一種二氧化錫亞微米棒的合成方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于微納材料合成與制備領(lǐng)域，具體涉及一種二氧化錫亞微米棒的合成方法。該合成方法包括如下步驟：首先，按照一定的比例稱取200目化學純的Al、CaSO4、Sn粉末，并且將它們均勻混合。然后，將所得混合物裝入反應器中，用引信和引火粉引燃，使得反應發(fā)生。待反應結(jié)束后，在反應器的收集室內(nèi)收集反應過程中生成的二氧化錫亞微米棒。采用本發(fā)明方法來合成二氧化錫亞微米棒，工藝簡單、設備要求低、生產(chǎn)效率高、成本極低、可控性強，所得二氧化錫亞微米棒具有很高的純度和良好的品質(zhì)，極具工業(yè)推廣價值。
【專利說明】一種二氧化錫亞微米棒的合成方法
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明屬于微納材料合成與制備領(lǐng)域，具體涉及一種二氧化錫亞微米棒自蔓延高溫合成方法。

【背景技術(shù)】
[0003]隨著當代電子科技的高速發(fā)展，各種電子元器件日趨細微化，需要利用具有良好氣敏性、濕敏性的半導體材料制成相應的傳感器進行檢測。因此，具有優(yōu)秀氣敏性、濕敏性的微納半導體材料，擁有廣泛的應用前景和市場價值。其中具有微納結(jié)構(gòu)的氧化物材料，尤其是一維棒狀、纖維狀的氧化物材料具備最大優(yōu)勢。微納尺度的一維氧化錫材料憑借其優(yōu)異的電化學、光電及化學敏感性，在微納材料合成領(lǐng)域引起了廣泛的關(guān)注。
[0004]目前，一維微納SnO2的合成方法主要有:化學氣相沉積法，物理氣相沉積法，激光燒蝕法，模版法，碳熱還原法，水熱合成法，溶膠-凝膠法等?；瘜W氣相沉積法、物理氣相沉積法、激光燒蝕法、模版法等對設備要求非常高，而碳熱還原法、水熱合成法、溶膠-凝膠法等的制備工藝極度繁瑣，這些缺點大大限制了以上方法在工業(yè)領(lǐng)域中的應用。
[0005]專利CN 102001700 A提出了一種自蔓延燃燒法，這種方法一定程度上克服了以上問題。該專利采用傳統(tǒng)的Al、CuO放熱體系，該放熱體系熱量足、反應快，得到了較廣的應用，但是該體系擁有幾點明顯的不足:上述過程中的放熱反應遵循以下熱化學方程式:2Al+3Cu0 =A1203+3Cu+1.54X 106J，經(jīng)計算，氧化銅體系鋁熱劑的放熱效率為5238J/g。而較為廉價的硫酸鈣體系遵循的熱化學方程式為:8Al+3CaS04=3CaS+4Al203+3.82X 16J,其放熱效率為10852J/g，故液化相同質(zhì)量的錫源，相較于氧化銅體系，將減少約一半鋁熱劑的投入。Cu是一種較為昂貴的金屬，而反應生成的Cu單質(zhì)以氣態(tài)的形式噴出體系，無法有效收集，造成了明顯的浪費。原料CuO的價格較高，制備成本大。安全性和生產(chǎn)成本在工業(yè)領(lǐng)域的重要性不言而喻，雖然專利CN 102001700 A提出的方法在傳統(tǒng)方法的基礎上有著巨大的進步，但是上述缺點也限制了該方法在工業(yè)領(lǐng)域的應用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種廉價的二氧化錫亞微米棒的合成方法。本發(fā)明以硫酸鈣(即石膏)作為氧化劑，反應原料硫酸鈣成本低廉，且轉(zhuǎn)化效率高，完全克服了專利CN 102001700 A中的問題，具有良好的工業(yè)應用前景。
[0007]本發(fā)明通過如下方式實現(xiàn):
1)將質(zhì)量分數(shù)比例分別為:A1粉7-8.75%，CaSO4粉13-16.25%，Sn粉75-80%的化學純粉末混合均勻，然后將裝入反應裝置中；
2)在混合粉末表面鋪上引火粉并插入引信,點燃引信啟動反應；
3)反應結(jié)束后，在反應裝置上方收集二氧化錫亞微米棒。
[0008]所述引火粉為質(zhì)量比為58%KN03、18%Mg、20%Al、4%S的粉末混合物。
[0009]所述的Al粉，CaSO4粉和Sn粉粒度為200目。
[0010]所合成的二氧化錫亞微米棒的寬度在700~900nm。
[0011]在該反應過程中，Al粉和0&504粉作為高熱劑提供足夠熱量，使得Sn粉液化噴出，并與空氣中的氧氣結(jié)合，快速氧化并冷卻，獲得一維SnO2微納材料。
[0012]這些一維Sn0#i納材料，最終將自然飄落在產(chǎn)物收集處。所涉及的相關(guān)化學反應主要有:
8Al+3CaS04=3CaS+4Al203
Sn+02=Sn02
本發(fā)明闡述的材料特征可用以下方法測試:
I X射線衍射(XRD)。本材料是二氧化錫微納材料，在X射線衍射譜中會給出二氧化錫的特征衍射峰，以此來判斷產(chǎn)物中是否含有二氧化錫和其他物質(zhì)。
[0013]2掃描電子顯微鏡(SEM)。通過掃描電子顯微鏡可以清楚顯示所得二氧化錫微納材料的微觀形貌和微觀尺寸。
[0014]3 EDS能譜。通過EDS可獲得樣品的元素圖譜，結(jié)合XRD圖譜，判斷產(chǎn)物中是否含除氧化錫之外的其他無定性態(tài)雜質(zhì)。
[0015]圖1是二氧化錫亞微米棒的X射線衍射圖，其所示衍射峰除主要的二氧化錫的特征峰值外，還有存在屬于SnS的特征峰，但峰高均較小，且在鋰電負極應用中，SnS可視為有益相。圖2是該產(chǎn)物的掃描電子顯微鏡照片，清晰的呈現(xiàn)所得二氧化錫的棒狀微結(jié)構(gòu)，利用標尺可以測得該亞微米棒的厚度(寬度)在800nm左右，能譜數(shù)據(jù)顯示，SnO2樣品的純度超過95%，并含有微量的S，Al，Ca等雜質(zhì)，結(jié)合XRD圖譜數(shù)據(jù)，可初步斷定，Ca和Al以無定形態(tài)存在于樣品中，而S以SnS晶體的形式存在。
[0016]通過自蔓延法制備的Sn0#i納材料與化學氣相沉積法，物理氣相沉積法，激光燒蝕法，模版法，碳熱還原法，水熱合成法，溶膠-凝膠法等方法相比，設備要求低，合成過程簡易。而通過硫酸鈣來代替先前的氧化銅作為反應體系的氧化劑，能進一步降低SnO2微納材料的制備成本，此外由于硫酸鈣與鋁的反應能夠釋放出更多的熱量，故液化相同質(zhì)量的錫源所需的反應物較少，轉(zhuǎn)化效率得到提高。對于所制備的二氧化錫亞微米棒，相較于微米級的氧化錫，由于比表面積大，在氣敏、濕敏元件中應用時，能表現(xiàn)出更優(yōu)異的性能。而相較于原先通過氧化銅體系制備的二氧化錫納米線，亞微米氧化錫比表面積較小，接觸電阻也較小，加上有SnS的存在，在作為鋰電負極材料極應用時，具有一定的優(yōu)勢。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]下面結(jié)合附圖和實施例對該發(fā)明進一步說明。
[0018]圖1是實施例2合成產(chǎn)物的X射線衍射譜線。
[0019]圖2是實施例2合成產(chǎn)物的掃描電子顯微鏡照片及相關(guān)的能譜數(shù)據(jù)。
[0020]圖3是合成裝置的示意圖。

【具體實施方式】
[0021]通過以下實施例的說明將有助于理解本發(fā)明，但并不限制本發(fā)明的內(nèi)容。
[0022]實施例1
首先，稱取質(zhì)量分數(shù)分別為8.75%、16.25%，75%的200目化學純Al、CaSO4' Sn粉末，并且將它們均勻混合。然后，將所得混合物裝入反應器中，在其上鋪撒引火粉，并插入引信。點燃引信，誘導自蔓延反應發(fā)生。待反應結(jié)束后，在反應器的收集腔內(nèi)收集反應過程中生成的一維二氧化錫微納材料。該產(chǎn)品經(jīng)X射線衍射、掃描電子顯微鏡的表征結(jié)果證明:所得為高純度二氧化錫亞微米棒，其平均寬度(厚度)約在900nm左右。
[0023]實施例2
首先，稱取質(zhì)量分數(shù)分別為7.8%、14.4%, 77.8%的200目化學純Al、CaSO4' Sn粉末，并且將它們均勻混合。然后，將所得混合物裝入反應器中，在其上鋪撒引火粉，并插入引信。點燃引信，誘導自蔓延反應發(fā)生。待反應結(jié)束后，在反應器的收集腔內(nèi)收集反應過程中生成的一維二氧化錫微納材料。該產(chǎn)品經(jīng)X射線衍射、掃描電子顯微鏡的表征結(jié)果證明:所得為高純度二氧化錫亞微米棒，其平均寬度(厚度)約在800nm左右。
[0024]實施例3
首先，稱取質(zhì)量分數(shù)分別為7%、13%，80%的200目化學純Al、CaSO4、Sn粉末，并且將它們均勻混合。然后，將所得混合物裝入反應器中，在其上鋪撒引火粉，并插入引信。點燃引信，誘導自蔓延反應發(fā)生。待反應結(jié)束后，在反應器的收集腔內(nèi)收集反應過程中生成的一維二氧化錫微納材料。該產(chǎn)品經(jīng)X射線衍射、掃描電子顯微鏡的表征結(jié)果證明:所得為高純度二氧化錫亞微米棒，其平均寬度(厚度)約在700nm左右。
【權(quán)利要求】
1.一種二氧化錫亞微米棒的合成方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)將質(zhì)量分數(shù)比例分別為=Al粉7-8.75%，CaSO4粉13-16.25%，Sn粉75-80%的化學純粉末混合均勻，然后將裝入反應裝置中； 2)在混合粉末表面鋪上引火粉并插入引信,點燃引信啟動反應； 3)反應結(jié)束后，在反應裝置上方收集二氧化錫亞微米棒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化錫亞微米棒的合成方法，其特征在于，所述的Al粉、CaSO4粉和Sn粉粒度為200目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化錫亞微米棒的合成方法，其特征在于，所述引火粉為質(zhì)量比為58%KN03、18%Mg、20%Al、4%S的粉末混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化錫亞微米棒的合成方法，其特征在于，所合成的二氧化錫亞微米棒的寬度在700~900nm。
【文檔編號】C01G19/02GK104445378SQ201410780994
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月17日
【發(fā)明者】張國棟, 張暉, 肖亞東, 劉念, 張斌, 邱智華 申請人:武漢大學