專利名稱：固相反應(yīng)制備二氧化錫納米晶的方法
專利說明固相反應(yīng)制備二氧化錫納米晶的方法 本發(fā)明涉及一種氣體敏感粉體材料的制備，特別是SnO2納米晶的制備方法。納米材料指粒徑小于100nm的粉體顆粒，由于它在磁性、催化性、光吸收、熱阻等方面顯示出特異性能，因而成為21世紀(jì)的新型功能材料之一。SnO2材料具有活性大，性能易于控制，制備方法靈活多樣等特點(diǎn)，圍繞SnO2為基體材料的氣敏材料制備及元件制作技術(shù)的研究十分活躍。SnO2具有特異的光電性能和氣敏特性，被廣泛應(yīng)用于氣敏元件、濕敏材料、液晶顯示、催化劑、光探測器、半導(dǎo)體元件、電極材料、保護(hù)涂層及太陽能電池等技術(shù)領(lǐng)域。納米晶材料由于表面效應(yīng)、體積效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)，是制作氣敏元件的優(yōu)良材料。SnO2粉體顆粒的大小、均勻性等都直接影響到元件的靈敏度、選擇性、響應(yīng)恢復(fù)特性和穩(wěn)定性等重要參數(shù)。粉體越細(xì)，比表面積越大，活性越高，元件靈敏度就越高。常規(guī)制備工藝可獲得粒徑較小的納米SnO2(如電弧氣化法可獲得平均粒徑為42.9nm的SnO2；液相法可得到幾到幾十納米的SnO2)，但存在著生產(chǎn)成本高、反應(yīng)條件苛刻、工藝難于控制、生產(chǎn)工藝復(fù)雜及元件靈敏度低、選擇性和穩(wěn)定性差等致命問題。本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡單、成本低、晶粒尺寸小的二氧化錫納米晶的制備方法。
本發(fā)明采用無水SnCl2、無水Na2CO3為原料，按固相反應(yīng)式稱取原料并混合，采用NaCl(分析純)為稀釋劑，原料和稀釋劑經(jīng)脫水預(yù)處理后，在行星球磨機(jī)中球磨并進(jìn)行固相反應(yīng)得到含SnO的前驅(qū)體，前驅(qū)體在馬弗爐或氣氛爐中焙燒得半成品，半成品經(jīng)真空抽濾、蒸餾水洗滌，烘干即得成品SnO2納米晶。
工藝條件稀釋劑NaCl與原料SnCl2的摩爾比為6～10，高能球磨用直徑為20mm和10mm的不銹鋼球，球磨過程中球料比10∶1～30∶1，球磨時(shí)間4～10h，磨機(jī)轉(zhuǎn)速600～1200rpm，焙燒溫度400～800℃，焙燒時(shí)間1～3h。
原料無水SnCl2、無水Na2CO3和稀釋劑NaCl所進(jìn)行的固相反應(yīng)化學(xué)方程式為………………①焙燒過程所進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)方程式為………………………………………②本發(fā)明采用固相反應(yīng)法制備SnO2納米晶，可以簡化實(shí)驗(yàn)過程，有利于節(jié)約人力、物力和財(cái)力；引入反應(yīng)產(chǎn)物NaCl作為稀釋劑，可以減小前驅(qū)體的團(tuán)聚現(xiàn)象，并有利于前驅(qū)體熱處理過程中獲得納米級的SnO2；經(jīng)預(yù)處理脫去原料中的結(jié)晶水，防止球磨過程結(jié)塊，以利于球磨過程的充分進(jìn)行；所得產(chǎn)品納米晶粒徑可達(dá)20～30nm，且產(chǎn)品純度高，SnO2含量大于99.2％，粒徑分布均勻，活性大，有利于提高氣敏材料的選擇性、穩(wěn)定性和靈敏度。

圖1本發(fā)明工藝流程示意圖，其中TG-熱重分析，DTA-差熱分析，XRD-X-射線衍射分析。
圖2X-射線衍射分析圖，其中a原料X-射線衍射圖，b球磨后前驅(qū)體的X-射線衍射圖，c經(jīng)焙燒后半成品X-射線衍射圖，d經(jīng)洗滌后成品的X-射線衍射圖。1、按反應(yīng)式①稱取所需原料27.13g，稀釋劑NaCl與原料SnCl2的摩爾比為8，球的質(zhì)量為407克(20mm的大球8個，10mm的小球40個)，球料比15∶1，在行星球磨機(jī)中球磨得到前驅(qū)體SnO，磨機(jī)轉(zhuǎn)速為600rpm，時(shí)間為8h，在馬弗爐中對前驅(qū)體進(jìn)行焙燒得半成品，焙燒溫度為600℃，時(shí)間為2h；然后在真空抽濾過程中反復(fù)清洗，除去其中的NaCl；最后在100℃烘干即得成品SnO2納米晶，粒徑為28.4nm。
2、按反應(yīng)式①稱取所需原料27.13g，稀釋劑NaCl與原料SnCl2的摩爾比為10，球的質(zhì)量為407克(20mm的大球8個，10mm的小球40個)，球料比15∶1，在行星球磨機(jī)中球磨得到前驅(qū)體SnO，磨機(jī)轉(zhuǎn)速為600rpm，時(shí)間為6h，在馬弗爐中對前驅(qū)體進(jìn)行焙燒，得到半成品，焙燒溫度為600℃，時(shí)間為2h；然后在真空抽濾過程中反復(fù)清洗，除去其中的NaCl；最后在100℃烘干即得成品SnO2納米晶，粒徑為21.3nm。
權(quán)利要求
1.一種固相反應(yīng)制備二氧化錫納米晶的方法，其特征在于本發(fā)明采用無水SnCl2、無水Na2CO3為原料，按固相反應(yīng)式稱取原料并混合，采用NaCl為稀釋劑，原料和稀釋劑經(jīng)脫水預(yù)處理后，在行星球磨機(jī)中球磨并進(jìn)行固相反應(yīng)得到含SnO的前驅(qū)體，前驅(qū)體在馬弗爐或氣氛爐中焙燒得半成品，半成品經(jīng)真空抽濾、蒸餾水洗滌，烘干即得成品SnO2納米晶，工藝條件為稀釋劑NaCl與原料SnCl2的摩爾比為6～10，高能球磨用直徑為20mm和10mm的不銹鋼球，球磨過程中球料比10∶1～30∶1，球磨時(shí)間4～10h，磨機(jī)轉(zhuǎn)速600～1200rpm，焙燒溫度400～800℃，焙燒時(shí)間1～3h。
全文摘要
一種固相反應(yīng)制備二氧化錫納米晶的方法，本發(fā)明采用無水SnCl
文檔編號C01G19/00GK1530325SQ03118150
公開日2004年9月22日 申請日期2003年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月10日
發(fā)明者楊華明, 敖偉琴, 唐愛東, 楊武國, 張向超, 邱冠周 申請人:中南大學(xué)