氧化锑锡(ATO)的制备及其性能的研究

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近年来,锑掺杂二氧化锡(ATO)作为透明导电氧化物材料,凭其化学稳定性,高电导率,浅色透明性等优良性质,在很多领域有着广泛的应用,是近年来飞速发展的种新型功能材料。目前制备ATO的方法较多,最为常用的为液相法,其制备工艺流程简单,过程易于控制且生产成本低,但需要在溶液中合成ATO颗粒。由于水的存在,金属离子不仅会水解,影响了ATO粉体的纯度,而且由于水的作用,颗粒会严重团聚,并且晶粒易长大。因此使用传统的液相法难以制备出粒径小、电阻低且分散性好的ATO粉体材料。此外,液相法中沉淀剂常用氨水有挥发性不易运输和存储,因而也限制了其应用。基于上述液相法制备ATO粉体的问题,本论文研究目的是探索优于传统液相法的非水相方法制备高性能的ATO材料。本论文采用了三种不同液相法制备ATO纳米导电颗粒,分别为扩散共沉淀法、溶剂热法、直接沉淀法。该三种方法均采用五水四氯化锡与三氯化锑为试剂原料,醇类溶液作为溶剂。并通过红外光谱分析、X射线衍射分析、扫描电镜分析、四探针电阻测试等方法表征了三种方法制备的ATO颗粒性能,从而对比选择出最佳制备方法,并深入研究其形成机制。由于水在溶剂中会严重影响ATO纳米导电颗粒的性能,本论文还讨论了水的含量对ATO材料的影响。还考察不同掺杂量对ATO粉体的粒径、电阻率及微观结构的影响,从而确定获得粒径小、电阻低的ATO材料的最佳掺杂量。实验结果显示,在三种方法中,扩散共沉淀法制备的ATO纳米颗粒导电性能、分散性能等都相对较好,用醇类溶液作为溶剂时,ATO前驱体主要以配位化合物的形式出现。通过煅烧,ATO前驱体中的结晶水、有机物蒸发和分解,最终得到ATO粉体。实验结果表明,ATO颗粒的电阻率和粒径都随着锑掺杂量的增加先减小后增加。溶剂中水的存在会引起金属离子的水解以及ATO纳米颗粒团聚和晶粒长大,从而不利于制备粒径小、电阻低的ATO颗粒。本论文采用的三种方法都能成功将锑完全掺杂进入二氧化锡晶格中,且经过煅烧后的ATO仍是单一固溶体。扩散共沉淀法制备的ATO纳米导电颗粒最高电导率为26.67 s.cm-1,颗粒平均粒径在5-10nnm,直接沉淀法制备的ATO颗粒最高产率可达88%以上。本研究将为制备粒径小、电阻低和颗粒分散的ATO粉体提供了工艺简单、生产效率高、生产成本低的新途径。
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