氧化錫銻納米粉體的低溫球磨制備方法技術

本發明專利技術涉及一種氧化錫銻納米粉體的制備方法，即：以高純氧化錫粉和氧化銻粉（純度>99.9，粒度50～500目）作為初始原料，以銻元素與錫元素的原子比1：99～30：70配置原料，采用液氮作為球磨介質，氧化鋯球作為研磨球，通過低溫球磨，控制球磨時間為1～48小時，球磨轉速為100～1000轉/分鐘，球料比為10:1～100:1，制備出高純、低團聚、摻雜均勻、摻雜含量為1～30at.%、晶粒尺寸為10～100nm的氧化錫銻納米粉體。本發明專利技術工藝簡單，成本低廉，可用于工業化規模連續生產，且制備的氧化錫銻納米粉體具有純度高、團聚小、摻雜均勻可控等優點，可廣泛應用于太陽能電池、紅外吸收隔熱材料等領域。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及氧化錫銻納米粉體的方法，屬于納米材料制備
可應用于太陽能電池、電致變色材料、防輻射抗靜電涂層材料、紅外吸收隔熱材料、電極材料等領域。
技術介紹
氧化錫鋪材料(Antimony Doped Tin Oxide),簡稱AT0,是近年來發展迅速的一種新型多功能材料，除具有良好的導電性能和光學性能外，還具有高熔點(約為1200°C)、耐腐蝕、熱穩定性好等優點，在太陽能電池、電致變色材料、防輻射抗靜電涂層材料、紅外吸收隔熱材料、電極材料等方面應用廣泛。氧化錫銻納米粉體由于具有更小的粒徑、更高的比表面積而受到國內外研究者的關注。目前，氧化錫銻納米粉體的制備方法可分為固相法和液相法兩大類。固相法是將氧化錫和氧化銻粉體機械混合均勻后，經高溫煅燒使銻摻雜進入氧化錫晶格而得到氧化錫銻納米粉體，此法工藝簡單、對環境污染小，但由于合成溫度過高而導致粉體團聚嚴重，粒度大，電阻率較高。液相法主要包括化學共沉淀法、水熱法、溶膠凝膠法等，雖然液相法制備的氧化錫銻納米粉體粒徑小，摻雜均勻，但仍存在一些不足如化學共沉淀法，難以實現Sb3+和Sn4+的同時沉淀，從而難以真正實現摻雜均勻可控，且反應過程需加入大量強酸強堿，生產成本高、環境污染嚴重；水熱法和溶膠凝膠法采用金屬氯化物作為前驅體，引入的Cl _難以去除，從而導致粉體嚴重團聚，大大影響了粉體的電學性能和光學性能，且水熱法對設備的安全性能要求極高，大規模工業化生產存在安全隱患。綜上所述，現有方法制備的氧化錫銻納米粉體主要存在如下缺點純度低，團聚嚴重，難以真正實現摻雜均勻可控，不適于大規模工業化生產。因此，迫切需要尋找一種制備工藝簡單，成本低廉，適合工業化生產，且可以制備高純、低團聚、摻雜均勻可控的氧化錫銻納米粉體的新方法。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供一種比較簡易的方法，采用低溫球磨技術制備高純、低團聚、摻雜均勻可控、適于工業化生產的氧化錫銻納米粉體。本專利技術解決其技術問題采用以下的技術方案 本專利技術提供的，具體是采用包括以下步驟的方法 (1)將氧化鋯磨球和原料粉按照球料重量比為10:1 100:1加入到球磨罐中，原料粉為氧化錫粉、氧化銻粉； (2)向球磨罐中通入液氮，使原料粉以及氧化鋯磨球全部浸沒在液氮中，溫度為(_180°C，并保持液氮的揮發量與通入量平衡以使液面穩定； (3)恒溫30分鐘后開始球磨,球磨I 48小時；(4)將球磨后的粉體置于50 200°C的環境中進行氮脫附處理0.5 3小時；經過上述步驟，得到所述氧化錫銻納米粉體。所述氧化錫粉、氧化銻粉純度均為>99. 9，粒度均為50 500目。所述氧化錫粉、氧化銻粉按照銻元素與錫元素的原子比1:99 30 70配置原料。所述氧化鋯磨球的直徑寸為5 15mm。本專利技術可以采用轉速為100 1000轉/分鐘的立式球磨機。本專利技術采用液氮作為球磨介質，球磨過程保持球磨罐中溫度為< _180°C。本專利技術制備出的氧化錫銻納米粉體的銻摻雜含量為I 30 at. %，晶粒尺寸為10 lOOnm。本專利技術利用液氮制造接近絕對零度的超低溫(≤-180°C)環境，在晶體結構接近完整晶體、反應熵值較低的超低溫條件下，通過控制球磨工藝參數(球料比、球磨時間、球磨轉速)將銻摻雜進入氧化錫晶格，制得高純、低團聚、摻雜均勻可控的氧化錫銻納米粉體。由于在低溫球磨過程中，通過控制球磨轉速、球磨時間和球料比，可獲得納米晶粒；使用液氮作為球磨介質，形成的超低溫環境使原子、分子處于松弛狀態，熱運動較小，有助于銻均勻摻雜和減小團聚；球磨過程中除了氧化錫和氧化銻未引入其他任何雜質，顯著提高了氧化錫銻納米粉體的純度。本專利技術與現有技術相比還具有以下的優點 (1)設備工藝簡單，操作方便，產量高，無環境污染，適用于工業化規模連續生產； (2)制備的氧化錫銻納米粉體僅存在氧化錫四方晶相，且除錫元素、銻元素、氧元素外，其他雜質元素含量很少，具有很高的純度； (3)制備的氧化錫銻納米粉體的粒徑大小遠小于市售ATO納米粉體，團聚較小； (4)制備的氧化錫銻納米粉體摻雜均勻可控，可適用于生產不同摻雜含量的產品。附圖說明圖1是實施例1-4產物的XRD圖片。圖2是實施例5產物的TEM圖片。圖3是實施例2產物和市售ATO粉體的粒徑對比圖。圖4是實施例3產物的元素含量。具體實施例方式下面結合實施例和附圖對本專利技術作進一步說明。實施例1 : 以粒度為200目的高純氧化錫粉和氧化銻粉作為原料粉，以銻元素與錫元素的原子比20 80配置原料，將直徑為5mm的氧化鋯磨球與原料粉按球料重量比10 1加入球磨罐中；向球磨罐中通入液氮，使原料粉和氧化鋯磨球全部浸沒在液氮中，并保持液面穩定；恒溫30分鐘開始球磨，控制球磨時間6h和球磨轉速600轉/分鐘，球磨罐中溫度為_180°C ;將球磨后的粉體置于50°C的環境中進行氮脫附處理3小時，收集制得的氧化錫銻納米粉體，銻摻雜含量為20at. %，平均晶粒尺寸為30nm。由圖1可看出，球磨之后本實施例產物只存在氧化錫四方晶相，未發現氧化銻的物相，且峰位隨摻雜含量增加向低角度方向偏移，說明銻元素成功摻雜進入氧化錫晶格；此外沒有其他任何雜質物相的譜峰，說明本實施例產物具有較高的純度。實施例2 以粒度為400目的高純氧化錫粉和氧化銻粉作為原料粉，以銻元素與錫元素的原子比10 90配置原料，將直徑為5mm的氧化鋯磨球與原料粉按球料重量比20 1加入球磨罐中；向球磨罐中通入液氮，使原料粉和氧化鋯磨球全部浸沒在液氮中，并保持液面穩定；恒溫30分鐘開始球磨，控制球磨時間6h和球磨轉速300轉/分鐘，球磨罐中溫度為_185°C ;將球磨后的粉體置于100°c的環境中進行氮脫附處理2小時，收集制得的氧化錫銻納米粉體，銻摻雜含量為IOat. %，平均晶粒尺寸為18nm。由圖1可看出，球磨之后本實施例產物只存在氧化錫四方晶相，未發現氧化銻的物相，且峰位隨摻雜含量增加向低角度方向偏移，說明銻元素成功摻雜進入氧化錫晶格；此外沒有其他任何雜質物相的譜峰，說明本實施例產物具有較高的純度。從圖3可以看出，球磨之后本實施例產物的粒徑大小遠遠小于從上海滬正納米科技有限公司購買的市售ATO納米粉，團聚較小。實施例3 以粒度為200目的高純氧化錫粉和氧化銻粉作為原料粉，以銻元素與錫元素的原子比30 70配置原料，將直徑為5mm的氧化鋯磨球與原料粉按球料重量比20 1加入球磨罐中；向球磨罐中通入液氮，使原料粉和氧化鋯磨球全部浸沒在液氮中，并保持液面穩定；恒溫30分鐘開始球磨，控制球磨時間4h和球磨轉速600轉/分鐘，球磨罐中溫度為_180°C ;將球磨后的粉體置于200°C的環境中進行氮脫附處理0. 5小時，收集制得的氧化錫銻納米粉體，銻摻雜含量為30at. %，平均晶粒尺寸為45nm。由圖1可看出，球磨之后本實施例產物只存在氧化錫四方晶相，未發現氧化銻的物相，且峰位隨摻雜含量增加向低角度方向偏移，說明銻元素成功摻雜進入氧化錫晶格；此外沒有其他任何雜質物相的譜峰，說明本實施例產物具有較高的純度。由圖4可以看出，球磨之后本實施例產物Sb和Sn原子比約為30 :70，摻雜含量可控；除氧元素、錫元素、銻元素以外，幾乎沒有其余雜質存在，說明本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種氧化錫銻納米粉體的制備方法，其特征是一種氧化錫銻納米粉體的低溫球磨制備方法，該方法采用包括以下步驟的方法：（1）將氧化鋯磨球和原料粉按照球料重量比為10:1～100:1加入到球磨罐中，原料粉為氧化錫粉、氧化銻粉；?（2）向球磨罐中通入液氮，使原料粉以及氧化鋯磨球全部浸沒在液氮中，溫度為≤?180℃，并保持液氮的揮發量與通入量平衡以使液面穩定；（3）恒溫30分鐘后開始球磨，球磨1～48小時；（4）將球磨后的粉體置于50～200℃的環境中進行氮脫附處理0.5～3小時；經過上述步驟，得到所述氧化錫銻納米粉體。

【技術特征摘要】
1.一種氧化錫銻納米粉體的制備方法，其特征是一種氧化錫銻納米粉體的低溫球磨制備方法，該方法采用包括以下步驟的方法(1)將氧化鋯磨球和原料粉按照球料重量比為10:1 100:1加入到球磨罐中，原料粉為氧化錫粉、氧化銻粉；(2)向球磨罐中通入液氮，使原料粉以及氧化鋯磨球全部浸沒在液氮中，溫度為 (-180°C，并保持液氮的揮發量與通入量平衡以使液面穩定；(3)恒溫30分鐘后開始球磨,球磨I 48小時；(4)將球磨后的粉體置于50 200°C的環境中進行氮脫附處理O.5 3小時；經過上述步驟，得到所述氧化錫銻納米粉體。2.根據權利要求1所述的氧化錫銻納米粉體的制備方法，其特征是所述氧化錫粉、氧化銻粉純度均為>99. 9，粒度均為50 ...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張聯盟，吳俊彥，陳斐，沈強，羅國強，王傳彬，
申請(專利權)人：武漢理工大學，
類型：發明
國別省市：