一种In制造技术

本发明专利技术公开了一种In

A kind of In

【技术实现步骤摘要】
一种In2O3颗粒/In2O3纳米带的合成方法及所得产品
本专利技术涉及一种In2O3颗粒/In2O3纳米带的合成方法，具体涉及一种表面原位生长In2O3颗粒的In2O3纳米带的静电纺丝合成方法及所得产品。
技术介绍
Fe2O3、In2O3、Co3O4、SnO2等金属半导体氧化物已经被制作气敏材料，能够对硫化物、氮氧化物、苯及其衍生物等不同类型的有毒有害、易燃易爆气体表现出较好的气体响应性能，广泛的应用于工业检测、食品安全、环境监测等领域。金属半导体氧化物具有耐高温、耐腐蚀、良好稳定性和对气体具有良好响应性等优点。因此，围绕金属半导体氧化物的研究受到人们越来越多的关注。In2O3是一种重要的宽禁带n型半导体材料，带隙为3.55-3.75eV。In2O3气敏材料在检测甲醛、乙醇、丙酮等一些有毒和易燃易爆气体时，表现出了优异的气敏性能。形貌的调控是提高气敏材料性能的一种有效方法，因此人们采用水热法、溶胶凝胶法、模板法、共沉淀法等合成了花状、空心球和其他形貌的In2O3材料。例如，“J.W.Ma,H.Q.Fan,N.Zhao,W.M.Zhang,X.H.Ren,C.Wang,Y.Wen,W.J.Wang,CeramicsInternational,2019,45,9225-9230”以低成本的酵母为模板，采用一种十分简便的水浴法合成前驱体，在空气气氛下煅烧后形成中空的In2O3球，发现In2O3中空球对Cl2具有良好的选择性和响应值；“H.N.Ma,L.M.Yu,X.Yuan,Y.Li,C.Li,M.L.Yin,X.H.Fan,JournalofAlloysandCompoubds,2019,782,1121-1126”采用简单的一步溶剂热法合成了前驱体，经退火处理合成了核桃状的In2O3颗粒，发现对NO2具有良好的选择性、稳定性和响应值。一维的纳米材料通常具有较大的比表面积和长径比，这对气敏材料性质的提高是有意义的。静电纺丝技术是一种合成一维氧化物纳米材料有效的方法，因为工艺简便且参数易于调控，受到人们的关注。但是，通过合理的设计前驱体的反应体系和热处理制度，采用静电纺丝方法合成In2O3颗粒/In2O3纳米带多级结构的报道还不常见，这主要是因为在高温时化学动力学反应太复杂。因此，通过合理的设计前驱体的反应体系和热处理制度，不仅实现In2O3颗粒/In2O3纳米带多级结构的规模化生产，还有效的丰富了In2O3纳米材料多级结构的合成途径，拓展其研究领域，对探索其形成机理和气敏性质具有重要的意义。
技术实现思路
针对现有技术中没有通过静电纺丝方法制备In2O3颗粒/In2O3纳米带多级结构的现状，本专利技术提供了一种In2O3颗粒/In2O3纳米带多级结构的静电纺丝合成方法，并通过该方法成功的制备出了形貌可调控的In2O3颗粒/In2O3纳米带多级结构。该方法操作简单、静电纺丝的参数可控，形貌单一、重复性好，适合规模化生产。本专利技术还提供了按照上述方法成功制得的In2O3颗粒/In2O3纳米带多级结构，结构特征明显，微观结构为：一维In2O3纳米带表面原位生长着尺寸可调的In2O3颗粒。一种In2O3颗粒/In2O3纳米带的合成方法，该方法包括以下步骤：（1）将铟盐、双氰胺、乙基纤维素和聚乙烯吡咯烷酮溶于N,N-二甲基甲酰胺、1,3,5三甲苯和乙醇的混合溶剂中，搅拌至透明，得到前驱体纺丝液；（2）将前驱体纺丝液经过静电纺丝的方法得到前驱体纤维，然后将前驱体纤维进行高温热处理，得到In2O3颗粒/In2O3纳米带。上述步骤（1）中，所述铟盐为铟的卤化物，例如氯化铟。相比较其他可溶性铟盐，卤化物铟盐更有利于该形貌的形成。上述步骤（1）中，铟盐、双氰胺、乙基纤维素和聚乙烯吡咯烷酮的摩尔比为1：0.01-0.1：0.01-0.1：2.0-5.0，其中，所述聚乙烯吡咯烷酮的摩尔量按其聚合单体的摩尔量计。上述步骤（1）中，N-N二甲基甲酰胺、乙醇和1,3,5-三甲苯的体积比为3-5：1：0.01-0.03，该混合溶剂能够很好的将各组分溶解，并能调控In2O3晶核长大过程。上述步骤（1）中，铟盐在前驱体纺丝液中的浓度为0.2-0.8mol/L，浓度过高或过低不利于该形貌的形成。上述步骤（2）中，静电纺丝时，正电压为15-19KV，负电压为0.5KV，喷头距离收集端的距离是16-20cm，注射器的推进速度为0.001-0.003mm/s。上述步骤（2）中，热处理过程是：将前驱体纤维升温至450-600℃，并在450-600℃下保温1-5h，热处理在空气气氛下进行。热处理时，按照1-4℃/min的升温速率由室温升至450-600℃，采用该升温制度更有利于提高产品的结晶度。本专利技术提供的前驱体纤维成分特殊，该升温制度有利于在受热的过程中调控各化学组成的扩散速率与迁移途径，诱导In2O3纤维在结合处聚集形成In2O3颗粒。进一步的，本专利技术所得In2O3颗粒/In2O3纳米带由In2O3颗粒和In2O3纳米带构成，所述的In2O3颗粒原位生长在In2O3纳米带表面。In2O3纳米带的平均直径为300-800nm，平均厚度为20-100nm，In2O3颗粒的平均尺寸为0.5-2.0μm。上述方法中，通过引入适量的功能添加剂1,3,5-三甲苯、双氰胺和乙基纤维素，有效的控制了In2O3晶相形成和成核长大过程。前驱体纤维在高温热处理时，会造成In2O3纤维表面活性位点的积聚，这时，前驱体纤维就会补充In源为In2O3颗粒的长大提供了条件。前驱体纤维在热处理过程中的反应动力学是复杂的，涉及到各物相的扩散迁移、In2O3晶核形成和生长习性、以及纤维表面活性位点的积聚和In2O3晶核的自发长大等过程。前驱体中，1,3,5-三甲苯、双氰胺和乙基纤维素作为功能添加剂的加入，起到了表面活性剂、结构导向剂和稳定剂的作用，在三者的协同作用下，对其生长过程进行了调控。在热处理的过程中，伴随着前驱体纤维中的有机物在高温下分解产生气体析出，In元素氧化为In2O3小晶体成相与长大等过程，最终诱导In2O3沿着一维方向定向生长，最终形成一维纳米带；此外，In2O3纤维交错存在着结合处，成核生长过程中结合处周围的纤维积聚形成In2O3颗粒并包裹在In2O3纳米带上，最终得到了In2O3颗粒/In2O3纳米带。本专利技术在经典纺丝技术的基础上，通过合理设计合适的前驱体纺丝液体系，优化静电纺丝工艺参数和热处理制度，使得In2O3在热处理时晶体成核与长大机理和化学反应动力学得到控制，通过一步烧结法，最终得到形貌可调控的In2O3颗粒/In2O3纳米带多级结构，有重要的技术创新性，不仅丰富了In2O3材料不同结构的制备手段，同时为气敏性能增强新机理的探索提供了基本保障。此外，前驱体纺丝液的组分设计新颖，静电纺丝过程操作简便且易于控制，产物尺寸可调、颗粒尺寸分布范围较窄、具有良好的形貌均一性和重复性，产量大，适合于规模化生产，有利于In2O3基气敏材料的实际应用，发挥其在气敏领域潜在的应用价值。...

【技术保护点】
1.一种In

【技术特征摘要】
1.一种In2O3颗粒/In2O3纳米带复合材料的制备方法，其特征是包括以下步骤：
（1）将铟盐、双氰胺、乙基纤维素和聚乙烯吡咯烷酮溶于N,N-二甲基甲酰胺、1,3,5-三甲苯和乙醇的混合溶剂中，搅拌至透明，得到前驱体纺丝液；
（2）将前驱体纺丝液经过静电纺丝的方法得到前驱体纤维，然后将前驱体纤维进行高温热处理，得到In2O3颗粒/In2O3纳米带。


2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征是：步骤（1）中，铟盐、双氰胺、乙基纤维素和聚乙烯吡咯烷酮的摩尔比为1：0.01-0.1：0.01-0.1：2.0-5.0，其中，所述的聚乙烯吡咯烷酮的摩尔量是按照聚合单体的摩尔量计，其单体摩尔质量为111。


3.根据权利要求1或2所述的合成方法，其特征是：步骤（1）中，N,N-二甲基甲酰胺、乙醇和1,3,5-三甲苯的体积比为3-5：1：0.01-0.03；步骤（1）中，铟盐在前驱体纺丝液中的浓度为0.2-0.8mol/L。


4.根据权利要求1、2或3所述的合成方法，其特征是：步骤（1）中，所述铟盐为铟的卤化物。


5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：李行，褚姝姝，马谦，郭嘉，李绘，林紫琼，张琪，王懿，杨萍，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东;37