水热合成法对纳米氧化锡粉体粒径和形貌的控制研究

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1、1742009全国粉末冶金学术会议水热合成法对纳米氧化锡粉体粒径和形貌的控制研究王东新1’2钟景明1孙本双1BAOX2张建荣3(1．西北稀有金属材料研究院，国家钽铌特种金属材料工程技术研究中心，宁夏石嘴山市)(2．LoughboroughUniversity，Loughborough，Leicestershire，UK)(3．华东理工大学，上海)摘要利用氯化锡和氨水作为反应试剂，通过水热合成技术制备了近球形、棒状、椭球形、六角形等粉体形貌和粒径范围从4nnl至120nm的纳米氧化锡粉体，并对水热合成条件对粉体的粒径和形貌的影响进行了研究。所制备的粉体的XRD分析结果显示

2、，合成温度在160℃以上并且合成时间在3h以上，粉体全部具有氧化锡晶体结构。利用透射电镜对粉体的粒径和形貌观察发现，二氧化锡粉体的形貌和粒径可通过改变溶液的浓度，合成温度与合成时间进行有效的控制，其中合成温度与溶液浓度不仅可以控制合成粉体的粒径，而且可以控制粉体的形貌。关键词氧化锡，水热合成，纳米粉体1前言纳米材料因具有量子尺寸效应，小尺寸效应和表面效应等，因而在光、电、热、磁等方面具有很多的特殊性能并得到了许多研究者的广泛研发¨。氧化锡作为一种具有宽能带(E。=3．6eV)n型半导体材料，是研究和应用最早的气敏材料之一【2’3J。由于其具有稳定的化学和力学性能，并兼具

3、透明导电的特性，自1962年以来，氧化锡在家庭、商业和工业领域都得到了广泛的应用【4J，诸如气敏探测器5’6’L8，电极材料一。以及太阳能电池【l0’uo等等。制备SnO：纳米粉体的常用方法有液相沉淀法、微乳液法、化学气相沉积法、溶胶凝胶法和水热合成法等。其中水热合成法与其它合成技术相比较，该方法所合成的粉体结晶度高，晶态完整，粉体粒径分布范围窄且形貌易于控制[12

4、。有关水热法制备SnO：粉体的文献报道很多，但所合成的SnO：粉体的粒径基本为10nm以下，粉体的形貌特征也难以分辨¨3I。在探测器制作和光化学、物理作用方面，基于SnO：制造的电子设备的物化性能与其粉体的

5、晶体结构、形貌和粒径密切相关014,1S]，因为二氧化锡材料的气敏效应是属于晶粒表面控制型的[1副。因此，有效控制所合成二氧化锡粉体的形貌和粒径具有十分重要的应用价值。虽然也有研究者利用水热法合成出了长度在20nm以下的棒状SnO：，但其使用了有机溶剂作为辅助介质【17】。有机溶剂的使用，不仅污染环境，而且也对人体有害，为非绿色制备技术，同时对于工业生产又增加了生产成本。而本工作使用去离子水作为反应介质，通过有效控制合成温度、时间以及反应物浓度，成功制备了形貌和粒径可控的SnO，纳米粉体。2实验部分2．1纳米粉体合成试剂：$nCl4·5H：0(纯度为99．O％，如皋化学

6、试剂厂)；质量比为25％的氨水(FisherScientific，UK)；去离子水为实验室自制。首先将不同质量的SnCI。·5H：0晶体溶于21mL去离子水中配制摩尔浓度为O．25tool·L～、0．5tool·L～、1．0mol·L～、2．0mol·L一和3．0mol·L-1的溶液，并利用电磁搅拌器搅拌形成均匀溶液后，滴加25％的NH3·H：0至溶液的pH=11。最后将配制的溶液转入容积为30mL的反应釜内，并三、有色金属粉末及制品175保持反应釜的体积填充度为70％。将密封后的反应釜放置于温度可控的干燥箱中在不同温度(160℃～2200C)和不同处理时间(6h一48

7、h)下合成粉体。然后自然冷却至室温并将粉体收集，用去离子水离心清洗5～10次，直至用AgNO，检测无Cl一。最终将粉体在100。C烘干12h，备用。2．2纳米粉体表征粉体的物相分析采用BrukerD8型x射线衍射议进行，辐射源为铜靶(CuKa。=0．15406Rill)，扫描速率为0．02。8～，20角的测量范围为100一900。利用JOEL一2000FX透射电子显微镜(TEM，加速电压200kV)对粉体的形貌和颗粒尺寸进行观察测定。电镜样品制备是将粉体研磨后分散于无水乙醇中，并用超声波分散5—10min，然后将悬浊液滴于覆有碳膜的铜网上，待酒精挥发干后，上镜观察。3结

8、果与讨论3。1合成温度对粉体形貌和粒径的影响反应起始溶液浓度为0．5mol·L一，在不同温度水热处理48h下合成粉体的XRD图(图1)显示，在1600C以上合成的粉体具有相同的晶体结构，各衍射峰位与标准XRD卡片(PDF，No．41—1445)的数据基本一致，合成粉体的晶体结构为四方相SnO：。从SnO：的衍射图上可以看出，各衍射峰随着温度的增加逐渐变得尖锐，且相对衍射强度不断提高，说明SnO：粉体的结晶度随着温度的提高而逐渐增加。同时，在温度相对较低的情况下(160。C和180℃)，晶面(110)的衍射峰半高宽较大，但当温度增加到200