阅读说明：本技术 一种锑掺杂二氧化锡的隔热材料的制备方法 (Preparation method of antimony-doped tin dioxide heat insulation material ) 是由 郑克芳 张恒 尤先锋 李曼 李方园 于 2021-09-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种锑掺杂二氧化锡的隔热材料的制备方法,属于无机功能材料应用领域。它主要包括以下步骤：S1、将计量好的锑盐和锡盐溶于溶剂中,充分搅拌溶解冷却待用,计为溶液A；同时配制一定浓度碱液待用,计为溶液B；S2、采用溶胶-凝胶-超声法,微波加热下将溶液B缓慢滴加到溶液A中。期间发生的反应如下：Sn～(4+)+4OH～(-)=Sn(OH)-(4)↓,Sb～(3+)+3OH～(-)=Sb(OH)-(3)↓。滴加完成形成淡黄色胶状沉淀,然后超声0.5h；S3、将反应溶液通过凝胶过滤的方法洗去杂质,然后过滤、烘干；最后在煅烧炉中煅烧。本发明操作简单,通过溶胶-凝胶-超声法制备电阻率低、颗粒粒径小、分布均匀、尺寸可控的ATO粉末；使用凝胶层析法可减少去除氯离子过程中水的使用,降低成本同时减少了设备的腐蚀现象,可用于大规模生产的透明隔热膜。(The invention discloses a preparation method of an antimony-doped tin dioxide heat insulation material, belonging to the field of application of inorganic functional materials. The method mainly comprises the following steps: s1, dissolving the measured antimony salt and tin salt into a solvent, fully stirring, dissolving and cooling for later use to obtain a solution A; preparing alkali liquor with a certain concentration for later use, and taking the solution as a solution B; and S2, slowly dripping the solution B into the solution A by adopting a sol-gel-ultrasonic method and under the microwave heating. The reactions that occur during this period are as follows: sn (tin) 4+ +4OH ‑ =Sn(OH) 4 ↓，Sb 3+ +3OH ‑ =Sb(OH) 3 ↓. After the dropwise addition, a light yellow colloidal precipitate is formed, and then ultrasonic treatment is carried out for 0.5 h; s3, washing off impurities from the reaction solution by a gel filtration method, and then filtering and drying; and finally calcining in a calcining furnace. The method is simple to operate, and the ATO powder with low resistivity, small particle size, uniform distribution and controllable size is prepared by a sol-gel-ultrasonic method(ii) a The use of the gel chromatography can reduce the use of water in the process of removing chloride ions, reduce the cost and reduce the corrosion phenomenon of equipment, and can be used for producing transparent heat-insulating films in large scale.)

一种锑掺杂二氧化锡的隔热材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种锑掺杂二氧化锡的隔热材料的制备方法，属于无机功能材料应用领域。

背景技术

太阳能绝大部分处于可见光和近红外区,即400～1800nm范围。可见光与红外线都是热射线，可以被照射的物体吸收并转变成热能，使物体表面的温度升高，降低材料的使用寿命。透明隔热材料是一种能将太阳光中的热量（主要是近红外区产生）反射回去，留住可见光，从而生产出隔热透明作用。

纳米锑掺杂二氧化锡(ATO) 属于高浓度自由电子气模式的材料，自由电子气模式材料在低频红外区具有很强的反射率R。当光频增至等离子体频率ωp，即材料进入透明区的临界频率，等离子体电子对光的吸收和反射均很弱。当光频进一步增大到本征激发（吸收）频率ωg，此时紫外吸收急剧增强。而根据自由电子气模式理论，ωp与载流子浓度N成正比，即载流子浓度升高，SnO2的光谱反射边向高频方向移动。掺杂Sb会使SnO2 的载流子浓度增大，从而使SnO2 的（λp－λg）正好落在0.34～1.1 μm 的可见光带区，提高了ATO的可见光透射率、红外反射率以及紫外吸收率。

传统的ATO制备有固相法、水热法、化学沉淀法，溶胶-凝胶法等。固相法需要在高温下进行反应，但高温会引起组分的挥发和偏析，导致其电导率远低于理论值，同时粉体粒子尺寸较大且形貌不规整，难以满足使用需求；水热法步骤简单，反应温度较低，但粉体易团聚，引入的氯离子容易腐蚀设备；化学沉淀法工艺简单、合成周期短、成本低，制备的粉体纯度高、分布均匀、电阻率，是目前制备ATO粉体的主要研究方向；熔胶-凝胶法反应温和，制备出的ATO粉体性能最好，透光率可达90%，是目前最理想的工业生产方法。

发明内容

本发明针对上述背景技术所提及的技术问题，而采用以下技术方案来实现：

一种锑掺杂二氧化锡的隔热材料的制备方法，主要包括以下步骤：

S1、将计量好的锑盐、锡盐加入到烧杯中，然后加入溶剂搅拌，充分溶解计为溶液A；同时配置一定量的碱，计为溶液B；

S2、采用溶胶-凝胶-超声法，微波加热同时将溶液B缓慢滴加到溶液A，并不停搅拌，滴至PH=5～6后停止，形成淡黄色胶状沉淀，滴加完成后超声0.5h。期间发生的反应如下：

Sn⁴⁺+4OH^-=Sn(OH)₄↓，

Sb³⁺+3OH^-=Sb(OH)₃↓；

S3、将反应后的溶液通过凝胶过滤法洗涤溶液，干燥后研磨；

S4、将研磨后的粉末放入煅烧炉中升温到600～800℃，保温2h退火冷却，然后取出即为制得的ATO粉末。

作为优选实例，在S1中，锑盐为氯化锑、硝酸锑、硫酸锑、醋酸锑的一种或几种；锡盐为氯化锡、硝酸锡、硫酸锡、醋酸锡的一种或几种及其水合物；碱液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液中的一种。

作为优选实例，所述锑盐的用量按三氧化二锑来计算，所述锡盐的用量按二氧化锡来计算，溶剂为稀盐酸、稀硝酸、稀硫酸、稀醋酸的一种或几种。

作为优选实例，在S2中，所述微波加热温度为70～90℃，溶液B滴加速率为1～2s一滴；滴加完成继续中超声0.5h，然后静置冷却。

作为优选实例，在S3中，采用凝胶过滤的方法目的是除去溶液中的Cl-、NO3-、Na+等杂质小分子。

作为优选实例，在S4中，烘干后的所得物在煅烧炉中以3～5℃/min的升温速率升温到600℃，保温2h后结束煅烧，冷却后得到目标产物。

本发明的有益效果是：本发明操作简单、反应迅速，通过溶胶-凝胶法形成低粘度溶液，短时间内可以使含锡、锑化合物在分子水平混合均匀，反应时组分扩散在微米尺度(如图1中SEM所示),反应速度快、温度低。凝胶过滤法则通过层析层先分离出微米级氧化锡、氧化锑固体颗粒，而Na+、Cl-、NO3-等离子进入层析柱内部，流出慢被洗脱，因此，此分离方法制备的粉体纯度高(图2中EDX所示)，同时减少了洗涤溶剂的使用，大大节约了成本，可用于大规模生产的透明隔热膜。

附图说明

图1为本发明制备的ATO粉末的SEM图片；

图2为本发明制备的ATO粉末的EDX图片；

图3为本发明实施例1中制得的ATO粉末的近红外吸收图谱；

图4为本发明实施例2中制得的ATO粉末的近红外吸收图谱；

图5 为本发明实施例3中制得的ATO粉末的近红外吸收图谱；

图6为本发明实施例4中制得的ATO粉末的近红外吸收图谱；

图7 为本发明实施例5中制得的ATO粉末的近红外吸收图谱。

具体实施方式

为了对本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示和实施例，进一步阐述本发明。

实施例1

一种锑掺杂二氧化锡的导电隔热材料的制备方法，主要包括以下步骤：

S1、称量40.38g的四氯化锡，2.716g的三氯化锑加入到烧杯中，然后称量50mL，2mol/L的稀盐酸缓慢加入烧杯中，35℃水浴下搅拌，充分溶解计为溶液A；称取20g片状氢氧化钠固体，溶于700mL去离子水中，计为溶液B；

S2、在超声仪中，80℃的微波加热下，超声同时采用溶胶-凝胶法将溶液B以1～2s一滴的速率缓慢滴加到A溶液中并搅拌，滴加完成后继续超声0.5h；

S3、将反应后的溶液通过G25型聚丙烯酰胺凝胶柱，过程中可用0.5mol/L的硝酸银溶液检验氯离子。完成后取出沉淀，于70℃干燥箱中烘10h，研磨成粉；

S4、将制得的粉末放入煅烧炉中以5℃/min的升温速率升温到600℃，保温2h后关闭电源，待冷却后取出即为制得的ATO粉末。

实施例2

S1：称量30g无水四氯化锡，2.72g三氯化锑溶于50ml，2mol/L的稀盐酸中，充分搅拌溶解，计为溶液A，称取20g的片状氢氧化钠溶于750mL去离子水中，计为溶液B；

S2：在超声仪中，80℃的微波加热下，超声同时采用溶胶-凝胶法将溶液B以1～2s一滴的速率缓慢滴加到A溶液中并搅拌，滴加完成后继续超声0.5h；

S3：将反应后的溶液通过G25型聚丙烯酰胺凝胶柱，过程中可用0.5mol/L的硝酸银溶液检验氯离子。完成后取出沉淀70℃下干燥过夜，研磨成粉；

S4：将制得的粉末在600℃下以4℃/min升温速率煅烧2h，冷却取出即为制得ATO粉末。

实施例3

S1：称量42.3g的硝酸锡，3.66g硝酸锑溶于70ml，1.5mol/L的稀硝酸中搅拌并充分溶解，计为溶液A，称取20g片状氢氧化钠固体溶解于750ml去离子水中，计为溶液B；

S2：在超声仪中，80℃的微波加热下，超声同时采用水热-沉淀法将溶液B以1～2s一滴的速率缓慢滴加到A溶液中并搅拌，滴加完成后继续超声0.5h；

S3：将溶液通过G25型聚丙烯酰胺凝胶柱，完成后取出沉淀，于70℃干燥箱中烘10h，研磨成粉；

S4：将粉末放入煅烧炉中以4℃/min的升温速率升温到600℃，保温2h，冷却后取出即为制得的ATO粉末。

实施例4

S1：称量40.88g的醋酸锡，3.56g的醋酸锑溶于60ml，2mol/L的醋酸中，计为溶液A,称量18g的片状氢氧化钠溶于650ml去离子水中，计为溶液B；

S2：在超声仪中，80℃的微波加热下，超声同时采用水热-沉淀法将溶液B以1～2s一滴的速率缓慢滴加到A溶液中并搅拌，滴加完成后继续超声0.5h；

S3：将反应后的溶液通过G25型聚丙烯酰胺凝胶柱，完成后取出沉淀，于70℃干燥箱中烘10h，研磨成粉；

S4：将研磨的粉状固体放入煅烧炉中，以3℃/min的升温速率升到600℃并保温2h，冷却后取出即为ATO粉末。

实施例5

S1：称量25g硫酸锡、3.16g硫酸锑溶于100ml、1mol/L的稀硫酸中，即为溶液A；称取20g片状氢氧化钠溶于600ml去离子水中，计为溶液B；

S2：在超声仪中，80℃的微波加热下，超声同时采用水热-沉淀法将溶液B以1～2s一滴的速率缓慢滴加到A溶液中并搅拌，滴加完成后继续超声0.5h，然后静置冷却；

S3：将溶液通过G25型聚丙烯酰胺凝胶柱，完成后取出沉淀，于70℃干燥箱中烘10h，研磨成粉；

S4：将研磨的粉末置于煅烧炉中，以4℃/min的升温速率升温到600℃保温2h，待冷却后取出即为ATO粉末。

通过对实施例1～5制备的ATO粉末进行红外吸收分析；具体方法是：按照0.1wt%将ATO粉末分散在乙酸乙酯溶剂中，制备出干膜厚为15微米的涂层，测量该膜在500～2600nm波长范围的吸收能力，由图2～6可以看出：实施例1～5制备的ATO粉末对近红外吸收范围较广，特别在2000～2500nm之间有较强的吸收。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。