一种锑掺杂纳米氧化锡（ATO）粉体的制备方法技术

本发明专利技术为一种锑掺杂纳米氧化锡(ATO)粉体的制备方法，特别是涉及一种应用于纳米电接触领域的锑掺杂纳米氧化锡(ATO)粉体的制备方法。基于目前ATO纳米粉体的溶胶‑凝胶制备工艺主要采用有机物、酒精等作为反应介质，这将导致乙醇的使用量及原料成本的昂贵。而采用水基溶胶‑凝胶法合成ATO粉体过程中溶胶配方体系的稳定工艺、烧结制度的优化设计是本发明专利技术所要解决的技术要点，因此，通过调控nSn/nSb摩尔比(Sn和Sb的摩尔比)、反应温度、烧结温度等工艺因素，所获ATO纳米粉体的平均尺寸在52nm范围，粉体分散性较好，Sb离子已掺入SnO2晶格并以固溶体形式存在，实现ATO粉体的稳定批量制备。所制备的ATO粉体将作为第二增强相被应用于银基电接触材料领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种掺杂型纳米粉体制备，特别是涉及一种应用于纳米电接触领域的锑掺杂纳米氧化锡(ATO)粉体的制备方法。
技术介绍
二氧化锡作为一种具有宽禁带(Eg＝3.8eV)的n型半导体材料，通过掺杂一定量的元素并合成一定尺寸的纳米粒子可以极大地改善其在光学、电学及气敏方面的性能。而锑掺杂二氧化锡(ATO)作为一种新型多功能透明导电材料，因具有良好的导电性、耐候性、稳定性以及浅色透明等优异特点而在AgSnO2电接触材料、电器等领域具有广阔的应用前景和发展潜力。大量研究表明，ATO粉体的导电特性与粉体的粒径大小、微观形貌等因素存在直接关联。目前，制备掺锑二氧化锡的方法主要有化学共沉淀法、水热法和溶胶-凝胶法等。华中科技大学的陶亮等人对共沉淀法合成ATO粉体的粒度分析表明，溶液pH值从1增至5时粉体的粒径呈下降趋势。H.J.Jeon等人采用水热法以酒精、1,4-丁二醇为溶剂合成了纳米级ATO粉体，发现烧结温度从400℃增至1000℃时，粉体的平均粒径在5～50nm范围，其中800℃条件下烧成粉体的平均粒径在10～15nm，随着Sb摩尔比例的增加，ATO粉体的平均粒径在5nm～30nm范围内波动，详情参见[MaterialsLetters,2005，59:1801-1810]。Zhong等人采用以酒精为有机溶剂、金属盐为原料的溶胶-凝胶法合成了球形ATO粉体，结果发现烧结温度对粉体平均粒度的影响比烧结时间更显著，详情参见[Particuology，2012.10:365-370]。总的说来，化学共沉淀合成过程中ATO粉体易出现颗粒团聚、粒径不一等现象，而溶胶-凝胶法可实现反应物在分子水平上的混合和掺杂且合成温度低，因此是ATO粉体较为理想的制备方法。然而，溶胶-凝胶法目前多以乙醇作为反应溶剂，以水为反应溶剂的研究则很少。鉴于后者不仅能大幅度降低常规溶胶-凝胶法制备ATO粉体时乙醇的使用量及原料成本，也能在粉体工业化量产时显著降低环保压力和工装复杂度，因而该方法具有较大的市场应用潜力，也将成为粉体绿色合成领域的研究热点。本专利技术采用水基溶胶-凝胶法通过调控nSn/nSb摩尔比(Sn和Sb的摩尔比)、反应温度、烧结温度等工艺合成了ATO粉体。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，提供一种锑掺杂纳米氧化锡(ATO)纳米粉体的制备方法。该方法制得的产品能够用于改善SnO2与Ag之间的润湿性以及电接触材料的电学性能，且反应合成条件简易、成本低廉。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种锑掺杂纳米氧化锡粉体的制备方法，所述的制备方法包括如下步骤：(1)前驱体溶液甲的配制：将原料柠檬酸、乙二胺四乙酸、氨加入水中混合均匀后得到的无色透明溶液即为前驱体溶液甲；所述柠檬酸：乙二胺四乙酸：氨的物质的量比为2～5：1：0.5；所述前驱体溶液甲中原料的总物质的量浓度为0.03～0.6mol/L；(2)前驱体溶液乙的配制：将物质的量比为1：6.67～20的三氯化锑和五水四氯化锡加入水中混合均匀后得到的无色透明溶液即为前驱体溶液乙；所述前驱体溶液乙中原料的总物质的量浓度为0.2～1.5mol/L；(3)锑掺杂纳米氧化锡粉体的制备：将前驱体溶液乙滴加入前驱体溶液甲中，形成均匀透明溶液后加入氨水调节pH值至7～9，形成溶胶；经陈化处理后形成湿凝胶，依次进行烘干、研磨、过筛、烧结操作，最终获得锑掺杂纳米氧化锡粉体。所述前驱体溶液甲与前驱体溶液乙的体积用量比为1：1～3。本专利技术步骤(1)中所述氨推荐以氨水的形式加入。进一步，步骤(1)和步骤(2)中的水优选均为去离子水。进一步，步骤(1)中所述的氨水的质量浓度为25％～28％，优选氨水质量浓度为28％。再进一步，步骤(3)中所述陈化时间为12～24h；更进一步，步骤(3)中所述烘干温度为80℃～100℃。通常推荐步骤(3)中所述过筛过程中所用筛为100～200目。具体的，步骤(3)中所述烧结温度为700～900℃，烧结时间3h～6h。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：(1)以水基代替醇基的溶胶凝胶工艺，可大幅度降低工业醇的用量，且工艺更加绿色、环保。(2)溶胶凝胶工艺可实现分子水平上锑离子和锡离子的掺杂，实现ATO粉体的均匀化合成。本专利技术的反应温度温和，工艺设备简易，容易实现批量合成。(3)本专利技术制备的Ni掺杂SnO2粉体的烧结温度在700～900℃，反应时间3～6h。消除了传统制备方法中的较高烧结温度，缩短反应周期，节省能耗。附图说明图1为实施例1的ATO纳米粉体的TEM图。图2(a)、(b)均为实施例1的ATO纳米粉体的光电子能谱(XPS)图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行进一步描述，但本专利技术的保护范围并不仅限于此：实施例1(1)前驱体溶液甲的配制按照摩尔比为2∶1:0.5的柠檬酸(C6H8O7)、乙二胺四乙酸(EDTA)和质量浓度为28％的氨水，采用电子天平分别相应地称取柠檬酸0.329g、乙二胺四乙酸0.250g和氨水用量0.053g，溶剂为100mL去离子水；将一定量的溶质添加至溶剂中，以磁力搅拌至完全溶解，然后采用玻璃棒移液至容量瓶中定容，配制成浓度为0.03mol/L的无色透明溶液，即前驱体溶液甲。(2)前驱体溶液乙的配制按照摩尔比为1:20的三氯化锑和五水四氯化锡分别称取三氯化锑0.217g和五水四氯化锡6.678g，添加至100mL去离子水中，以磁力搅拌至完全溶解，然后移液至容量瓶中定容，配制成总浓度为0.2mol/L的无色透明溶液，即前驱体溶液乙。(3)ATO纳米粉体的制备采用梨形分液漏斗将30mL前驱体溶液乙以滴加方式导入10mL前驱体溶液甲中形成均匀透明溶液。磁力搅拌均匀后缓慢滴加质量浓度为28％的氨水溶液，调节溶液pH至7，形成溶胶。经24h陈化处理后溶胶形成湿凝胶，80℃烘干；并将烘干所得粉体进行研磨，过200目筛。经研磨﹑过筛后的烘干粉体在700℃烧结6h，最终获得ATO纳米粉体。实施例2(1)前驱体溶液甲的配制按照摩尔比为3.5∶1:0.5的柠檬酸(C6H8O7)、乙二胺四乙酸(EDTA)和质量浓度为25％的氨水，分别相应地称取柠檬酸4.034g、乙二胺四乙酸1.753g和氨水用量0.420g，将上述称量好的溶质添加至100mL去离子水溶剂中，以磁力搅拌至完全溶解，然后采用玻璃棒移液至容量瓶中定容，配制成浓度为0.3mol/L的无色透明溶液，即前驱体溶液甲。(2)前驱体溶液乙的配制按照摩尔比为1:6.67的三氯化锑和五水四氯化锡分别称取三氯化锑2.974g和五水四氯化锡30.489g，添加至100mL去离子水中，以磁力搅拌至完全溶解，然后移液至容量瓶中定容，配制成总浓度为1mol/L的无色透明溶液，即前驱体溶液乙。(3)ATO纳米粉体的制备采用梨形分液漏斗将20mL前驱体溶液乙以滴加方式导入10mL前驱体溶液甲中形成均匀透明溶液。磁力搅拌均匀后缓慢滴加质量浓度为28％的氨水溶液，调节溶液pH至9，形成溶胶。经20h陈化处理后溶胶形成湿凝胶，90℃烘干；并将烘干所得粉体进行研磨，过100目筛。经研磨﹑过筛后的烘干粉体在900℃烧结3h，最终获得ATO纳米粉体。实施例3(1)前驱体溶液甲的配制按照摩尔比为5∶1:0.5的柠檬酸(C6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锑掺杂纳米氧化锡粉体的制备方法，其特征在于所述的制备方法包括如下步骤：(1)前驱体溶液甲的配制：将原料柠檬酸、乙二胺四乙酸、氨加入水中混合均匀后得到的无色透明溶液即为前驱体溶液甲；所述柠檬酸：乙二胺四乙酸：氨的物质的量比为2～5：1：0.5；所述前驱体溶液甲中原料的总物质的量浓度为0.03～0.6mol/L；(2)前驱体溶液乙的配制：将物质的量比为1：6.67～20的三氯化锑和五水四氯化锡加入水中混合均匀后得到的无色透明溶液即为前驱体溶液乙；所述前驱体溶液乙中原料的总物质的量浓度为0.2～1.5mol/L；(3)锑掺杂纳米氧化锡粉体的制备：将前驱体溶液乙滴加入前驱体溶液甲中，形成均匀透明溶液后加入氨水调节pH值至7～9，形成溶胶；经陈化处理后形成湿凝胶，依次进行烘干、研磨、过筛、烧结操作，最终获得锑掺杂纳米氧化锡粉体；所述前驱体溶液甲与前驱体溶液乙的体积用量比为1：1～3。

【技术特征摘要】
1.一种锑掺杂纳米氧化锡粉体的制备方法，其特征在于所述的制备方法包括如下步骤：(1)前驱体溶液甲的配制：将原料柠檬酸、乙二胺四乙酸、氨加入水中混合均匀后得到的无色透明溶液即为前驱体溶液甲；所述柠檬酸：乙二胺四乙酸：氨的物质的量比为2～5：1：0.5；所述前驱体溶液甲中原料的总物质的量浓度为0.03～0.6mol/L；(2)前驱体溶液乙的配制：将物质的量比为1：6.67～20的三氯化锑和五水四氯化锡加入水中混合均匀后得到的无色透明溶液即为前驱体溶液乙；所述前驱体溶液乙中原料的总物质的量浓度为0.2～1.5mol/L；(3)锑掺杂纳米氧化锡粉体的制备：将前驱体溶液乙滴加入前驱体溶液甲中，形成均匀透明溶液后加入氨水调节pH值至7～9，形成溶胶；经陈化处理后形成湿凝胶，依次进行烘干、研磨、过筛、烧结操作，最终获得锑掺杂纳米氧化锡粉体；所述前驱体溶液甲与前驱体溶液乙的体积用量比为1：1～3...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨芳儿，郑晓华，沈淑康，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33