专利名称：一种锑掺杂氧化锡纳米孔透明导电膜的制备方法
技术领域：
本发明属于锑掺杂氧化锡纳米孔透明导电膜的制备领域，特别是涉及一种锑掺杂氧化锡纳米孔透明导电膜的制备方法。
背景技术：
随着科学技术、计算机硬件和各种电子产品的迅速发展和普及，材料技术、通信技术、人工智能、生物学及其他先进技术的成功结合使氧化锡透明导电膜更具有时尚、实用、功能性。目前二氧化锡透明导电膜主要应用于薄膜太阳电池，如非晶硅太阳电池、碲化镉/硫化镉太阳电池、染料敏化纳米电化学太阳能电池，还用于液晶显示器件、场致发光器件、光传感器等光电器件的透明电极，作为透明电阻，用于飞机、汽车灯的除霜玻璃窗，作为钠 灯灯泡镀层，起增强发光效率的作用，作为玻璃光导纤维的镀层，可增加隔离效果。锑掺杂氧化锡具有高导电性、高透光率、高红外反射率、高紫外吸收率、耐高温、抗腐蚀、机械稳定性好等特异的光学、电学、热学性能，并且锑元素不属于稀有金属，具有最优的性价比，因此，关于锑掺杂氧化锡的研究开发受到了广泛关注。锑掺杂氧化锡作为透明导电膜材料，其制备和应用研究在国内外相当广泛。ATO透明导电膜在太阳能电池、智能窗、电致变色材料、静电塑料、化纤、高分子膜、显示器用防辐射抗静电薄膜材料，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，是一种极具发展潜力的新型导电材料。锑掺杂氧化锡透明导电膜的制备方法很多如热喷涂、化学气相沉积、真空溅射等。近年来溶胶-凝胶制备技术弓I人注目，与其他方法相比，溶胶-凝胶技术制备锑掺杂氧化锡透明导电膜具有组成均匀、成本低廉、可大面积成膜等优点。目前，溶胶-凝胶法合成掺锑氧化锡薄膜的方法主要有两种一种通过锡的醇盐的水解聚合形成溶胶。这种方法避免了杂质的引入但前驱体成本较高且溶液稳定性不够好。另一种方法是由四氯化锡或二氯化锡醇溶液加入碱生成沉淀，然后通过胶溶作用成为二氧化锡溶胶，再由该溶胶成膜。
发明内容
发明目的针对上述现有存在的问题和不足，本发明的目的是提供了一种锑掺杂氧化锡纳米孔透明导电膜的制备方法，该方法简单，成本低，易于实现工业化生产所得锑掺杂氧化锡纳米孔透明导电膜结构致密，包覆均匀，且具有良好的可见透光性和导电性。技术方案为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案一种锑掺杂氧化锡纳米孔透明导电膜的制备方法，包括以下步骤a、称取摩尔比为I 16:100的锑盐和锡盐，并溶于无水乙醇山、然后加入占锡盐摩尔百分比为0. 5 4%的表面活性剂，调节pH值，得到澄清溶液；c、通过提拉法在玻璃上镀膜，得到导电膜玻璃；d、上述导电膜玻璃在70 120°C下干燥0. 5 2h后，并在80 140°C热蒸汽中结晶反应I 8h ;e、结晶完成后的导电膜玻璃，在400°C下焙烧I 4h，得到高度有序透明锑掺杂氧化锡纳米孔导电膜。作为优选，所述锑盐为氯化锑、硝酸锑或硫酸锑。作为优选，所述锡盐为无水氯化锡、硝酸锡或硫酸锡。作为优选，所述玻璃为普通玻璃或超白玻璃。作为优选，步骤c所述提拉法在提拉机作用下，玻璃的下降和上升速度为6到20mm/S之间，在溶液中停滞时间为20S到60S之间，并且控制提拉机的相对湿度为5到50%，镀膜的重复次数介于I到10次之间。有益效果与现有技术相比，本发明具有以下优点得到的高度有序透明锑掺杂氧化锡纳米孔导电膜电导率为3. 54X 10+1. 02 X 10-3S/cmo运用热蒸汽处理法得到结构高度有序透明的锑掺杂氧化锡纳米孔导电膜，提高透明纳米孔导电膜的结构有序性、导电膜纳米粒子的尺寸均一性、掺杂元素的分散均匀性，以及良好的热稳定性，从而得到更加优良的导电性能，进而得到低能耗、低成本，且具有良好光学性能的导电玻璃。
图I为本发明制备的导电膜掠入射小角X衍射图(GISAXS)图；其中图IA为热蒸汽处理后导电膜的GISAXS图，图IB为400°C处理后导电膜的GISAXS 图2为本发明制备的导电膜在不同处理条件下的广角XRD衍射 图3为400°C条件下焙烧后的导电膜的透射电镜(TEM)图，以及电子选取衍射图(SAED)。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。实施例I
在室温下，称取0. 14g三氯化锑和0. 9896g四氯化锡，溶解于无水乙醇中，加入0. 4836g的表面活性剂F127，然后加入I. 92ml浓盐酸，混合均匀得到澄清溶液。将超声清洗的2mm之间厚的玻璃放在提拉机的夹子上，固定玻璃。启动提拉机，玻璃的下降和上升速度为IOmm/S，在溶液中停滞时间为30S，并且控制提拉机的相对湿度为10%，镀膜的重复次数为5次。上述新制备的导电膜玻璃100°C干燥2h，将干燥后的导电膜玻璃放入120°C热蒸汽中结晶反应8h。结晶反应完成后，400°C条件下焙烧4h，得到高度有序透明锑掺杂氧化锡纳米孔导电膜。图I为薄膜不同温度处理条件下的GISAXS图，热蒸汽处理后的导电薄膜具有良好的有序性，不仅一次结构有序，而且二次结构也同样有序，如图IA所示；当400°C条件下焙烧4h后，导电膜的结构有序性没有被破坏，在焙烧的过程中薄膜内的表面活性剂被去除，导电膜的二次结构衍射增强，如图IB所示。图2为薄膜不同温度处理条件下的宽角X射线衍射图，结果表明，氧化锡为四方金红石结构，衍射峰明显，由Scherrer公式对薄膜粒子(100)晶面计算得到热蒸汽处理后的薄膜和400°C条件下焙烧4h后的晶粒尺寸分别为2和7nm。图3为薄膜的透射电镜照片，纳米粒子粒径为7nm左右，与XRD得到的结果一致。薄膜的结构有序，纳米孔沿着110晶面长程有序的排列，平均孔径为Ilnm左右。电性能测试表明所制备的高度有序锑掺杂氧化锡透明纳米孔导电膜的导电率为3.6X10_4 S/cm。实施例2
在室温下，称取0. 19g三硝酸化锑和1.4067g四硝酸化锡，溶解于无水乙醇中，加入0. 4836g的表面活性剂F127，然后加入I. 92ml浓盐酸，混合均匀得到澄清溶液。将超声清洗的2mm之间厚的玻璃放在提拉机的夹子上，固定玻璃。启动提拉机，玻璃的下降和上升速度为10mm/S，在溶液中停滞时间为30S，并且控制提拉机的相对湿度为10%，镀膜的重复次数为5次。上述新制备的导电膜玻璃100°C干燥2h，将干燥后的导电膜玻璃放入120°C热蒸汽中结晶反应8h。结晶反应完成后，400°C条件下焙烧4h，得到高度有序透明锑掺杂氧化锡纳米孔导电膜。薄膜的X射线衍射图，结果表明，氧化锡为四方金红石结构，衍射峰明显，由Scherrer公式对薄膜粒子(100)晶面计算得到晶粒尺寸为5_10nm。薄膜的透射电镜照片，纳米粒子粒径为6nm左右，与XRD得到的结果基本一致。薄膜的结构有序,纳米孔沿着110 晶面长程有序的排列。电性能测试表明所制备的高度有序锑掺杂氧化锡透明纳米孔导电膜的导电率为9. 6 X 1(T4 S/cm。实施例3
在室温下，称取0. 16g三硫酸化二锑和I. 3313g硫酸化锡，溶解于无水乙醇中，加入0. 4836g的表面活性剂F127，然后加入I. 92ml浓盐酸，混合均匀得到澄清溶液。将超声清洗的2mm厚的玻璃放在提拉机的夹子上，固定玻璃。启动提拉机，玻璃的下降和上升速度为10mm/S，在溶液中停滞时间为30S，并且控制提拉机的相对湿度为10%，镀膜的重复次数为5次。上述新制备的导电膜玻璃100°C干燥2h，将干燥后的导电膜玻璃放入120°C热蒸汽中结晶反应8h。结晶反应完成后，400°C条件下焙烧4h，得到高度有序透明锑掺杂氧化锡纳米孔导电膜。薄膜的X射线衍射图，结果表明，氧化锡为四方金红石结构，衍射峰明显，由Scherrer公式对薄膜粒子(100)晶面计算得到晶粒尺寸为5_10nm。薄膜的透射电镜照片，纳米粒子粒径为5nm左右，与XRD得到的结果基本一致。薄膜的结构有序，纳米孔沿着110晶面长程有序的排列。电性能测试表明所制备的高度有序锑掺杂氧化锡透明纳米孔导电膜的导电率为I. 02X10。S/cm。本发明的制备方法充分发挥溶胶凝胶的方法，通过化学方法配制胶体溶液，然后通过溶剂的蒸发及胶粒间的缩聚反应形成凝胶。在低温下对凝胶进行蒸汽处理，使胶粒快速转变为晶粒。这些晶粒具有纳米级尺寸，平均粒径为8nm左右,并且排列有序有利于电子的传输；本发明的制备工艺简单，对设备的要求不高，易于工业化生产；本发明所得到的高度有序锑掺杂氧化锡透明纳米孔导电膜的结构致密，纳米孔排列长程有序，且具有良好的透光率和导电性。
权利要求
1.ー种锑掺杂氧化锡纳米孔透明导电膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤 a、称取摩尔比为I 16:100的锑盐和锡盐，并溶于无水こ醇； b、然后加入占锡盐摩尔百分比为O.5 4%的表面活性剤，调节pH值，得到澄清溶液； C、通过提拉法在玻璃上镀膜，得到导电膜玻璃； d、上述导电膜玻璃在70 120°C下干燥O.5 2h后，并在80 140°C热蒸汽中结晶反应I 8h ; e、结晶完成后的导电膜玻璃，在400°C下焙烧I 4h，得到高度有序透明锑掺杂氧化锡纳米孔导电膜。
2.根据权利要求I所述锑掺杂氧化锡纳米孔透明导电膜的制备方法，其特征在于所述锑盐为氯化锑、硝酸锑或硫酸锑。
3.根据权利要求I所述锑掺杂氧化锡纳米孔透明导电膜的制备方法，其特征在于所述锡盐为无水氯化锡、硝酸锡或硫酸錫。
4.根据权利要求I所述锑掺杂氧化锡纳米孔透明导电膜的制备方法，其特征在于所述玻璃为普通玻璃或超白玻璃。
5.根据权利要求I所述锑掺杂氧化锡纳米孔透明导电膜的制备方法，其特征在于步骤c所述提拉法在提拉机作用下，玻璃的下降和上升速度为6到20mm/S之间，在溶液中停滞时间为20S到60S之间，并且控制提拉机的相対湿度为5到50%，镀膜的重复次数介于I到10次之间。
全文摘要
本发明公开了一种锑掺杂氧化锡纳米孔透明导电膜的制备方法，包括以下步骤称取摩尔比为1～16:100的锑盐和锡盐，溶于无水乙醇；再加入占锡盐摩尔百分比为0.5～4%的表面活性剂，调节pH值，得到澄清溶液；通过提拉法在玻璃上镀膜，得到导电膜玻璃；接着在70～120℃下干燥0.5～2h后，在80～140℃热蒸汽中结晶反应1～8h；结晶完成后的导电膜玻璃，在400℃下焙烧1～4h。本发明制备工艺简单；且获得的锑掺杂氧化锡纳米孔导电膜电导率为3.54×10-4~1.02×10-3S/cm，在较低温度下对凝胶进行蒸汽处理，使胶粒快速转变为晶粒。这些晶粒具有纳米级尺寸，平均粒径为8nm左右，并且排列长程有序有利于电子的传输。
文档编号C03C17/23GK102815872SQ201210328808
公开日2012年12月12日 申请日期2012年9月6日 优先权日2012年9月6日
发明者邵绍峰, 刘海洋, 刘峰, 贾艳刚 申请人:中电电气(南京)太阳能研究院有限公司