氧化锡基纳米材料的制备及应用

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1、氧化锡基纳米材料的制备及应用9氧化锡基纳米材料的制备及应用应化081（10082072）张明辉摘要：纳米氧化锡因其独特的性质，在诸多领域中都具有广阔的应用前景，如导电填料，气敏传感器、催化剂、变阻器、陶瓷、透明导电氧化物薄膜和隔热涂料等，是一种极具发展潜力的新型导电材料。本文按照固相法、液相法、气相法综述了目前常见的纳米二氧化锡合成方法，比较了各种方法的优缺点，并简要介绍了其表征。关键词：纳米材料，氧化锡，制备方法1研究背景纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸范围（1-100nm），或者以它们作为基本单元构成的材料。按纳米材料的几何特征

2、，人们常将其分为零维纳米材料（如纳米团簇、纳米微粒、人造原子）、一维纳米材料（如纳米碳管、纳米纤维、纳米同轴电缆）、二维纳米材料（纳米薄膜）和纳米晶体等。纳米材料尺寸小，比表面积大，具有量子尺寸效应，表面效应和宏观量子隧道效应，因此在光、热、电、声、磁等物理性质以及其他宏观性质方面都发生了显著地变化。所以人们试图通过纳米材料的运用来改善材料的性能。SnO2是一种重要的宽禁带n型半导体材料，带宽范围为3.6eV-4.0eV。SnO2是重要的电子材料、陶瓷材料和化工材料。在电工、电子材料工业中，SnO2及其掺杂物可用于导电材料、荧光灯、电极材料、敏感

3、材料、热反射镜、光电子器件和薄膜电阻器等领域。在陶瓷工业，SnO2用作釉料及陶瓷的乳浊剂，由于其难溶于玻璃及釉料中，还可用做颜料的载体；在化学工业中，主要是作为催化剂和化工原料。SnO2是目前最常见的气敏半导体材料，它对许多可燃性气体都有相当高的灵敏度。利用SnO2制成的透明导电材料可应用在液晶显示、光探测器、太阳能电池、保护涂层等技术领域[1-3]。正是由于SnO2纳米材料的广泛的应用背景，所以，纳米SnO2的制备技术已成为人们研究的热点之一。2文献综述2.1固相法合成SnO2纳米材料固体原材料经过高温或球磨，获得纳米材料的过程称为固相法。采用

4、固相法制备纳米材料，常用的方法有高能机械球磨法等。氧化锡基纳米材料的制备及应用92.1.1高能机械球磨法高能机械球磨法是利用球磨机的转动或振动，对原料进行强烈的撞击、研磨和搅拌。该方法制得的产物产量高、工艺简单，但晶粒尺寸不均匀，易引入杂质。Cukrov等人[4]以氯化亚锡、碳酸钠为原材料，氯化钠为稀释剂，在惰性气氛下，球磨3小时，得到了平均粒径为24nm、主要构成为四方相纳米氧化锡粉末，同时还存在着一些斜方晶的氧化锡。将粉末超声分散到水中得到的浆液，通过旋转涂层法涂层到单晶硅基片上，可得到平均粒径约为34nm的氧化锡薄膜。2.2液相法合成SnO

5、2纳米材料液相法合成氧化锡纳米粉体的方法有很多，常见的有溶胶-凝胶法（S-G法），沉淀法，水热法，微波法等。2.2.1溶胶凝胶法溶胶凝胶法（SOL-GELMETHOD，S-G法）属于液相法制备纳米材料中的一种新兴的方法。其基本机理是，金属醇盐或无机盐经过水解形成溶胶，然后溶胶聚合凝胶化，在经过干燥、焙烧等低温处理，除去所含有机成分，最终得到纳米尺度的无机材料超微颗粒。该法制备的产品均匀度较高，纯度高，烧结温度比传统方法约低400-500℃，反应过程易于控制，可大幅减少支反应、分相；从同一种原料出发，改变工艺可获得不同的制品。20世纪80年代以来S

6、-G法在玻璃氧化物涂层、功能陶瓷粉料，尤其是烧结方法难以制备的复合氧化物材料、高Tc氧化物超导材料等的合成中得到成功的应用。但S-G法所用的原料大多数是有机化合物，成本较高，处理时间较长，制品易产生开裂，烧结不够完善，制品中会残留细孔及OH-或C[5]，而且在制备过程中由于受表面张力的影响，纳米粒子极易团聚在一起，为了克服这个缺点，最近在S-G法的凝胶干燥过程中又发展出真空干燥、冷冻干燥和超临界流体干燥等方法以除去干燥过程中产生的表面张力和毛细管作用。S-G法大都是靠溶胶向凝胶的转变，进行干燥凝胶制成超细粉末。但由于制取溶胶的方法不同，其工艺的前

7、半部分有所差异。通常有两种方法，一种是以四氯化锡和氨水为原料，合成氢氧化锡沉淀，加入胶溶剂，过滤洗涤得到溶胶，干燥焙烧低温处理后得到SnO2氧化锡基纳米材料的制备及应用9粉体。在此过程中胶溶剂的种类和用量多少对溶胶的形成起到关键作用。另一种方法是锡醇盐水解缩聚得到溶胶，经陈化变成湿溶胶后进行干燥，再经过热处理得到SnO2超细粉末。在此过程中首先要制取一个包含醇盐和水的均相溶液。由于醇盐在水中的溶解度不大，所以一般选用醇作为溶剂，但是醇的加入量要适中，太少则醇盐不能完全溶解，过多则会抑制水解反应[6]。2.2.2水热法水热法（又称热液法）是在特制的

8、密闭反应容器（高压釜）里，采用水溶液或者其他流体作为反应介质，在高温高压的条件下进行有关化学反应的总称。在高温高压下，一些氢氧化物在水中