一種銦摻雜Zn2SnO4納米線的制備方法技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)涉及納米材料制備領(lǐng)域，旨在提供一種銦摻雜Zn2SnO4納米線的制備方法。包括：將有機(jī)鋅鹽加入到草酸銨水溶液中，然后加入銦鹽；在水浴條件下攪拌形成均勻的溶液；轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中恒溫水熱反應(yīng)后，自然冷卻至室溫；加入錫鹽，以氨水調(diào)節(jié)pH值；將反應(yīng)釜置于水浴中攪拌反應(yīng)，獲得溶液離心處理，用次氯酸清洗；將固體產(chǎn)物烘干，獲得銦摻雜的Zn2SnO4納米線。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)中，銦元素的摻雜能夠改善錫酸鋅的晶體結(jié)構(gòu)，提高電導(dǎo)率，并且可以提高錫酸鋅與金屬銀的結(jié)合性能，從而提高銀基導(dǎo)電合金材料的電學(xué)和力學(xué)性能。使用一步水熱法制備即獲得銦摻雜納米線，具有純度高、尺寸均一、分散性好的特點(diǎn)。工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件易控制；成本低廉，適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。

A Fabrication Method of Indium Doped Zn2SnO4 Nanowires

The invention relates to the field of preparation of nanomaterials, aiming at providing a preparation method of indium doped Zn2SnO4 nanowires. It includes: adding organic zinc salt into ammonium oxalate aqueous solution, then adding indium salt; stirring in water bath to form a uniform solution; transferring to the reactor after constant temperature hydrothermal reaction, natural cooling to room temperature; adding tin salt to adjust the pH value with ammonia water; stirring the reactor in water bath to obtain centrifugal treatment of the solution, cleaning with hypochlorite; drying the solid products, and cleaning with hypochlorite. Indium doped Zn2SnO4 nanowires were obtained. In the present invention, the doping of indium element can improve the crystal structure of zinc stannate, improve the conductivity, and improve the binding performance of zinc stannate and silver metal, thereby improving the electrical and mechanical properties of silver-based conductive alloy material. Indium-doped nanowires were synthesized by one-step hydrothermal method, which has the characteristics of high purity, uniform size and good dispersion. The process is simple, the reaction conditions are easy to control, and the cost is low. It is suitable for large-scale industrial production.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種銦摻雜Zn2SnO4納米線的制備方法
本專(zhuān)利技術(shù)屬于納米材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于銀基導(dǎo)電合金材料領(lǐng)域的銦摻雜Zn2SnO4納米線的制備方法。
技術(shù)介紹
在銀基導(dǎo)電合金材料中，增強(qiáng)相結(jié)構(gòu)與性能的優(yōu)劣直接影響著銀基導(dǎo)電合金的力學(xué)和電學(xué)性能。銀基導(dǎo)電合金需要擁有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、加工性能及耐侵蝕、抗熔焊的特性。使用無(wú)機(jī)金屬氧化物作為銀基導(dǎo)電合金材料的增強(qiáng)相，能夠顯著提高材料的硬度、抗熔焊性和抗電弧侵蝕能力，但同時(shí)又會(huì)降低銀基體的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能。如目前常用的增強(qiáng)相有氧化鎘、氧化錫等系列氧化物，氧化鎘增強(qiáng)銀基導(dǎo)電合金后具有優(yōu)異的綜合力學(xué)和電學(xué)性能，但是鎘有毒，已被歐盟禁令使用15年之久；氧化錫增強(qiáng)的銀基導(dǎo)電合金具有優(yōu)異的力學(xué)性能，但其在服役過(guò)程中存在接觸電阻大、溫升高等問(wèn)題，導(dǎo)致電壽命較短，且加工性能差，制造成本高，極大地限制了銀基導(dǎo)電合金的應(yīng)用。因此需要選擇導(dǎo)電導(dǎo)熱性能優(yōu)良的增強(qiáng)相材料來(lái)增強(qiáng)銀基導(dǎo)電合金，并需要通過(guò)對(duì)材料微觀結(jié)構(gòu)的調(diào)控，進(jìn)一步改善其性能。錫酸鋅(Zn2SnO4)是一種寬帶隙n型半導(dǎo)體材料，與金屬銀有匹配的晶體結(jié)構(gòu)，被應(yīng)用于鋰電池負(fù)極材料、光催化、氣敏材料、阻燃劑等各種領(lǐng)域。同二元氧化物相比，錫酸鋅有著更高的穩(wěn)定性和電子遷移率。另外，錫酸鋅熔點(diǎn)、硬度高，材料體系環(huán)保無(wú)毒且成本較低廉，在銀基導(dǎo)電合金材料領(lǐng)域具有非常好的應(yīng)用前景。同時(shí)，從微觀結(jié)構(gòu)和性能的角度考慮，與現(xiàn)有錫酸鋅粉體顆粒相比，錫酸鋅納米線能夠更好地提高銀基導(dǎo)電合金的界面結(jié)合強(qiáng)度，提高材料的斷裂韌性和斷后延伸率，改善銀基導(dǎo)電合金的力學(xué)性能和電學(xué)性能。但是普通的錫酸鋅納米線從電學(xué)性能和表面特性上而言，還達(dá)不到導(dǎo)電合金的應(yīng)用性能需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為克服銀基導(dǎo)電合金現(xiàn)有增強(qiáng)相領(lǐng)域技術(shù)的不足，本專(zhuān)利技術(shù)提供一種銦摻雜Zn2SnO4納米線的制備方法。該方法制備工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件容易控制，能穩(wěn)定合成分散性優(yōu)良的銦摻雜Zn2SnO4納米線，且具有優(yōu)異的力學(xué)和電學(xué)性能，可應(yīng)用于導(dǎo)電合金增強(qiáng)、復(fù)合材料性能提高等領(lǐng)域。為解決技術(shù)問(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)的解決方案是：提供一種銦摻雜Zn2SnO4納米線的制備方法，包括以下步驟：(1)將0.1mol有機(jī)鋅鹽加入到50mL草酸銨水溶液中，然后加入銦鹽；在40～60℃水浴條件下攪拌25min，形成均勻的溶液A；其中，草酸銨水溶液的質(zhì)量百分比濃度為5～10wt％，銦鹽與有機(jī)鋅鹽的摩爾百分比為10～15mol％；(2)將溶液A轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜置于150℃恒溫的電烘箱中；水熱反應(yīng)36h，自然冷卻至室溫，獲得溶液B；(3)在溶液B中加入0.05mol錫鹽，以氨水調(diào)節(jié)pH值至8～9；將反應(yīng)釜置于95℃水浴中，攪拌反應(yīng)2～4h，獲得溶液C；(4)將溶液C取出后離心處理，用次氯酸清洗；將固體產(chǎn)物置于70℃烘箱中烘干，獲得銦摻雜的Zn2SnO4納米線。本專(zhuān)利技術(shù)中，所述有機(jī)鋅鹽是二甲基鋅或二乙基鋅。本專(zhuān)利技術(shù)中，所述銦鹽是硝酸銦或氯化銦。本專(zhuān)利技術(shù)中，所述錫源是氯化錫或錫酸鈉。本專(zhuān)利技術(shù)中，最終獲得的銦摻雜的Zn2SnO4納米線，其長(zhǎng)徑比為50～100∶1，直徑為20～50nm，銦含量為5～10wt％。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專(zhuān)利技術(shù)的有益效果在于：1、銦元素的摻雜能夠改善錫酸鋅的晶體結(jié)構(gòu)，提高電導(dǎo)率，并且可以提高錫酸鋅與金屬銀的結(jié)合性能，從而提高銀基導(dǎo)電合金材料的電學(xué)和力學(xué)性能。2、本專(zhuān)利技術(shù)使用一步水熱法制備即獲得銦摻雜納米線，具有純度高、尺寸均一、分散性好的特點(diǎn)。3、本專(zhuān)利技術(shù)的方法工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件易控制；成本低廉，適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。4、本專(zhuān)利技術(shù)所得粉體與金屬銀結(jié)合性能好，在改善銀的力學(xué)性能的同時(shí)，也能保持較低的電阻率。使用錫酸鋅粉體作為增強(qiáng)相制得的銀基導(dǎo)電合金，電阻率超過(guò)2.40μΩ·cm。而在同樣制備條件下，使用本專(zhuān)利技術(shù)中銦摻雜錫酸鋅納米線作為增強(qiáng)相時(shí)，導(dǎo)電合金電阻率降低至2.18μΩ·cm以下，同時(shí)抗拉強(qiáng)度從錫酸鋅粉體增強(qiáng)的230MPa左右提高至銦摻雜錫酸鋅納米線增強(qiáng)的280MPa以上。具體實(shí)施方式實(shí)施例1(1)將0.1mol二甲基鋅加入到50mL5wt％的草酸銨水溶液中，將硝酸銦以二甲基鋅的10mol％的比例加入到二甲基鋅溶液中，在40℃加熱攪拌25min后形成均勻溶液A。(2)隨后將溶液A轉(zhuǎn)移到內(nèi)部容積為100mL的高壓反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜放置于150℃電烘箱中水熱反應(yīng)36h，然后自然冷卻至室溫，獲得溶液B。(3)在溶液B中加入0.05mol氯化錫，加入氨水調(diào)節(jié)pH值至8，在95℃水浴中攪拌反應(yīng)2h，獲得溶液C。(4)將所得溶液C取出后離心，用次氯酸清洗，70℃烘箱烘干，獲得銦摻雜的Zn2SnO4納米線。納米線長(zhǎng)徑比為70:1，直徑為20nm，銦含量為5wt％，雜質(zhì)含量低于0.05wt％。當(dāng)錫酸鋅納米線與銀粉按質(zhì)量比12：88制備成銀基導(dǎo)電合金后，電阻率為2.16μΩ·cm，抗拉強(qiáng)度為290MPa。實(shí)施例2(1)將0.1mol二乙基鋅加入到50mL10wt％的草酸銨水溶液中，將硝酸銦以二乙基鋅的15mol％的比例加入到二乙基鋅溶液，在60℃加熱攪拌25min后形成均勻溶液A。(2)隨后將溶液A轉(zhuǎn)移到內(nèi)部容積為100mL的高壓反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜放置于150℃電烘箱中水熱反應(yīng)36h，然后自然冷卻至室溫，獲得溶液B。(3)在溶液B中加入0.05mol氯化錫，加入氨水調(diào)節(jié)pH值至9，在95℃水浴中攪拌反應(yīng)4h，獲得溶液C。(4)將所得溶液C取出后離心，用次氯酸清洗，70℃烘箱烘干，獲得銦摻雜的Zn2SnO4納米線。納米線長(zhǎng)徑比為50:1，直徑為50nm，銦含量為10wt％，雜質(zhì)含量低于0.04wt％。當(dāng)錫酸鋅納米線與銀粉按質(zhì)量比12：88制備成銀基導(dǎo)電合金后，電阻率為2.08μΩ·cm，抗拉強(qiáng)度為285MPa。實(shí)施例3(1)將0.1mol二甲基鋅加入到50mL10wt％的草酸銨水溶液中，將氯化銦以二甲基鋅的12mol％的比例加入到二甲基鋅溶液，在50℃加熱攪拌25min后形成均勻溶液A。(2)隨后將溶液A轉(zhuǎn)移到內(nèi)部容積為100mL的高壓反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜放置于150℃電烘箱中水熱反應(yīng)36h，然后自然冷卻至室溫，獲得溶液B。(3)在溶液B中加入0.05mol錫酸鈉，加入氨水調(diào)節(jié)pH值至9，在95℃水浴中攪拌反應(yīng)3h，獲得溶液C。(4)將所得溶液C取出后離心，用次氯酸清洗，70℃烘箱烘干，獲得銦摻雜的Zn2SnO4納米線。納米線長(zhǎng)徑比為100:1，直徑為30nm，銦含量為6wt％，雜質(zhì)含量低于0.05wt％。當(dāng)錫酸鋅納米線與銀粉按質(zhì)量比12：88制備成銀基導(dǎo)電合金后，電阻率為2.15μΩ·cm，抗拉強(qiáng)度為303MPa。實(shí)施例4(1)將0.1mol二乙基鋅加入到50mL5wt％的草酸銨水溶液中，將硝酸銦以二乙基鋅的10mol％的比例加入到二乙基鋅溶液，在60℃加熱攪拌25min后形成均勻溶液A。(2)隨后將溶液A轉(zhuǎn)移到內(nèi)部容積為100mL的高壓反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜放置于150℃電烘箱中水熱反應(yīng)36h，然后自然冷卻至室溫，獲得溶液B。(3)在溶液B中加入0.05mol氯化錫，加入氨水調(diào)節(jié)pH值至8.5，在95℃水浴中攪拌反應(yīng)3h，獲得溶液C。(4)將所得溶液C取出后離心，用次氯酸清洗，70℃烘箱烘干，獲得銦摻雜的Zn2SnO4納米線。納米線長(zhǎng)徑比80:1，直徑為本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種銦摻雜Zn2SnO4納米線的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)將0.1mol有機(jī)鋅鹽加入到50mL草酸銨水溶液中，然后加入銦鹽；在40～60℃水浴條件下攪拌25min，形成均勻的溶液A；其中，草酸銨水溶液的質(zhì)量百分比濃度為5～10wt％，銦鹽與有機(jī)鋅鹽的摩爾百分比為10～15mol％；(2)將溶液A轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜置于150℃恒溫的電烘箱中；水熱反應(yīng)36h，自然冷卻至室溫，獲得溶液B；(3)在溶液B中加入0.05mol錫鹽，以氨水調(diào)節(jié)pH值至8～9；將反應(yīng)釜置于95℃水浴中，攪拌反應(yīng)2～4h，獲得溶液C；(4)將溶液C取出后離心處理，用次氯酸清洗；將固體產(chǎn)物置于70℃烘箱中烘干，獲得銦摻雜的Zn2SnO4納米線。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種銦摻雜Zn2SnO4納米線的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)將0.1mol有機(jī)鋅鹽加入到50mL草酸銨水溶液中，然后加入銦鹽；在40～60℃水浴條件下攪拌25min，形成均勻的溶液A；其中，草酸銨水溶液的質(zhì)量百分比濃度為5～10wt％，銦鹽與有機(jī)鋅鹽的摩爾百分比為10～15mol％；(2)將溶液A轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜置于150℃恒溫的電烘箱中；水熱反應(yīng)36h，自然冷卻至室溫，獲得溶液B；(3)在溶液B中加入0.05mol錫鹽，以氨水調(diào)節(jié)pH值至8～9；將反應(yīng)釜置于95℃水浴中，攪...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：葉晨琳，張玲潔，沈濤，楊輝，樊先平，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：浙江大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：浙江,33