形貌可控的氧化铟纳米晶的制备方法技术

一种形貌可控的氧化铟纳米晶的制备方法，其特征在于以铟的化合物的甲醇或乙醇溶液为前驱体，在含ＮａＯＨ或ＫｏＨ的甲醇或乙醇溶液中醇解，然后醇解后的悬浮液放入反应釜中通过醇热反应制成；所述的前驱体中铟的质量百分浓度为０．５－１０％，或前驱体中掺杂质量百分量为０．１－１０ａｔ％，过渡金属离子分别制成不掺杂或掺杂氧化铟纳米晶，纳米晶呈纳米立方块或纳米棒，产率高达８０％。掺杂Ｉｎ↓［２］Ｏ↓［３］显示出的磁性能可用掺杂量、醇热时间和温度调节。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，更确切地说本发 明是一种以铟化合物为原料，利用简单的溶剂热法制备氧化铟纳米立方块或 纳米棒的方法，属于纳米材料范畴。
技术介绍
氧化铟(ln203)是一种重要的半导体材料，它的直接带隙宽度大约是 3.6 eV，间接带隙约为2.6eV。氧化铟广泛用于微电子令页域，如光电子器件， 太阳能电池，液晶显示器和气敏传感器等。纯的氧化铟有比较弱的导电性能。 掺Sn后其薄膜可见光透过率大幅提高，从20世纪60年代开始，掺Sn的氧 化铟就成为主要的透明导电材料，至今仍没有其他材料能够取代它。进入七 十年代后，伴随着液晶显示的发展，用于透明电极的铟锡氧化物的研究开发又进一步推动了对氧化铟的研究。除了用作透明导电薄膜材料，氧化铟在气 敏传感器方面也有重要应用，它作为气敏传感器具有较好的稳定性。将氧化 铟制成纳米尺寸以后，其比表面积大大增加，使得粒子表面势垒的高度与厚 度及晶粒颈部的有效电阻都起了显著变化，晶粒表面活性大大提高，这样就 使其对气体的吸附、脱附、及氧化还原反应可以在较低的温度下进行，从而 降低工作温度，縮短响应时间，例如，禾偶溶剂热结合高温退火制备的的氧 化铟纳米立方块，边长约在100—200nm，具有极高的气敏度。过渡金属离子掺杂的氧化铟同时是一种稀磁半导体，即在半导体中由磁 性过渡族金属离子或稀土金属离子部分地替代非磁性阳离子所形成的特殊 半导体。稀磁半导体在物理学、结晶学、光学、电学等方面表现出一些独特的性质，因而具有广泛的应用前景。同时纳米尺寸的稀磁半导体在微电子器 件、自旋电子器件上有潜在的应用。近几年来，掺杂磁性过渡金属离子或稀 土金属离子的氧化铟材料引起了广泛的研究兴趣，已经有文献报道合成了具 有室温铁磁性的氧化铟薄膜和块体材料，而未见过渡金属离子掺杂的氧化铟 纳米材料的报道。目前，制备纳米氧化铟主要是高温汽相法和液相法。其中液相法所需温 度较低，利于大规模生产，而目前文献报道中的液相法主要包括沉淀法和水 热/溶剂热法，为了得到最终产品，都需要经过煅烧步骤，同时由于煅烧，样 品的形貌很难控制，容易塌陷，且形成的晶体为多晶。溶剂热法是在一个密封的容器中，加热反应器使其反应温度超过溶剂的 沸点。溶剂热法近来已被广泛用于纳米材料的制备。这种方法的优点是所得 到的产物通常是高度结晶的，分散性好，同时反应条件容易控制。通过筛选 溶剂，调节反应温度，反应时间及前驱物浓度，利用溶剂热法直接合成了形 貌均匀的未掺杂和金属离子掺杂的氧化铟纳米立方块和纳米棒，并具有高的 产率。
技术实现思路
针对上述现状，本专利技术的目的在于提供一种利用简单的溶剂热法高产率 制备单分散的不掺杂或掺杂形貌可控氧化铟纳米晶的方法。本专利技术通过以下 工艺过程实施不掺杂的氧化铟纳米晶是以铟的化合物的甲醇或乙醇溶液为前驱体，在含NaOH或KoH的甲醇或乙醇溶液中醇解，然后醇解后的悬浮液放入反应 釜中通过醇热反应制备而成；所述的前驱体中铟的质量百分浓度为0.5%—10%;所述的NaOH或KoH的质量百分浓度为0.4%—7.5%;反应釜的醇热反 应温度为200—25(TC。具体制备步骤是 a) 将硝酸铟、氯化铟或醋酸铟中的一种铟的化合物加入到甲醇或乙醇 中，磁力搅拌而生成含铟的前驱体；b) 将氢氧化钠或氢氧化钾溶于甲醇或乙醇中，配制成强碱的醇溶液，c) 在室温下将步骤(b)配制的醇溶液缓慢滴入步骤(a)制取的铟化 合物的醇溶液中，同时不断的搅拌，进行醇解，形成白色沉淀或胶状物，d) 将步骤(c)得到的白色沉淀或胶状物连同甲醇或乙醇溶剂一起转入 反应釜中，密封；e) 将反应釜加热到200—25(TC醇热反应；再冷却至室温；f) 收集沉淀物，用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤和真空抽滤后的滤饼于 80'C，烘干过筛而制备成氧化铟纳米晶。醇解后悬浮液占反应釜内衬体积的60%—90%;反应保温时间为IO —30h。反应釜的加热是将其放入烘箱或马弗炉实施的，升温速率为5 — 10。C/min。使用甲醇溶液最后制得纳米晶为单晶结构，呈规则的立方块，且在可见 光区域内是透明的。掺杂的氧化铟纳米晶则是将硝酸铟、氯化铟或醋酸铟中的一种铟的化合 物加入到甲醇或乙醇溶液中，同时掺杂过渡金属离子磁力搅拌混匀，制成前 驱体；前驱体中铟的质量百分浓度为0.5 — 10%;掺杂的过渡金属离子为Fe、 Co、Ni、 Cu、 Cr和Mn中一种或两种，过渡金属离子的掺杂量为0.1 —10at%。 其余步骤同上述(b) ~ (f)以及相关描述。本专利技术提供的制备方法制备的不掺杂或掺杂ln203纳米晶的特性是-(1)使用甲醇作溶剂制备的不掺杂的氧化铟产物的X射线粉末衍射图 如图1所示。在图1中，所有的衍射峰都可以被标定为立方相的ln203 ，并 与文献值符合很好(JCPDS No. 71-2194)，根据图计算出的晶格常数a =1.012 nm，与理论值a=1.0117nm吻合的很好。本专利技术制备的未掺杂氧化铟的典 型微观结构如图2， 3所示，大多数纳米晶为规则的立方块，尺寸约60nm， 分散性较好，无明显团聚。从高分辨透射电镜照片可以看出，纳米晶为单晶 结构，结晶良好。图4是合成的未掺杂氧化铟的室温紫外一可见吸收光谱，从图中可以看出，在可见光区域内基本没有吸收，说明本专利技术合成的氧化铟 纳米立方块在可见光区是透明的。(2)使用乙醇作溶剂制备的不掺杂的氧化铟产物的X射线粉末衍射图 如图所示。在图5中，所有的衍射峰都可以被标定为立方相的Iri203，与文 献值符合(JCPDS No. 71-2194)。图6是乙醇作溶剂制备的氧化铟的TEM照 片，从图可以看出样品为纳米棒，直径在10—15nm左右，长度在80 — 120nm 左右，分散良好。(3)用本专利技术所提供的制备方法制备的惨杂过渡金属离子的氧化铟纳米 晶显示出良好的M—H特性，例如，使用本专利技术制备的3.4atQ/。铁掺杂氧化 铟的扫描电镜照片如图7所示，绝大部分颗粒保持了立方块状，分散性良好， 边长在80 nm左右。图8是3.4at。/。铁掺杂氧化铟的室温紫外一可见吸收光 谱，从图中可以看出，样品在可见光区只有在470nm有微弱的吸收。图9 是该样品的室温M—/Z曲线，图中显示样品具有明显的室温铁磁性，说明铁 掺杂的氧化铟具有作为稀磁半导体的潜在应用。综上所述，利用本专利技术制备氧化铟纳米立方块具有以下优点(1) 甲醇和乙醇是廉价的溶剂，同时合成过程简单，不需要煅烧，因 而避免了晶粒长大和硬团聚现象。(2) 产物分散性良好，形貌非常均匀；不需要任何表面活性剂；(3) 利用本专利技术提供的方法，很容易控制制备出不掺杂氧化铟纳米晶 的形貌立方块或纳米棒；(4) 利于制备掺杂的氧化铟纳米材料，使用本专利技术提供的方法制备的 掺杂的氧化铟纳米材料在一定掺杂浓度内(I一IO at%)保持纳米立方块或 纳米棒的形貌；并通过调节掺杂量、醇热时间、醇热温度，控制掺杂氧化铟 纳米立方块或纳米棒的磁性能。(详见实施例4、 5)(5) 产物的光、磁等性能利于调控，同时具有较高的产率(>80%)。附图说明图l甲醇作溶剂，25(fC反应25h得到的不掺杂的氧化铟产物的XRD 图谱。图2甲醇作溶剂，250。C反应25h得到的不掺杂的氧化铟产物的TEM形貌。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形貌可控的氧化铟纳米晶的制备方法，包括原料和配比的选择，其特征在于：不掺杂的氧化铟纳米晶是以铟的化合物的甲醇或乙醇溶液为前驱体，在含ＮａＯＨ或ＫＯＨ的甲醇或乙醇溶液中醇解，然后醇解后的悬浮液放入反应釜中通过醇热反应制备而成；所述 的前驱体中铟的质量百分浓度为０．５％－１０％；所述的ＮａＯＨ或ＫＯＨ的质量百分浓度为０．４％－７．５％；反应釜的醇热反应温度为２００－２５０℃。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曾宇平，储德韦，江东亮，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]