一种低温制备纳米ito粉末的方法
阅读说明：本技术 一种低温制备纳米ito粉末的方法 (Method for preparing nano ITO powder at low temperature ) 是由 唐智勇 于 2021-02-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种低温制备纳米ITO粉末的方法,属于纳米ITO粉末加工技术领域,该方法包括以下步骤：S1、王水溶液的配制：将浓盐酸和浓硝酸按容积比l:3配成王水溶液；S2、溶解、混合：取40ml王水溶液,然后称取10-20g金属铟和3-5g四氯化锡使其依次溶于王水溶液中,搅拌均匀后,备用,得到混合物；S3、共沉淀：在搅拌下,将氢氧化钠溶液加入到步骤S2得到的混合物中,两者共沉淀后,得到氢氧化铟和氢氧化锡的胶体前驱物；S4、过滤、洗涤：用蒸馏水洗涤步骤S3得到的胶体前驱物2-4次,得到铟锡氢氧化物；S5、反应。本发明解决了现有水热法制备工艺对设备耐温能力要求高的问题。(The invention discloses a method for preparing nano ITO powder at low temperature, belonging to the technical field of nano ITO powder processing, comprising the following steps: s1, preparing aqua regia solution: preparing concentrated hydrochloric acid and concentrated nitric acid into aqua regia solution according to the volume ratio l: 3; s2, dissolving and mixing: taking 40ml of aqua regia solution, then weighing 10-20g of metal indium and 3-5g of stannic chloride to be sequentially dissolved in the aqua regia solution, and uniformly stirring for later use to obtain a mixture; s3, coprecipitation: adding a sodium hydroxide solution into the mixture obtained in the step S2 under stirring, and obtaining a colloid precursor of indium hydroxide and tin hydroxide after the sodium hydroxide solution and the mixture are subjected to coprecipitation; s4, filtering and washing: washing the colloid precursor obtained in the step S3 with distilled water for 2-4 times to obtain indium tin oxide; and S5, reacting. The invention solves the problem that the existing hydrothermal method preparation technology has high requirement on the temperature resistance of equipment.)
技术领域
本发明涉及纳米ITO粉末加工技术领域，更具体地说，它涉及一种低温制备纳米ITO粉末的方法。
背景技术
铟锡氧化物ITO是重要的半导体陶瓷材料，主要成分为In2O3、SnO2，通过四价锡掺杂到氧化铟晶格中而增强其导电性。ITO薄膜因其优良的透明、导电、隔热以及红外反射、雷达波透过等综合性能，在光电子、传感器、太阳能和宽频谱隐身等高技术领域具有广泛应用前景，还可作为电化学反应的电极有效分解工业废物。采用ITO靶材通过真空镀膜等途径制备的ITO薄膜已成为TFT-LCD、PDP等平板显示器不可或缺的关键材料，也促使ITO靶材发展成令人瞩目的战略性高科技产业。纳米ITO粉末作为整个ITO产业链的基础，不仅可通过靶材溅射成ITO薄膜，还能以注浆方式应用于涂层，也可直接用来制备纳米复合材料，因而应用前景良好。由此可知，开发工序简单、产率高、环境友好和产品优良的纳米ITO粉末制备技术对ITO及其下游产业的发展至关重要。
水热法是通过加热在密封压力容器中营造高温高压环境，使铟和锡的盐溶液在碱性环境下发生反应，从而制备纳米粉体。该法工艺简单，不需要高温焙烧处理，并且粉体分散性能好，几乎无团聚或仅有弱团聚，但是产率较低，并且对设备的耐温、耐压能力要求高。
为了优化水热法工艺，降低其对生产设备的依赖性，本发明提供了一种低温制备纳米ITO粉末的方法。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种低温制备纳米ITO粉末的方法，其解决了现有水热法制备工艺对设备耐温能力要求高的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种低温制备纳米ITO粉末的方法，包括以下步骤：
S1、王水溶液的配制
将浓盐酸和浓硝酸按容积比l:3配成王水溶液80ml；
S2、溶解、混合
取40ml王水溶液，然后称取10-20g金属铟和3-5g四氯化锡使其依次溶于王水溶液中，搅拌均匀后，备用，得到In2O3：SnO2重量比为(8-10):l的混合物；
S3、共沉淀
在搅拌下，将氢氧化钠溶液加入到步骤S2得到的混合物中，两者共沉淀后，得到氢氧化铟和氢氧化锡的胶体前驱物；
S4、过滤、洗涤
用蒸馏水洗涤步骤S3得到的胶体前驱物2-4次，得到铟锡氢氧化物；
S5、反应
将步骤S4得到的铟锡氢氧化物在90-110℃下烘4h，然后将烘干的前驱物置于高压釜内，充0.8MPa的氩气，再将高压釜置于电炉上加温；当温度上升至250℃时，压强为1.5MPa，此时再对高压釜进出放气处理，直至釜内压强降为1.0MPa，继续加温至300℃，持续反应4h，反应结束后，取出自然冷却至常温，得到ITO纳米颗粒。
进一步优选为：在步骤S4中，用蒸馏水洗涤步骤S3得到的胶体前驱物2-4次，直至用AgNO3溶液检验出胶体前驱物中不含Cl-。
进一步优选为：在步骤S5中，当温度上升至250℃时，压强为1.5MPa，此时再对高压釜进出放气处理，直至釜内压强降为1.0MPa，继续加温至300℃，观察釜内压强，通过反复放气以保持釜内压强为1.0MPa，持续反应4h。
进一步优选为：所述高压釜包括釜体、盖板、换热器、散步器和安装板；
所述盖板盖设在所述釜体顶部，所述釜体与所述换热器之间连接有放气管，所述放气管上安装有开关阀，所述换热器上设有用于冷介质进出的冷流体进口、冷流体出口以及用于气体排出的排气管，所述排气管用于将换热后的气体引向高处排放；
所述散步器用于将所述排气管排出的气体进行疏散，以使气体向四周均匀扩散，所述散步器固定在所述安装板上。
进一步优选为：所述散步器包括排气筒、排气罩、活动杆、弹簧和固定块；
所述排气筒上下两端均为开口设置，所述排气筒上端固定在所述安装板上，所述排气罩位于所述排气筒下方且罩设在所述排气管排气口上方，所述固定块位于所述排气筒内且固定在所述排气罩上，排气罩上开设有通孔，所述通孔贯穿所述固定块和所述排气罩，以使气体通过通孔进入排气筒；
所述弹簧位于所述排气筒内且下端固定在所述固定块上，上端固定在所述安装板上，所述排气筒圆周表面开设有用于气体向外排出的格栅孔，所述活动杆一端固定在所述固定块上，另一端穿过所述格栅孔，所述格栅孔长度方向与所述排气筒轴向方向一致，以使所述活动杆在所述格栅孔内上下移动。
进一步优选为：所述排气罩为倒漏斗型且俯视投影为圆形。
进一步优选为：所述排气罩采用软橡胶制成，所述排气罩上开设有多个缺口，多个所述缺口以所述排气罩中心为圆心均布在所述排气罩上，所述缺口为扇形缺口且两直线的夹角位于所述通孔四周。
进一步优选为：所述格栅孔设置有多个，多个所述格栅孔均布在所述排气筒四周。
进一步优选为：所述安装板上开设有安装孔，以通过所述安装孔将所述安装板螺栓连接在室内天花板或墙体上。
进一步优选为：所述冷介质为循环水。
综上所述，本发明具有以下有益效果：要生成ITO，最关键的是在脱水反应中，尽可能使化学动态平衡向着正反应方向进行。在加热过程中，氩气受热，体系中的压强增加，同时生成的水蒸气也使得压强增大，阻止了脱氢的顺利进行。于是，当压强增大到1.5MPa时，就放气，使压强降低到1.0MPa，通过放气使得反应体系中水蒸气减少，这样就促进了氧化物的生成。同时，因为有压强的存在，晶体在反应釜内足慢慢生长，可以保证结晶状况良好。本发明主要存在以下特点：
1、反应条件变得更加柔和，在300℃条件下就可以生成理想的纳米ITO粉末，而普通ITO粉制备工艺，基本都要在500℃以上，用共沉淀法在600℃以上才得到纳米ITO粉末。本发明解决了现有水热法制备工艺对设备耐温能力要求高的问题。
2.本发明得到的颗粒粒径大小为10-20nm，更有利于制靶材。
附图说明
图1是实施例的流程框图，主要用于体现低温制备纳米ITO粉末的方法；
图2是实施例的结构示意图，主要用于体现高压釜的结构；
图3是实施例的结构示意图，主要用于体现散步器的结构；
图4是实施例的结构示意图，主要用于体现散步器与排气罩之间的配合结构；
图5是实施例的结构示意图，主要用于体现排气罩的结构；
图6是实施例的结构示意图，主要用于体现排气罩的结构。
图中，1、釜体；2、盖板；3、放气管；4、开关阀；5、换热器；6、冷流体出口；7、冷流体进口；8、排气管；9、散步器；91、排气筒；92、排气罩；93、活动杆；94、格栅孔；95、弹簧；96、缺口；97、通孔；98、固定块；10、安装板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。
实施例1：一种低温制备纳米ITO粉末的方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1、王水溶液的配制
将浓盐酸和浓硝酸按容积比l:3配成王水溶液80ml；
S2、溶解、混合
取40ml王水溶液，然后称取16g金属铟(99.99％)和3.4g四氯化锡使其依次溶于王水溶液中，搅拌均匀后，备用，得到In2O3：SnO2重量比为9:l的混合物；
S3、共沉淀
在搅拌下，将氢氧化钠溶液加入到步骤S2得到的混合物中，以使混合物呈中性，两者共沉淀后，得到氢氧化铟和氢氧化锡的胶体前驱物；
S4、过滤、洗涤
用蒸馏水洗涤步骤S3得到的胶体前驱物2-4次，直至用AgNO3溶液检验出胶体前驱物中不含Cl-；
S5、反应
将步骤S4得到的铟锡氢氧化物在100℃下烘4h，然后将烘干的前驱物置于高压釜内，充0.8MPa的氩气，再将高压釜置于电炉上加温；当温度上升至250℃时，压强为1.5MPa，此时再对高压釜进出放气处理，直至釜内压强降为1.0MPa，继续加温至300℃，观察釜内压强，通过反复放气以保持釜内压强为1.0MPa，持续反应4h。为了安全，高压釜内压强不超过1.5MPa，反应结束后，取出自然冷却至常温，得到ITO纳米颗粒。
上述过程发生的化学反应如下：
InCl3+OH-→In(OH)3+Cl-
SnCl4+OH-→Sn(OH)4+Cl-
In(OH)3→In2O3+H2O
Sn(OH)4→SnO2+H2O
In2O3+SnO2→ITO
在上述技术方案中，要生成ITO，最关键的是在脱水反应中，尽可能使化学动态平衡向着正反应方向进行。在加热过程中，氩气受热，体系中的压强增加，同时生成的水蒸气也使得压强增大，阻止了脱氢的顺利进行。于是，当压强增大到1.5MPa时，就放气，使压强降低到1.0MPa，通过放气使得反应体系中水蒸气减少，这样就促进了氧化物的生成。同时，因为有压强的存在，晶体在反应釜内足慢慢生长，可以保证结晶状况良好。本发明主要存在以下特点：
2、反应条件变得更加柔和，在300℃条件下就可以生成理想的纳米ITO粉末，而普通ITO粉制备工艺，基本都要在500℃以上，用共沉淀法在600℃以上才得到纳米ITO粉末。
3、本发明得到的颗粒粒径大小为10-20nm，更有利于制靶材。
参照图2-6，高压釜包括釜体1、盖板2、换热器5、散步器9和安装板10。盖板2盖设在釜体1顶部，釜体1与换热器5之间连接有放气管3，放气管3上安装有开关阀4。放气管3一端连接在盖板2上，另一端连接在换热器5进气口。换热器5上设有用于冷介质进出的冷流体进口7、冷流体出口6以及用于气体排出的排气管8，冷介质为循环冷水。排气管8用于将换热后的气体引向室内高处进行排放。
在上述技术方案中，在步骤S5中，需要不断通过放气来降低釜内压强，因此需要经常打开开关阀4，以通过排气管8将釜内气体向外排出。传统高压釜放气时，都是打开阀门让其直接向外排出，然而在本发明中，釜体1釜内温度为250-300℃，直接排出一方面容易误伤工作人员，还会造成室内温度提高，另一方面会造成热量损失，为此本发明设置了换热器5，釜体1内的高温气体先通过换热器5换热，再引向高空进行排放，如此一来不仅可以将高温气体的热量有效回收，还能降低安全隐患，对室内温度基本不会产生影响。
参照图2-6，散步器9用于对排气管8排出的气体进行疏散，以使气体向四周均匀扩散，防止气体过于集中排出。散步器9固定在安装板10上，安装板10上开设有安装孔，以通过安装孔将安装板10螺栓连接在室内天花板或墙体上。散步器9包括排气筒91、排气罩92、活动杆93、弹簧95和固定块98。排气筒91为圆筒状且上下两端均为开口设置，排气筒91上端固定在安装板10上。排气罩92位于排气筒91下方且罩设在排气管8排气口上方，排气罩92采用软橡胶制成，排气罩92为倒漏斗型且俯视投影为圆形。排气筒91下端面与排气罩92顶面接触，排气罩92中心位于排气筒91轴线上。排气管8伸入排气罩92内且不与排气罩92侧壁接触，排气管8中心轴与排气筒91中心轴处于同一竖直线上。
参照图2-6，固定块98位于排气筒91内且固定在排气罩92上，排气罩92上开设有通孔97，通孔97贯穿固定块98和排气罩92，以使气体通过通孔97进入排气筒91。弹簧95位于排气筒91内且下端固定在固定块98上，上端固定在安装板10上，排气筒91圆周表面开设有用于气体向外排出的格栅孔94。格栅孔94设置有多个，多个格栅孔94均布在排气筒91四周。活动杆93一端固定在固定块98上，另一端穿过格栅孔94，格栅孔94长度方向与排气筒91轴向方向一致，以使活动杆93在格栅孔94内上下移动。排气罩92上开设有多个缺口96，多个缺口96以排气罩92中心为圆心均布在排气罩92上，缺口96为扇形缺口且两直线的夹角位于通孔97四周。
在上述技术方案中，由于釜内压强较大，若直接排气，高压气体会集中向一处喷出，如此不仅会造成釜体1振动，还会带来较大噪音，更何况气体虽经循环冷水冷却，但是温度还是会在35℃以下，要是集中喷出还是会带来一定的安全隐患，为此本发明设置了散步器9，高压气体通过排气管8喷出时，在压力作用下，排气罩92将带动固定块98和活动杆93向上移动，而排气管8排出的气体一部分将在排气罩92下方向排气罩92四周扩散，一部分气体将通过缺口96散步到排气罩92上方，剩下一部分气体将通过缺口96和通孔97进入排气筒91，最后再通过格栅孔94向排气筒91四周疏散，具有较好的气体疏散效果，以防高压气体集中排出。另外，高压气体喷向排气罩92时，排气罩92将向上推动弹簧95，此时排气罩92的缺口96缝隙将逐渐变小，排气罩92慢慢向排气筒91内移动，而冲击力将通过排气罩92传至弹簧95，由于排气罩92采用软橡胶制成，因此弹簧95和排气罩92均具有较好的缓冲减震作用，降低了噪音。
实施例2：一种低温制备纳米ITO粉末的方法，与实施例1的区别在于，包括以下步骤：
S1、王水溶液的配制
将浓盐酸和浓硝酸按容积比l:3配成王水溶液80ml；
S2、溶解、混合
取40ml王水溶液，然后称取10g金属铟(99.99％)和3g四氯化锡使其依次溶于王水溶液中，搅拌均匀后，备用，得到In2O3：SnO2重量比为8:l的混合物；
S3、共沉淀
在搅拌下，将氢氧化钠溶液加入到步骤S2得到的混合物中，以使混合物呈中性，两者共沉淀后，得到氢氧化铟和氢氧化锡的胶体前驱物；
S4、过滤、洗涤
用蒸馏水洗涤步骤S3得到的胶体前驱物2-4次，直至用AgNO3溶液检验出胶体前驱物中不含Cl-；
S5、反应
将步骤S4得到的铟锡氢氧化物在100℃下烘4h，然后将烘干的前驱物置于高压釜内，充0.8MPa的氩气，再将高压釜置于电炉上加温；当温度上升至250℃时，压强为1.5MPa，此时再对高压釜进出放气处理，直至釜内压强降为1.0MPa，继续加温至300℃，观察釜内压强，通过反复放气以保持釜内压强为1.0MPa，持续反应4h。为了安全，高压釜内压强不超过1.5MPa，反应结束后，取出自然冷却至常温，得到ITO纳米颗粒。
实施例3：一种低温制备纳米ITO粉末的方法，与实施例1的区别在于，包括以下步骤：
S1、王水溶液的配制
将浓盐酸和浓硝酸按容积比l:3配成王水溶液80ml；
S2、溶解、混合
取40ml王水溶液，然后称取10g金属铟(99.99％)和3g四氯化锡使其依次溶于王水溶液中，搅拌均匀后，备用，得到In2O3：SnO2重量比为8:l的混合物；
S3、共沉淀
在搅拌下，将氢氧化钠溶液加入到步骤S2得到的混合物中，以使混合物呈中性，两者共沉淀后，得到氢氧化铟和氢氧化锡的胶体前驱物；
S4、过滤、洗涤
用蒸馏水洗涤步骤S3得到的胶体前驱物2-4次，直至用AgNO3溶液检验出胶体前驱物中不含Cl-；
S5、反应
将步骤S4得到的铟锡氢氧化物在100℃下烘4h，然后将烘干的前驱物置于高压釜内，充0.8MPa的氩气，再将高压釜置于电炉上加温；当温度上升至250℃时，压强为1.5MPa，此时再对高压釜进出放气处理，直至釜内压强降为1.0MPa，继续加温至300℃，观察釜内压强，通过反复放气以保持釜内压强为1.0MPa，持续反应4h。为了安全，高压釜内压强不超过1.5MPa，反应结束后，取出自然冷却至常温，得到ITO纳米颗粒。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和修饰，这些改进和修饰也应视为本发明的保护范围。
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