① 将重量份数比为1 4:1的丙烯酸与水混合，得溶液A;
② 称取可溶的锑盐与锡盐，加入到上述溶液A中，溶解，得均相体系B， 其中Sb"与Sn4+的摩尔份数比为1 15:100，锡盐与溶液A的重量份数比为l 25:100;
③ 在搅拌的条件下，将重量含量为2 10%的过氧类引发剂的水溶液加入到 均相体系B中，得溶液C;
④ 将溶液C在60 10(TC加热0. 1 3h，然后在80 15(TC干燥得到固体； 冷却后研磨，并在空气氛围、450 90(TC下，煅烧l 10h。
本发明中，首先在水溶液中形成锡与锑的丙烯酸盐，再通过一定温度下的 聚合物盐的热分解即可得到均相锑掺杂氧化锡纳米粉体。其化学反应方程式为:<formula>formula see original document page 4</formula>上述工艺过程中，避免了引入强酸，节省了成本，避免了废液排放；通过引
入过氧类引发剂可以加快聚合反应速度,縮短了反应时间；锑掺杂氧化锡是通过
直在较低温度下直接煅烧前驱体而得到的，通过前驱体的燃烧过程，引发剂、 氯离子等杂质将全部燃烧成气体而挥发掉，无杂质离子残留、纯度较高，且得
到均相的锑掺杂氧化锡纳米粉体；煅烧温度较低、时间较短，节约了能源；整 个工艺流程简单，对设备无特别要求，可大量制备，适于工业化生产。采用上 述方法制备的锑掺杂氧化锡纳米粉体颜色较浅，为浅灰颜色，适合用于透明隔 热涂料、抗静电材料等领域；且粉体的分散性好，尺寸均匀，在20 500nm范 围内。


图1是本发明实施例1制备的锑掺杂氧化锡纳米粉体的TEM照片； 图2为本发明实施例1制备的锑掺杂氧化锡纳米粉体的XRD曲线。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述。 实施例1
① 将4重量份的丙烯酸溶于1重量份的去离子水中，在磁力搅拌下充分溶
解，得到溶液A;
② 固定四氯化锡与溶液A的重量份数比为5:100，将三氯化锑和四氯化锡 按摩尔比5:100称重，加入到上述溶液A中，在磁力搅拌下得到均相体系B;
③ 在磁力搅拌条件下，将重量百分比为5%的过硫酸铵的水溶液缓慢加入到 歩骤②制得的均相体系B中，得到溶液C;所加入的过硫酸铵与步骤①中的丙烯 酸的重量比为0.01:1;
④ 将步骤③中得到的溶液C在10(TC加热lh，使得体系聚合完全；然后在 8(TC干燥24h，得到固体；冷却后研磨，再置于马弗炉内，在空气氛围、700°C 下，煅烧3小时，即制得了浅灰蓝色的锑掺杂氧化锡纳米粉末。
该锑掺杂氧化锡纳米粉末的透射电子显微镜(TEM)照片如图l所示，可以看出，上述方法制得的锑掺杂氧化锡粉体的分散性好，尺寸均匀，在100 300nm 范围内。X射线衍射图谱(XRD)如图2所示，从图中可以看出，ATO纳米粉体 具有典型的四方金红石结构，Sb的掺入并没有形成Sb203的分相或者改变Sn02 的晶体结构。
准确称取所制备ATO纳米粉体0. 05g，装入直径为2mm的模具中，用万能表 测其电阻后，计算其粉体的体积电阻率为400Q ，cm。 实施例2
① 将l重量份的丙烯酸溶于l重量份的去离子水中，在磁力搅拌下充分溶
解，得到溶液A;
② 固定四氯化锡与溶液A的重量份数比为1:100，将三氯化锑和四氯化锡 按摩尔比15:100称重，加入到上述溶液A中，在磁力搅拌下得到均相体系B;
③ 在磁力搅拌条件下，将重量百分比为10%的过硫酸铵的去离子水溶液缓 慢加入到步骤②制得的均相体系B中，得到溶液C;所加入的过硫酸铵与步骤① 中的丙烯酸的重量比为0. 05:1;
④ 将步骤③得到的溶液C在6(TC加热3h，使得体系聚合完全;然后在1 l(TC 干燥10h，得到固体；冷却后研磨，再置于马弗炉内，在空气氛围、45(TC条件 下，煅烧10h，即制得了浅灰蓝色的锑掺杂氧化锡纳米粉末。
采用本发明提供的方法制备得到的锑掺杂氧化锡纳米粉末分散性好，尺寸 均匀，在20 100皿范围内，粉体的体积电阻率为50Q'cm。 实施例3
① 将2重量份的丙烯酸溶于1重量份的去离子水中，在磁力搅拌下充分溶 解，得到溶液A;
② 固定四氯化锡与溶液A的重量比为25:100，将三氯化锑和四氯化锡按摩 尔比1:100称重，加入到上述溶液A中，在磁力搅拌下得到均相体系B;
◎在磁力搅拌条件下，将重量百分比为2%的过硫酸铵的水溶液缓慢加入到 步骤②制得的均相体系B中，得到溶液C;所加入的过硫酸铵与步骤①中的丙烯酸的重量比为0.1:1;
④将步骤③得到的C溶液在8CTC加热0. 1小时，使得体系聚合完全；然后
在15(TC干燥5h，得到固体；冷却后研磨，再置于马弗炉内，在空气氛围、900°C 条件下煅烧lh，即制得了浅灰蓝色的锑掺杂氧化锡纳米粉末。
采用上述方法制备得到的锑掺杂氧化锡纳米粉末分散性好，尺寸均匀，在 100 500nm范围内，粉体的体积电阻率为3000Q 'cm。
实施例4
① 将4重量份的丙烯酸溶于1重量份的去离子水中，在磁力搅拌下充分溶
解，得到溶液A;
② 固定四溴化锡与溶液A的重量比为5:100，将三氯化锑和四溴化锡按摩 尔比5:100称重，加入到上述溶液A中，在磁力搅拌下得到均相体系B;
③ 在磁力搅拌条件下，将重量百分比为5%的过硫酸钾的去离子水溶液缓慢 加入到步骤②制得的均相体系B中，得到溶液C;所加入的过硫酸钾与步骤①中 的丙烯酸的重量比为0.01:1;
@将步骤③得到的溶液C在10(TC加热lh，使得体系聚合完全;然后在8(rC 干燥24h，得到固体；冷却后研磨，再置于马弗炉内，在空气氛围、70CTC下煅 烧3h，即制得了浅灰蓝色的锑掺杂氧化锡纳米粉末。
采用上述方法制备得到的锑掺杂氧化锡纳米粉末分散性好，尺寸均匀，在 50 200nm范围内，粉体的体积电阻率为300 Q cm。 实施例5
① 将4重量份的丙烯酸溶于1重量份的去离子水中，在磁力搅拌下充分溶
解，得到溶液A;
② 固定四氟化锡与溶液A的重量比为5:100，将醋酸锑和四氟化锡按摩尔 比5:100称重，加入到上述溶液A中，在磁力搅拌下得到均相体系B;
③ 将重量百分比为5%的过硫酸钾的去离子水溶液在磁力搅拌条件下缓慢 加入到歩骤②制得的均相体系B中，得到溶液C;所加入的过硫酸钾与步骤①中的丙烯酸的重量比为0.01:1;
④将步骤③得到的溶液C在IO(TC加热lh，使得体系聚合完全;然后在8CTC 千燥24h，得到固体；冷却后研磨，再置于马弗炉内，在空气氛围、70(TC条件 下，煅烧3h，即制得了浅灰蓝色的锑掺杂氧化锡纳米粉末。
采用上述方法制备得到的锑掺杂氧化锡纳米粉末分散性好，尺寸均匀，在 50 300nm范围内，粉体的体积电阻率为500Q'cm。 实施例6
① 将4重量份的丙烯酸溶于1重量份的去离子水中，在磁力搅拌下充分溶
解，得到溶液A;
② 固定四氟化锡与溶液A的重量比为5:100，将硫酸锑和四碘化锡按摩尔 比5:100称重，加入到上述溶液A中，在磁力搅拌下得到均相体系B;
③ 在磁力搅拌条件下，将重量百分比为5%的过硫酸铵的去离子水溶液缓慢 加入到步骤②制得的均相体系B中，得到溶液C;所加入的过硫酸铵与步骤①中 的丙烯酸的重量比为0.01:1;
将歩骤③得到的C溶液在10(TC加热1小时，使得体系聚合完全；然后 在8(TC干燥24h，得到固体；冷却后研磨，再置于马弗炉内，在空气氛围、70(TC 条件下，煅烧3h，即制得了浅灰蓝色的锑掺杂氧化锡纳米粉末。
采用上述方法制备得到的锑掺杂氧化锡纳米粉末分散性好，尺寸均匀，在 100 300nm范围内，粉体的体积电阻率为450Q'cm。
综上，采用本发明的技术方案制备的锑掺杂氧化锡纳米粉体颜色较浅，为 浅灰颜色；且粉体的纯度较高，分散性好，尺寸均匀，在20 500nm范围内。
权利要求
1、一种锑掺杂氧化锡纳米粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤①将重量份数比为1～4∶1的丙烯酸与水混合，得溶液A；②称取可溶的锑盐与锡盐，加入到上述溶液A中，溶解，得均相体系B，其中Sb3+与Sn4+的摩尔份数比为1～15∶100，锡盐与溶液A的重量份数比为1～25∶100；③在搅拌的条件下，将重量含量为2～10％的过氧类引发剂的水溶液加入到均相体系B中，得溶液C；④将溶液C在60～100℃加热0.1～3h，然后在80～150℃干燥得到固体；冷却后研磨，并在空气氛围、450～900℃下，煅烧1～10h。
2、 根据权利要求1所述的锑掺杂氧化锡纳米粉体的制备方法，其特征在于: 步骤②中所述的锑盐为氯化锑、醋酸锑或者硫酸锑，所述的锡盐为四氯化锡、 四溴化锡、四氟化锡或者四碘化锡。
3、 根据权利要求1所述的锑惨杂氧化锡纳米粉体的制备方法，其特征在于: 步骤③中所述的过氧类弓I发剂是无机过氧类引发剂。
4、 根据权利要求3所述的锑掺杂氧化锡纳米粉体的制备方法，其特征在于:所述的无机过氧类引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵。
5、 根据权利要求1所述的锑掺杂氧化锡纳米粉体的制备方法，其特征在于:步骤③中所述的过氧类引发剂与丙烯酸的重量比为0.01 0. 1:1。
6、 根据权利要求1所述的锑掺杂氧化锡纳米粉体的制备方法，其特征在于:步骤③中所述的煅烧在马弗炉内。
全文摘要
本发明公开了一种锑掺杂氧化锡纳米粉体的制备方法，属于纳米材料制备领域。其制备方法包括以下步骤①将重量份数比为1～4∶1的丙烯酸与水混合，得溶液A；②称取可溶的锑盐与锡盐，加入到上述溶液A中，溶解，得均相体系B，其中Sb³⁺与Sn⁴⁺的摩尔份数比为1～15∶100，锡盐与溶液A的重量份数比为1～25∶100；③在搅拌的条件下，将重量含量为2～10％的过氧类引发剂的水溶液加入到均相体系B中，得溶液C；④将溶液C在60～100℃加热0.1～3h，然后在80～150℃干燥得到固体；冷却后研磨，并在空气氛围、450～900℃下，煅烧1～10h。采用本发明方法工艺流程简单，所制得的粉体粒度分布均匀、纯度较高。
文档编号B82B3/00GK101643200SQ200910075269
公开日2010年2月10日 申请日期2009年8月31日 优先权日2009年8月31日
发明者张光磊, 张建民, 李元庆, 梅世刚, 洪珊珊, 王建雷 申请人:石家庄铁道学院