可溶性金属氧化物和金属氧化物溶液制造技术

本发明专利技术涉及可溶性的金属氧化物和混合金属氧化物，并且涉及包含金属氧化物和混合金属氧化物的溶液。本发明专利技术进一步涉及制备可溶性金属氧化物和可溶性混合金属氧化物的方法，并且另外涉及一种用于改进可溶性金属氧化物的溶解性的方法。该金属氧化物、混合金属氧化物及其溶液具有许多应用，并且特别适合用作催化剂以及用作用于形成金属薄膜的前体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及可溶性金属氧化物和可溶性混合金属氧化物。本专利技术还涉及包含金属氧化物的溶液和包含混合金属氧化物的溶液。本专利技术进一步涉及制备可溶性金属氧化物的方法和制备可溶性混合金属氧化物的方法，并且还进一步涉及改进可溶性金属氧化物的溶解性的方法。在本说明书中，术语“金属氧化物”是指其中氧与金属结合的化合物。在本说明书中，术语“颗粒”是指平均尺寸为100埃或更小的微晶结构。金属氧化物，特别是氧化锡在许多涂料应用中起到重要的作用(a)家庭用的玻璃器皿和瓶子含有薄的氧化锡涂层以极大地增强抗冲击性。更厚的涂层赋予了彩虹色的外观，这提供给玻璃物品吸引人的装饰。(b)窗玻璃上薄的氧化锡涂层用于在冬天向内反射户内的热并且在夏天减少太阳能加热。(c)导电的氧化锡薄膜在许多重要器件，包括吸收光的太阳能电池、电镀铬电池和液晶显示器的结构中起到了作为透明电极的重要作用。导电的氧化锡薄膜还可以应用于汽车和飞机的挡风玻璃。(d)薄的氧化锡涂层被用于提高表面的粘合特性。氧化铝上的氧化锡涂层可被用于增强高铝牙科陶瓷材料的粘合性。(e)氧化锡薄膜可以在许多应用和工业中作为气敏元件使用。(f)金属氧化物涂层减少了表面摩擦并且因此应用于发动机、髋部替换物和展幅机中的活动部件。(g)金属氧化物涂层还在其他应用例如用于制备工业催化剂中具有重要的作用。在这些应用中，催化剂制备方法和以前的历程对于催化性能而言极其重要。由金属氧化物和其他金属化合物制备金属氧化物薄膜和涂层的现有方法包括a)真空技术例如化学汽相沉积(CVD)、电子束蒸发和反应溅射。化学汽相沉积是由于热-化学汽相反应而使得薄的固体薄膜生长。然而，该技术需要特殊的设备例如真空室和使用合适的挥发性金属前体。将要涂覆的物体的尺寸受到真空室的大小的限制。此外，为了使前体材料汽化，则有相关联的保持所需的高真空和准确的热控制的高成本。b)合适的金属化合物的蒸汽在热的基材表面上热解/水解。在大规模工业的瓶子的氧化锡涂层情形中，该技术被采用并且需要使用四氯化锡和三氯化丁基锡作为前体。四氯化锡是高度腐蚀性的苛性液体，其有毒性并且对环境有害。在水解和随后的氧化锡薄膜成型期间，这两种化合物产生了腐蚀性的氯化氢气体。c)前体溶液、溶胶或溶剂分散液从基材表面上蒸发。前体溶液、溶胶和分散液广泛地落入以下两种类型的范畴。(i)可以将含有金属化合物(通常是醇盐)的溶液涂覆到基材上并且然后可以进行水解以得到金属氧化物。仅仅是在基材表面上的金属醇盐全部水解而得到氢氧化物或水合氧化物，之后将其加热至500℃范围内的非常高的温度得到氧化物之后才得到所需的氧化物。这是一个缓慢的过程并且需要精确地化学控制前体溶液。另外，该金属氧化物不能有效地用于下游步骤例如薄膜成型中的改进。将理解的是为了得到氧化物，该方法是必须的，因为含有金属化合物的溶液在任何阶段不含有金属氧化物而是仅仅含有金属氧化物的前体。(ii)含有以分散胶体或溶胶形式的分散的金属氧化物的溶剂。溶胶被定义为由合适的分散介质和分布贯穿分散介质的胶体物质所组成的胶体溶液。必须加入分散剂以提高氧化物的分散性。可以通过一些技术将这些溶液、溶胶、胶体和分散液涂覆，这些技术包括旋涂、幕涂流动涂覆、弯液面涂覆、浸涂、辊涂或气溶胶涂覆。涂覆方法取决于许多因素，这些包括溶液、溶胶、胶体和分散液的物理性质和稳定性以及将要涂覆的表面的大小和形状。涂覆技术例如旋涂适合于小规模的涂覆，而一些技术例如幕涂流动涂覆和气溶胶涂覆适合于大规模的涂覆。气溶胶涂覆特别适合于不规则形状的物体的涂覆。(c)的涂覆方法优于在(a)和(b)中所述的那些，因为它们显著地更廉价并且更容易使用。此外，它们更适合于大的和不规则形状的物体的涂覆。当将要被制成薄膜的材料处于溶液中时，(c)中所述的技术运行得最好。因此，溶液中的金属氧化物将证明采用这些技术特别地有利。此外，可溶于一定范围的溶剂的金属氧化物将提供在这些应用中的提高的通用性。PCT出版物No.WO03/027191披露了一种可固化的液态树脂组合物，该组合物包含金属氧化物、有机化合物、在分子中含有两个或多个可聚合的不饱和基团的化合物、特定的亚烷基二醇有机溶剂和聚合引发剂。这些金属氧化物分散在该液体树脂组合物中。欧洲专利出版物No.1243631披露了一种基于导电性粉末和导电性涂料的分散液的有机溶剂，该分散液包含在氧化锡颗粒的表面上涂覆有有机金属偶联剂的导电性氧化锡颗粒和用于实现分散性的盐形式的分散剂。美国专利No.6399688披露了一种包含金属氧化物、亲水性粘合剂、硅胶和溶剂的涂料组合物。以上组合物的缺点在于需要分散剂，而在薄膜制备期间难以或者不可能将其除去。实际上，正是分散剂的这种特征使得它们在许多情况下是不令人希望的。分散剂通常是不利的，因为在制备所需的薄膜期间不能将它们除去。此外，当试图将分散液中的氧化锡颗粒改性时，分散剂的存在可能存在困难。例如，分散剂可能阻碍金属掺杂剂或所需的表面基团加入氧化锡颗粒中。欧洲专利申请No.1152040披露了一种用于形成透明的导电薄膜的含水涂料溶液、一种制备透明的导电性氧化锡薄膜的方法和一种透明的导电性氧化锡薄膜。该涂料溶液可以由氧化锡制备并且通过将水合氧化锡加入蒸馏水并且使pH达到至少10的值而制得。这类溶液的缺点在于，其由于涉及到高的pH而是腐蚀性的并且将因此不适合于某些应用。另外，因为该溶液主要是水溶液并且其不能被用于需要有机溶剂的任何应用。此外，不可能将可溶性金属氧化物从该溶液中提取出来并且将其以这种状态储存。因此，需要一种适合用于许多应用的金属氧化物溶液。还需要一种可溶于一定范围的溶剂的可溶性金属氧化物。专利技术概述根据本专利技术，提供了一种可溶性金属氧化物，其包含一种或多种金属氧化物微晶颗粒；每一微晶颗粒包含多个金属和氧部分；与至少一个金属部分连接的内部有机结合基团；和与至少一个内部有机结合基团连接的外部有机结合基团。提供可溶性金属氧化物的优点在于其可以溶于溶剂而提供溶液或者以该形式作为粉末储存并且溶于合适的溶剂中而形成溶液。因此，该可溶性金属氧化物极其可塑造，因为可以将其用于提供可适合于任何应用的多种溶液。另外，该可溶性金属氧化物形成了真溶液，因此消除了对所不希望的添加剂例如分散剂的需要。溶液中的金属氧化物微晶是显著化学活性的，这使得在溶解性没有损失的情况下可容易地实现溶液中的微晶的显著改性以满足特定的功能性要求。此外，当溶于溶液时，金属氧化物的表面与当金属氧化物分散在分散液或树脂中或者以凝胶的形式时相比更加化学活性。另外，由于溶液中的金属氧化物的提高的表面活性和化学反应性，因此它们可被用于制备掺杂的并且导电的用于电子工业的金属氧化物薄膜和用于一些应用的气敏设备。优选地，每一微晶颗粒进一步包含至少一个羟基。进一步优选地，每一内部有机结合基团通过共价键与每一金属部分连接；和每一外部有机结合基团通过氢键与每一内部有机结合基团连接。含有内部和外部有机结合基团的优点在于它们能够提高金属氧化物颗粒在有机溶剂中的溶解性。直接与金属氧化物结合的内部有机结合基团通常不会产生溶解性。然而，由于它们的存在对于足够量的外部有机结合基团与金属氧化物连接而言是绝对必要的，因此仍然需要它们。外部有机结合基团控制金属氧化物的溶解性。然本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可溶性金属氧化物，其包含：　　　　一种或多种金属氧化物微晶颗粒；　　　　每一微晶颗粒包含多个金属和氧部分；　　　　与至少一个金属部分连接的内部有机结合基团；和　　　　与至少一个内部有机结合基团连接的外部有机结合基团。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：PD克宁翰，J麦克马纳斯，
申请(专利权)人：高尔韦爱尔兰国立大学，
类型：发明
国别省市：IE[爱尔兰]