浙江大学硕士学位论文
纳米锑锡氧化物（ATO）粉体的水热法制备与表征
姓名：冯博申请学位级别：硕士专业：材料学指导教师：杨辉;葛曼珍
20040301
浙江犬学硕：Ｅ学位论文摘要本论文全面的介绍了纳米导电粉体，特别是金属氧化物掺杂型纳米导电粉体的发展概况、原理、种类以及常见的制备工艺。以无机金属盐ＳｎＣｌ４．５Ｈ２０和ＳｂＣｌ３为原料，采用水热法制各出电学性能优良的ＡＴＯ纳米导电粉体。在掺杂浓度为１１％，水热反应温度为１８０℃，反应压力１ＭＰａ，反应时间２ｈ，热处理温度为７００℃，热处理时间２ｈ的实验条件下制备的ＡＴＯ粉体，性能达到最佳，晶粒度在２０个ＩｑｌＴＩ左右，在０．２ＭＰａ压力下粉体电阻值为０．２ｓｑ。系统研究了掺杂比，热处理温度，热处理时间等制备工艺过程对ＡＴＯ纳米粉体相组成和粉体粒度的影响。水热法制各的ＡＴＯ纳米粉体在热处理温度７００℃左右较为适宜，锑的掺杂并未改变粉体的四方相金红石结构，随锑掺杂量的增加，粉体的粒度变小；随热处理温度的升高和热处理时间的延长，ＡＴＯ粉体的粒度增大，晶体结构趋于完整。对水热法制备的ＡＴＯ粉体的电学性能进行了深入的研究。适量的掺杂锑（～１１％）能显著提高粉体的导电性能，随掺杂量的继续增加，粉体电阻反而下降。电阻值随热处理温度的升高而下降，在３００－－４００。Ｃ左右时，电阻值下降很快，继续升高热处理温度，电阻值减小趋势变缓。２ｈ后延长热处理时间对电阻值基本无影响。关键词水热法ＡＴＯ纳米粉体掺杂量热处理温度粉体粒度导电性能浙扛夫学硕：Ｅ学位论文ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓ，ａｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｎａｎｏｍｅｔｅｒ－ｓｉｚｅｄｐｏｗｄｅｒｓ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙａｎｔｉｍｏｎｙｄｏｐｅｄｔｉｎｏｘｉｄｅｗａｓｐｒｏｖｉｄｅｄ，ｍａｉｎｌｙｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ，ｔｙｐｅｓａｎｄｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓ．Ｉｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｈａｓｐｒｏｍｉｓｉｎｇｐｒｏｓｐｅｃｔａｓａｎｔｉｍｏｎｙ－ｄｏｐｅｄｔｉｎｏｘｉｄｅｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｎａｎｏｍｅｔｅｒ－ｓｉｚｅｄｐｏｗｄｅｒｓｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓｅｘｃｅｌｌｅｎｔｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｌｏｗｃｏｓｔａｎｄｅａｓｉｎｅｓｓｔｏｈａｎｄｌｅ．ＵｓｉｎｇＳｎＣｌ４?５Ｈ２０ａｎｄＳｂＣｌ３ａｓｐｒｅｃｕｒｓｏｒｓ．ａｎｔｉｍｏｎｙｄｏｐｅｄｔｉｎｏｘｉｄｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｗｉｔｈｇｏｏｄｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｈａｖｅｂｅｅｎｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｓｙｎｔｈｅｓｉｓ．Ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｔｈｉｓｓｙｎｔｈｅｓｉｓｐｒｏｃｅｓｓｗｅｒｅａｓｆｏｌｌｏｗｉｎｇ：ｄｏｐｉｎｇｒａｔｉｏｗａｓ１１％：ｒｅａｃｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｗａｓ１８０。Ｃ；ｒｅａｃｔｉｏｎｔｉｍｅｗａｓ２ｈ；ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎｓｉｓ７００＂Ｃｉｔｓａｎｄｔｉｍｅｏｆａｎｄ２ｈ．ＴｈｅｓｉｚｅｏｆＡＴＯｐａｒｔｉｃｌｅｓｏｂｔａｉｎｅｄｉｓａｂｏｕｔ２０ｎｍ，ａｎｄｒｅｓｉｓｔａｎｃｅＣａｎｒｅａｃｈＯ．２Ｑｕｎｄｅｒ０．２ＭＰａｐｒｅｓｓｕｒｅ。Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｄｏｐｉｎｇｒａｔｉｏ，ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎｓｔｉｍｅｏｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｈａｖｅｂｅｅｎｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｓａｂｏｕｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅ７００。Ｃ，ａｎｄｔｈｅ鼬ａｇｏｎａｌＳｎ０２ｐｈａｓｅｃｒｙｓｔａｌｔｏｏｆｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｒｅｍａｉｎｅｄｕｎｃｈａｎｇｅｄｗｈｅｎＳｂＷａｓｄｏｐｅｄｉｔ．Ａｓｔｈｅｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇａｎｄｔｈｅｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎｓｔｉｍｅｐｒｏｌｏｎｇ，ｔｈｅｓｉｚｅｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｓｇｒｏｗｓａｎｄｔｈｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｔｅｎｄｔｏｂｅｃｏｍｐｌｅｔｅ．ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＡＴＯｐｏｗｄｅｒｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｍｏｓｔｅｌｅｃｔｒｉｃａｌＷａＳｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｐｔｉｍａｌｉｎ－ｄｅｐｔｈ．ｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍｅｄｓｙｎｔｈｅｓｉｓａｔｄｏｐｉｎｇｒａｔｉｏｏｆ１１ｐｅｒｃｅｎｔ．Ｗｈｅｎｔｈｅｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｅｌｌｉｎｔｏｔｈｅｓｃｏｐｅｏｆ３００－－４００＂０，ｉｔｓｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｂｅｇｕｎｔｏｄｅｃｒｅａｓｅｓｈａｒｐｌｙ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｌｍｏｓｔｋｅｐｔｕｎｃｈａｎｇｅｄｕｎｄｅｒｈｉｇｈｅｒｎｏｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎｓｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｔｈｅｔｉｍｅｏｆｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎｓｎｅａｒｌｙｅｘｈｉｂｉｔｅｄｉｎｆｌｕｅｎｃｅｔｈｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｓｙｎｔｈｅｓｉｓ；ＡＴＯｐｏｗｄｅｒｓ；ｄｏｐｉｎｇｒａｔｉｏ；ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｐｏｗｄｅｒｓｉｚｅ；ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙ２浙江人学硕』？学位论文第一章引言纳米材料由于其奇特的性能和独特的价值，近年来成为国内外研究和开发的热点。ＡＴＯ不但具有一些类似金属的性质，还具有特定的光学和电学特性，因而主要用作气敏陶瓷材料、红外吸收材料、光电材料以及导电材料：而纳米级的ＡＴＯ纳米粉体材料集中了ＡＴＯ材料和纳米粉体的优点，是一种功能导电材料。作为透明导电氧化物的一种，ＡＴＯ粉体可以制成透明薄膜，这是一种重要的透明导电膜材料，由于同时具有良好的导电性和光透过性，其在光电显示器件、光学记忆、建筑玻璃、液晶显示、透明电极材料以及太阳能利用、催化等领域得到了广泛的应用，是一种具有发展潜力的新型导电材料：同时由于ＡＴＯ粉体具有良好的耐候性、高比表面、高分散性以及抗辐射、红外吸收等特性，可以制成涂料和浆料，在抗静电塑料、纺织、涂料以及显示器用抗辐射静电涂层材料等方面应用广泛。ＡＴＯ由于其低电阻率和在可见光范围的高透光率而具有广阔的应用前景，和工业上应用的ＩＴＯ相比较，两者电学性能和光学性能相近，ＡＴＯ机械性能和热稳定性更高，而且由于锑不属于稀有金属，可以大大降低成本。ＡＴＯ纳米粉体目前用于高档建筑玻璃、液晶显示、透明电极、纺织、涂料以及太阳能利用领域，另外，其应用范围随着技术的进步将越来越广。但目前我国所需的ＡＴＯ纳米粉体全部依赖进口，国内在制备方面基本还处于研发阶段。ＡＴＯ纳米粉体的制各一般有溶胶凝胶法，水热法和共沉淀法。水热法工艺相对简单，反应条件容易控制，生产效率高，容易工艺放大，后处理成本低，可以制得性能优良的纳米粉体，目前用水热法制备ＡＴＯ粉体的研究相对较少。本论文针对导电纳米粉体的要求，采用水热法通过无机金属盐原料制备ＡＴＯ纳米粉体，对制得的粉体结构做了细致的分析研究，总结出各种工艺参数对粉体的结构、粒度、导电性能的影响，对ＡＴＯ粉体制备的进～步研究和发展有一定的理论和实践指导意义。浙江大学硕士学位论文第二章文献综述２．１前言众所周知，材料是现代社会的三大支柱之一，在当前全球范围的新技术革命中，对传统材料加以改造和综合利用的同时，新材料的研制已摆在首要位置。纳米粉末则是构成新材料的一种重要原料，如各种晶态金属，非晶态材料，新陶瓷材料，催化剂及红外线吸收材料等，它们都是由纳米粉末构成的。如今，世界上先进国家都争相发展纳米粉末，并列为高技术项目，如日本，他们以“技术立国”为目标并确定四个科研项目，其中之一即是纳米粉末的开发，由此可见，纳米粉末的发展在科技发展中占重要的地位。ＡＴＯ是指锑掺杂二氧化锡，它是一种Ｎ型半导体，由于具有一些特定得光学和电学性能，主要用作气敏陶瓷材料、红外吸收材料、光电材料和导电材料，ＡＴＯ纳米导电粉体集中了ＡＴＯ材料和纳米粉体材料的优点，是一种新型的多功能导电材料。２．２纳米粉体的定义和性质２．２．１纳米粉体的定义所谓“纳米粉末”通常泛指１－ｌＯＯｎｍ的微细固体颗粒，其尺寸与化学中胶体（ｓ０１）粒子大致相当，介于原子、分子与块状物体之间，用肉眼和性能最优良的光学显微镜无法辨认，但可借助电子显微镜观察。包括无机和有机精细化学品、金属、非金属、生物医药等。随着物质的纳米化，其表面晶体结构和电子结构发生了变化，伎纳米粉末具有不同于常规颗粒的特异物化特性㈣】。２．２．２纳米粉体的性质纳米粉体的特性可以表现在一下几个方面ＤＩ