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技术文章
ATO纳米粉体最主要的制备方法有3种
上海矽诺国际贸易有限公司2020-07-17点击1696次
锑掺杂二氧化锡(antimony doped tin oxide, ATO)纳米粉体是在SnO2晶格中替位掺杂Sb元素形成替位固溶体,再利用一系列工艺获得的结晶性能好的纳米粉体,掺杂Sb使得杂化电子选择层的表面形态更加致密并且得到改善,从而提高了ATO纳米粉体的导电性能。ATO纳米材料是一种新型导电材料,具有电致变色特性、高电导率和良好透光率等优点。此外,用ATO纳米材料制备的透明隔热涂层还具有隔热性能好、透光性高等优点,其阴极着色与氢氧化物共沉淀制成的粉末的纳米晶性质有关。本文综述了ATO纳米粉体的主要制备方法,并对各种方法进行了比较和评价,探讨了ATO纳米粉体的研究现状和有待改进的地方。
目前,ATO纳米粉体是一种新颖的透明导电复合纳米材料,尤其具有透明导电性、耐候性和隔热性,在抗静电塑料和红外吸收等[1]领域上也具有广阔的发展潜力和开发前景。ATO纳米粉体最主要的制备方法有3种,包括固相法、液相法和气相法。
1.1 固相法
固相法制备的ATO纳米粒子易团聚、微粒直径分布宽,但其优点也是很明显的,那就是成本廉价,制备工艺流程简单易懂。张东等[2]以纯SnO2和Sb2O3为原料,在600 ℃恒温下制备了ATO纳米粉末,但是经过测量和检测可以发现所制备的ATO纳米粉体颗粒体积过大,团聚现象十分明显,这也导致了其导电性能和结晶性能都不是很好。对于ATO纳米颗粒制备而言,在高温下制备会导致组分严重挥发和偏析,Sb掺杂SnO2不完全,难以实现实际要求的良好的导电性。
1.2 液相法
近年来,液相法还是制备ATO纳米粉体最佳的一种办法。液相法制备的ATO纳米粉体是在常温或者低温下制备,制备后的ATO纳米粒子具有结晶性能好、导电能力强的优点,在工业生产中得到了广泛的推广。目前, 制备ATO纳米粉末的液相法主要有四种,其中包括共沉淀法、溶胶-凝胶法,醇盐溶液法和水热法。
1.2.1 醇盐水解法
醇盐水解法制备的ATO纳米粉体具有易于控制成型的优点,但设备要求高、成本昂贵。张刚申等[3]采用醇盐水解法、溶液共混法制备了ATO 纳米粉体,研究发现ATO 纳米复合材料的热绝缘效率与Sb/Sn的摩尔比有关,Sb/Sn的摩尔比越高,ATO纳米复合材料的热绝缘效率越高。
1.2.2 溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法制备的ATO纳米颗粒有着结晶性能好、颗粒粒径小的优点,用其制备的隔热涂层可以用作改善显示电极的商业溅射沉积的ITO涂层的表面光滑度。G.Guzman等[4]在制备ATO涂层的过程中,为了克服浸涂期间恶化的蒸发冷却,将涂布溶液适度加热至25 ℃,从而为基材提供了所需的热量。这种附加涂层的另一个好处是可以在宽范围内调整电极的表面特性。他们还将ATO涂层与ITO衬底的功函数从最初的4.3-4.6 eV增加到约4.8-5.2 eV,降低了所需的热量。Xuejun Zhang等[5]在用溶胶-凝胶法制备纳米ATO粉末的过程中,发现存在难以除去氯、无法完全掺杂锑的问题,这些问题有待我们去解决,目前可以从改变原料方面入手,以便降低生产成本。
沈淑康等[6]用水基溶胶-凝胶法制备了导电性能较好的ATO纳米粉体,研究发现在水浴温度为50 ℃,pH为7。nSn/nSb为90/10时,ATO 纳米粉体在nSn/nSb低于95/5下出现球形及棒状形态,可以推测出其中Sn元素与Sb元素分别可能以Sn4+、Sb5+和Sb3+的形式固溶于纳米粉体中。
N ing Li等[7]采用研磨法制备了ATO纳米粒子,研究了ATO纳米粒子在蒸馏水中的胶体分散体系和不同分散剂的制备工艺。发现ATO纳米粒子在蒸馏水中的胶体分散体是通过研磨不同分散剂的研磨过程实现的,并且ATO纳米粒子的稳定性与分散剂有关系,以多磷酸钠作为分散剂制备的ATO纳米粒子的稳定性最好,并且以其来制备的纳米保温玻璃涂料阻挡红外线的效果最好。
S.Sujatha Lekshmy等[8]通过溶胶-凝胶法制备了ATO纳米粉末,之后经过一系列工艺制备了ATO薄膜,将此ATO薄膜沉积在玻璃基底上。用X射线和原子力显微镜观察,发现膜的结晶度和晶粒的生长与Sb/Sn的摩尔比成正比,Sb/Sn的摩尔比越高,膜的结晶度越差,晶粒的生长越受到抑制。他们还发现由于非化学计量(氧空位和间隙锡原子)和添加Sb,这些ATO薄膜获得了n型电导率,所以锑掺杂SnO2薄膜中PL强度的提高使其更适用于发光二极管中固态照明。
1.2.3 共沉淀法
共沉淀法具有制备工艺流程方便、费用低、便于控制、制作周期短等优点,缺点是阴离子不易剔除,已发展成为工业生产应用最广泛的制备方法[9]。赵晓伟等[10]以锡粉和三氧化二锑为原料制备出导电性能良好的ATO纳米粉体,并且发现ATO粉体电阻率与锑掺杂量有关。张建荣等[14]利用无氯原料和柠檬酸络合剂制备了ATO纳米粉体,研究发现柠檬酸防团聚和燃烧剂的作用提高了ATO纳米粉体的导电性,制备的ATO纳米粉体的结晶性能十分好。V. Senthilkumar等[11]采用共沉淀法制备了ATO纳米粉体,通过TG/DTA和FT-IR显示出制备的ATO纳米粉体颗粒小、分散性十分好,导电性能十分优良。
陶亮等[12]利用共沉淀法制备了ATO纳米粉体,研究发现溶液的pH值与制备成的ATO纳米粉体的粒径大小有关,与溶液呈碱性相比,溶液越呈酸性,则制备成的ATO纳米粉体的粒径大小越大。张文豪等[13]采用醋酸盐共沉淀法制备了ATO纳米粉体,ATO纳米粉体的结晶性能好、导电性能好,显示出了优异的透明和隔热性能,在远达4000米处,其红外光吸收率甚至达到了53%。Dae-WookKim等[14]通过在五水合氯化锡和氯化锑的甲醇溶液中共沉淀制备了ATO纳米粉末,表征发现所获得的ATO纳米粉末没有形成任何二次粒子并显示出了松散聚集性,其结晶性能好、不团聚,具有良好的导电性。