专利名称：一种二氧化锡纳米棒的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种二氧化锡纳米棒的制备方法，尤其是连续化规模化地制备二 氧化锡纳米棒。
背景技术：
近年来，氧化物一维纳米结构的研究成为物理、材料、化学领域的热点课题。 氧化物一维纳米结构有着优异的物理和化学性质，同时又易于构建纳米器件以形 成工业化生产，它们在激光器件、纳米电子学、纳米光子学以及未来新一代集成 电路设计里有广阔的应用前景。在传统领域，二氧化锡是一种性能优良的半导体 氧化物材料，它具有宽的带斷3.6eV)、低的电阻率(10"—l(T^cm)以及其他半 导体中少见的高透光性，因而是理想的太阳能电池电极和传感器材料。当今，开 始以氧化锡纳米棒制成的场效应晶体管、高灵敏度化学传感器、高能锂电池和太 阳能染料电池等引起了国际关注。目前，二氧化锡纳米棒状结构的合成方法主要 包括水热法、热沉积法、熔盐法、模板法等，虽然上述方法具有操作简单、可控 性强等优点，但复杂的后处理工艺、高能耗和小产量极大地限制了二氧化锡纳米 棒状材料连续规模化的生产。因此，开发一种连续规模化生产二氧化锡纳米棒的 方法具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种二氧化锡纳米棒连续规模化的制备方法，以克服 现有技术所存在的上述缺陷。
本发明的构思是这样的
将SnCU、 FeCl3的乙醇溶液经注射泵加入蒸发器，由于乙醇和SnCl4的沸点 分别为78.4。C和114.4°C，加之FeCl3含量极少，所以溶液完全汽化形成混合蒸 汽。该混合蒸汽同空气混合后由中心管的烧嘴进入高速射流不锈钢反应器，即从 烧嘴喷出后进入到氢气燃烧形成的环形火焰内部，同时部分乙醇也被引燃。掺杂元素铁在火焰过程中的两个阶段可以影响颗粒的形成和形貌首先，在火焰的初 始阶段，掺杂元素铁通过影响初始团簇的形成、烧结和生长速率来影响初生颗粒 的尺寸；在火焰的后续阶段，随着气体温度降低，掺杂元素铁开始影响晶体结构 的形成，从而抑制了 (100)面的生长。最终棒状结构的形成可以认为是颗粒在 后半阶段退火重整并沿(001)面取向生长的结果。通过延长不锈钢反应器的长 度可以增加颗粒在火焰中的停留时间，进而强化这一过程，得到产率较高的二氧 化锡纳米棒状结构。
本发明所述的制备方法，其特征在于，包括如下步骤-
将四氯化锡、三氯化铁和乙醇均匀混合得到液体混合物，利用注射泵加入蒸 发器汽化同预热的空气混合，通过设置在燃烧反应器顶部烧嘴的中心管进入长度 可调的反应器(可以是不锈钢材质的)，在反应器内进行充分水解反应，并在铁 元素的诱导作用下取向生长形成纳米棒状结构，反应温度为1000 2000°C;最 终生成棒状结构二氧化锡，可从燃烧反应器顶部排出并收集，尾气则经过HC1 吸收塔后排空。所得棒状结构二氧化锡的长度为100 400nm，宽为20 80nm， 长径比为5 20，分散性较好。
通过以下工艺参数的调整来控制合成二氧化锡纳米棒的长度和长径比
四氯化锡和三氯化铁的乙醇溶液质量浓度为10 20%，锡和铁的摩尔比为 10: 1 100: 1，中心管的空气进量与上述溶液进料量的比例为l 2m3/h: 2 5ml/min;
不锈钢管反应器的长度同颗粒在火焰中的停留时间成正比，其长度可以为 20cm 80cm;
四氯化锡、三氯化铁和乙醇的混合溶液，利用注射泵加入温度范围为200 30(TC的蒸发器汽化。
采用本发明的方法制备二氧化锡棒状结构，设备工艺简单，不需任何基板， 周期短产量高，可连续规模化生产，易于工业化实施。且所得结构均匀可控、结 晶性良好，具有极广泛的应用前景。
图1为本发明实施例的生产流程示意图2为本发明实施例1产物的电镜照片；图3为本发明实施例2产物的电镜照片。
具体实施例方式
通过以下实施例的说明将有助于理解本发明，但并不限制本发明的内容。
实施例 1
二氧化锡纳米棒的连续规模化制备方法的流程图如图1所示，SnCU和FeCl3 (Sn: Fe的摩尔比为10: 1)的无水乙醇溶液(质量分数为18%)利用注射泵 加入蒸发器同空气混合，进料速率为2ml/min，空气流量为1.5m3/h，预热温度为 250°C，蒸发器温度控制在250°C，汽化后经烧嘴中心管进入反应器，反应器长 度为50cm，由于反应器的长度同颗粒在火焰中的停留时间成正比，此反应器的 长度可以在20cm 80cm之间调整。反应器长度过短起不到延长火焰长度的目 的，过长会导致颗粒过度烧结，团聚现象严重，因此选择上述长度范围进行操作。 前驱体的水解反应在燃烧室内进行，水解反应温度为150(TC，在铁元素的诱导 作用下取向生长生成棒状结构，从燃烧反应器顶部排出收集，尾气经过HC1吸 收塔后排空。为防止混合蒸汽传输过程中冷凝，蒸发器和传输管道全部恒温 250°C。所得产物的平均直径为40nm，长度为300mn,长径比为IO左右，其电镜 照片如图2所示。
实施例2
二氧化锡纳米棒的连续规模化制备方法的流程图如图1所示，SnCU和FeCl3 (Sn:Fe的摩尔比为100: 1)的无水乙醇溶液(质量分数为20%)利用注射泵加 入蒸发器同空气混合，进料速率为5ml/min，空气流量为1.5mVh，预热温度为 300°C，蒸发器温度控制在30(TC，汽化后经烧嘴中心管进入燃烧反应器，反应 器长度为30cm，由于反应器的长度同颗粒在火焰中的停留时间成正比，此反应 器的长度可以在20cm 80cm之间调整。前驱体的水解在燃烧室内进行，水解反 应温度为2500°C，在铁元素的诱导作用下取向生长最终生成棒状结构，从燃烧 反应器顶部排出收集，尾气经过HC1吸收塔后排空。为防止混合蒸汽传输过程 中冷凝，蒸发器和传输管道全部恒温300。C。所得产物的平均直径为50rnn，长度 为250nm，长径比为5左右，其电镜照片如图3所示。
权利要求
1、一种二氧化锡纳米棒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤首先，将四氯化锡、三氯化铁和乙醇均匀混合得到液体混合物；然后，利用注射泵将所述液体混合物加入蒸发器中汽化并同预热的空气混合得到气体混合物，所述气体混合物通过设置在燃烧反应器上的烧嘴的中心管进入长度可调的反应器，在所述反应器内进行充分水解反应，并在所述三氯化铁的铁元素诱导作用下取向生长形成纳米棒状结构，所述水解反应温度为1500～2500℃；最终得到二氧化锡纳米棒。
2、 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述液体混合物的质量浓度为10 20%，其中锡元素与铁元素的摩尔比为10: 1 100: 1，所述中心管的空气进量与所述液体混合物的进料量的比例为l 2m3/h: 2 5ml/min。
3、 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述反应器的长度同所述气体混合物的颗粒在火焰中高温区的停留时间成正比，且所述反应器的长度为20cm 80cm。
4、 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述蒸发器中汽化操作的温度范围为200 300°C。
5、 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二氧化锡纳米棒的长度为100 400nm，宽度为20 80ran，长径比为5 20。
6、 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述反应器是不锈钢材质的。
全文摘要
本发明涉及一种二氧化锡纳米棒的制备方法，将四氯化锡、三氯化铁和乙醇均匀混合后，利用注射泵匀速加入蒸发器中汽化同预热的空气混合，通过设置在燃烧反应器顶部的烧嘴进入长度可调的不锈钢管反应器，进行水解反应，反应温度为1500～2500℃，在铁元素的诱导作用下取向生长最终生成一种二氧化锡棒状结构；从燃烧反应器顶部排出收集，尾气经过HCl吸收塔后排空；采用本发明的方法制备二氧化锡棒状结构，设备工艺简单，不需任何基板，周期短产量高，可连续化规模化生产，易于工业化实施。
文档编号C01G19/02GK101462764SQ20091004492
公开日2009年6月24日 申请日期2009年1月6日 优先权日2009年1月6日
发明者杰 刘, 姜海波, 李春忠, 胡彦杰 申请人:华东理工大学