液相共沉淀法制备氧化铟锡超细粉体材料的研究进展

液相共沉淀法制备氧化铟锡超细粉体材料的研究进展第34卷第7期2005年7月应用化工AppliedChemicalIndustryVo1.34No.7July2005液相共沉淀法制备氧化铟锡超细粉体材料的研究进展徐伟玲,李延升(1.许昌市职业技术学院建筑系,河南许昌4610;2.许昌学院化学系,河南许昌461000)摘要:介绍了液相共沉淀法制备氧化铟超细锡粉体材料的工艺,分析了沉淀剂,反响物的浓度,煅烧的温度和时间,分散剂等四个因素对制备过程及产物的影响.按照三氧化铟和二氧化锡的质量比为9:l选用铟盐和锡盐;用氨水,尿素或碳酸铵作沉淀剂,并且沉淀剂不同,反响时应控制的pH值和反响时间也不同;反响物In的浓度0.2mol/L时可得到接近纳米级的超细氧化铟锡粉体材料;70080&C煅烧35h,可使前驱物成为球状,其团聚现象也可以得到综合平衡;分散剂为硫酸镀,硅烷偶联剂KH570等,对其分散机理作了简要的分析.关键词:氧化铟锡;沉淀剂;液相共沉淀;分散剂;煅烧中图分类号:TGJ46.39文献标识码:A文章编号:16713206(200沉降时rT1in过滤性能煅晓产物的状况注:相对于In的倍率(以下同).表2温度对沉降时间及前驱物的影响Table2Theeffectoftemperature011sedimentationtimeandprecursorfiber从图1可以看出,尿素的分解分三段进行:pH<3.0时为诱导期,尿素分解缓慢,pH值上升缓慢;pH>6.0时为衰减期,尿素分解弱,pH值趋于平缓变化;pH值在3.06.0之间为反响加速期,尿素的分解加速.尿素是一次性加人的,其分解反应也要进行一段时间才能完成,因此,实际上沉淀反应是发生在尿素反响加速期间.为此控制反响的温度为95.图2,图3为尿素的浓度对ITO粉末的粒度和比外表积的影响.从图2,图3可以看出,随尿素浓度的增大,沉淀速度加快,比外表积变化不大,但是粉末的费氏粒度明显下降,粉末变细,故尿素浓度为2.0mol/L适宜.应用尿素作均相沉淀剂,得到的三氧化二铟粉均匀,粒度分布范围窄,且粒度可以调整选择.假设选用适当的分散剂,氧化铟粉可呈球状,流动性好.应用化工第34卷图2尿素浓度对ITO粉末粒度的影响Fig.2TheeffectoftheconcentrationofureaongranulesizeoftheITOpowder尿素浓度/(molL)图3尿素浓度对ITO粉末比表.2.2反响物的浓度对产物性能的影响2.2.1In浓度对前驱物性能的影响In浓度对前驱物性能的影响见表3.表3反响物In浓度对前驱物性能的影响Table3TheeffectofconcentrationofreagentInonpropertiesofprecursorfiber由表3可知,In浓度在70g/L以下时,生成的沉淀过滤性好,煅烧产物粒径均匀,细微,不需要粉碎;In浓度大于70g/L时,生成物不易过滤,煅烧后的产物因发生团聚而结块,必须经过粉碎.2.2.2In.的浓度对最终ITO粉末性能的影响In的浓度对最终ITO粉末性能的影响见图4,图5.图4In浓度对ITO粉末粒度的影响Fig.4TheeffectofconcenafionofInongranulesizef黾懈羞图5In浓度对ITO粉末比外表积的影响Fig5TheeffectofconcentrationofInonspecificarea从图4,图5可知,随着溶液中In浓度增大,ITO粉末的比外表积变化不大,但是粉末颗粒的聚集度增大,费氏粒度明显增大.综合考虑,选择In浓度在0.2moL/L比拟适宜,相应的Sn的浓度为0.22moL/L.2.3煅烧温度及时间对产物性能的影响有高温煅烧(温度为500900C)和低温煅烧两种方式.ITO粉末在5OO600C煅烧后成为不完整的形状,在600700E煅烧后成为完整的片状,在700800C煅烧后成为的圆球状,在8009o0以上煅烧后粉末迅速变大,成为直径超过100nm的球状.煅烧时间均为2h.对此的解释是,随着温度的提高,粉末由四方状变成圆球状J,且高温时晶粒长大.其最正确温度为7008oO,煅烧时间为35h即可,时间过长反而加剧粉体的团聚.低温煅烧:将前驱物置于高压反响釜内,在常温下充0.8MPa的氩气,将高压反响釜置于温度为300C的盐浴中加热,当温度上升到3oO,压强约为18MPa时,加热3h,然后放气使压强降低到1MPa,继续加热0.5h,在空气中自然冷却到室温,取出样品作分析.2.4分散剂得到的ITO粉末的团聚现象是困扰液相共沉淀法制备1TO的主要的问题之一.为了消除这一现象,常用的方法就是使用分散剂.大致上有无机分第7期徐伟玲等:液相共沉淀法制备氧化铟锡超细粉体材料的研究进展407散剂和有机分散剂两类.假设有机和无机分散剂配合使用那么可以收到更好的效果.2.4.1无机分散剂主要是硫酸盐,如硫酸铵,其在溶液中的浓度约为0.025mol/L.SO可以减弱前驱体的凝聚,但是增大了ITO粉末的粒度.2.4.2有机分散剂有机分散剂有偶联剂,如硅烷偶联剂KH570,适宜添加量为0.5%1%(质量分数).其原理是通过控制ITO粉体外表zeta电位的方法促进其分散.得到的粉体在有机溶剂中的分散性好.但是采用该法必须同时采用行星磨研磨,超声波分散,使工艺复杂.另一种处理工艺是直接对氧化铟锡前驱物进行处理后再进行枯燥煅烧引.控制In,Sn水解反应的条件,使生成的前驱物不形成沉淀,而是形成胶体.将胶体洗涤干净后,在强烈搅拌下,与正丁醇共沸蒸馏,持续加热,直到前驱物被蒸干,然后再烘干,煅烧.这两种方法的原理根本相同,氧化铟发生团聚的原因大致是煅烧时产生一定数量的In一0一In化学键,使氧化铟粉体之间互相结合而使晶粒变大,从宏观上看就是团聚.通过长链醇的改性,脱除粉体外表多余的水分子,外表的一0H被一0R(R=脂肪醇的烃基)取代.多余的脂肪醇不能在颗粒间形成氢键,也就防止了粉体间相互接近或形成化学键,从而消除了团聚现象.3结束语水溶液共沉淀法制备ITO的较佳工艺条件是:沉淀剂采用浓氨水或尿素,碳酸铵均可,但是要针对不同的沉淀剂控制其浓度,细流参加的持续时间,反应的温度和pH值;反响物In的浓度为0.2mowL,可以控制粉体的团聚;煅烧温度为700800C,煅烧时间控制在35h;为了消除粉体的团聚,可以使用分散剂,如硫酸铵,正丁醇,硅烷偶联剂KH570等.假设将无机和有机分散剂结合使用,那么可以收到更好的效果.参考文献:1李增玉,赵谢群.氧化铟锡薄膜材料开发现状与前景J.稀有金属,1996,20(6):455-457.2陈猛,裴志亮,白雪冬,等.ITO薄膜的XPS和AES研究j.材料研究,2000,14(2):173178.3袭着有,许启明,赵鹏,等.ITO薄膜特性及开展方向J.西安建筑科技大学,2004,36(1):109112.4马勇,孔春阳.ITO薄膜的光学和电学性质及其应用J.重庆大学,2005,25(8):114117.5MouriTakashi,OgawaNobuhiro,Tokuyama-shiYamaguchiken,eta1.ITOsinteredbodyandmethodofmanu-facturingthe8anleP.US:5401701,1955.-03-28.6陈世柱,尹志民,黄伯云,等.用喷雾燃烧法制备ITO纳米粉末的研究J.有色金属,2000,52(2):88.90.7吕志伟,姚吉升,陈志飞.纳米ITO粉的制备技术及其应用j.有色矿冶,2003,19(5):40-42.8杨井吉郎,中村驾志.氧化铟中固溶锡的ITO粉末制造方法以及ITO靶的制造方法P.CN:1423261A,2001.12.19.9张永红,陈明飞.热处理对制备纳米氧化铟锡(ITO)粉末的影响J.金属热处理,2003,28(2):18.20.10张艳峰,张久兴.化学共沉淀法制备纳米ITO粉体及结构表征J.功能材料,2003,(5):573.574.11王惠玲,齐永秀,张景香.粒径均匀的氧化铟粉末的研制J.无机盐工业,2002,34(4):10.11.12张贤高,贺平,贾志杰,等.ITO纳米粉的低温制备j.电子元件与器材,2004,23(6):4445.13刘朗明,龚鸣明,魏文武.超细氧化铟粉的研制J.有色冶炼,1999,28(6):32.36.14周洪庆,吕军华,沈晓冬,等.ITO纳米粉制备及外表修饰研究J.南京工业大学,2004,26(4):27.30.15黄杏芳,沈晓冬,崔升,等.纳米铟锡氧化物粉体的制备及外表改性J.无机盐工业,2004,36(1):24.25.16张永红,陈明飞.共沸蒸馏法制备氧化铟粉体及性能研究J.湖南有色金属,2002,18(4):26-28.(上接第399页)11MarthaWindholz.TheMerckIndexM.NewYork:NewJersey,1976.12王敏,邓焕彩,彭小玉.甜味剂紫苏醛反肟的合成J.江西医学院,2000,40(1):103.104.13孙凌峰,汤敏燕,李萍,等.由紫苏油合成超级甜味剂1,8-对Meng二烯一7.肟的研究J.江西师范大学1415报:自然科学版,1998,22(2):146.149.李凝.d-蒎烯氧化成桃金娘烯醛的动力学探讨J.桂林工学院,2000,20(4):406-407.李凝,陈珊珊.桃金娘烯醛催化异构成紫苏醛的动力学研究j.化学世界,2001,42(4):178.180.