共沉淀法制备纳米ITO粉末的方法

摘要

本发明涉及ITO粉末的制备，具体说是共沉淀法制备纳米ITO粉末的方法，其包括将金属铟溶解于盐酸溶液中，向该溶液中加入四氯化锡，搅拌混合溶液，再加入离子液体1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐和氢氧化钠溶液，加热搅拌均匀，反应生成铟锡氢氧化物沉淀溶液；离心分离沉淀溶液，得到铟锡氢氧化物；用水洗涤铟锡氢氧化物后，真空干燥；煅烧干燥后的铟锡氢氧化物，得到ITO粉末。与现有技术的共沉淀法相比，本发明以金属铟和四氯化锡为原料，在离子溶液中合成了ITO粉末，其不仅无需添加额外的保护剂等溶剂，减少化学污染，而且制备的ITO粉末粒径均匀，并可达到纳米级。

说明书

技术领域

本发明涉及ITO粉末的制取，具体说是利用共沉淀法制备ITO粉末的方法。

背景技术

ITO（锡铟氧化物）的主要成分是氧化锡固溶在氧化铟中的复合氧化物。ITO具有很好的光电性能，含有ITO的薄膜具有高的导电性和可见光透射性，被广泛应用于太阳能电池、液晶显示装置、触控电板等各种领域。一般来说ITO粉末采用如下制备方法：分别利用金属铟和金属锡得到氧化铟粉末与氧化锡粉末，然后将氧化铟粉末与氧化锡粉末混合分散。由于作为基础原料的金属铟和金属锡的溶解速度、溶解温度、中和pH值、中和温度以及搅拌速度等控制条件很难完全实现同样化，从而氧化铟粉末与氧化锡粉末的粒径以及所制备靶材的密度偏差较大，影响了ITO薄膜的质量。在现有技术中，采用共沉淀法制备ITO粉末是一种常用的方法，即将InCl₃和SnCl₄溶于水中形成的水溶液作为含有铟离子和锡离子的水溶液，向该水溶液中滴加碱溶液如氨水等以获得含有铟和锡的沉淀物，然后过滤，煅烧该沉淀物，获得ITO粉末。然而，这种普通的方法不仅易导致制备的ITO粉末的均匀性以及烧结性能较差；而且有机溶剂用量较大，挥发性强，易造成化学污染。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种新的共沉淀法制备纳米ITO粉末的方法，根据该方法制备的ITO粉末粒径较为均匀性，而且可减少制备过程中的化学污染。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：共沉淀法制备纳米ITO粉末的方法，其包括以下步骤：

（1）将金属铟溶解于盐酸溶液中，向该溶液中加入四氯化锡，搅拌混合溶液，再加入离子液体1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐和氢氧化钠溶液，加热搅拌均匀，反应生成铟锡氢氧化物沉淀溶液；

（2）离心分离沉淀溶液，得到铟锡氢氧化物；

（3）用水洗涤铟锡氢氧化物后，真空干燥；

（4）煅烧干燥后的铟锡氢氧化物，得到ITO粉末。

作为优选，步骤（1）中，铟和锡以氧化铟和氧化锡计的质量比为9.45:1。

作为优选，所述混合溶液、离子液体、氢氧化钠的体积比为4:（1.5--2.5）:（1--1.5）。

作为优选，所述氢氧化钠的浓度为0.3--08mol/L。

作为优选，沉淀溶液的PH值为6--7。

作为优选，步骤（1）中加热温度为50～80℃，加热时间为40～80分钟。

作为优选，步骤（4）的煅烧温度为1100℃—1300℃。

与现有技术的共沉淀法相比，本发明以金属铟和四氯化锡为原料，在离子溶液中合成了ITO粉末，其不仅无需添加额外的保护剂等溶剂，减少化学污染，而且制备的ITO粉末粒径均匀，并可达到纳米级。

具体实施方式

下面对本发明的方法作进一步地详细说明：其包括以下步骤：

首先，将金属铟溶解于盐酸溶液中，向该溶液中加入四氯化锡，将混合溶液搅拌均匀后，再加入离子液体1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐和氢氧化钠溶液，加热搅拌均匀，反应生成铟锡氢氧化物沉淀溶液。在实施过程中，应控制溶液的加热温度，加热以后应使溶液冷却，并静置一段时间，使反应更充分。在反应过程中，溶液的酸度会影响制取ITO粉末的粒径大小，可利用盐酸调节溶液的PH值，这样可使制备的ITO粉末的粒径较小。

由于离子液体是由大的有机阳离子和较小的无机阴离子构成，其具有较低的表面张力，不仅在制备铟锡氢氧化物时成核率较高，粒子的粒径较小；而且制备的铟锡氢氧化物具有较好的稳定性。加之，离子液体所具有的疏水基团和高极性基团具有高的导向性，有利于铟锡氢氧化物形成有序结构，为制备粒径均匀的ITO粉末奠定基础。

离子液体提供了一个无水和痕量水的制备环境，可以促使反应的平衡有利于晶体的生产方向进行，从而可抑制其他氢氧化物和一些无定型物质的生成。由于离子液体在微生物作用下极易水解，可减少化学污染。

在离子液体中合成了铟锡氢氧化物沉淀溶液，然后将其进行静置沉化处理后，进行固液分离；固液分离后，用蒸馏水洗涤固体沉淀物，除去沉淀物上的杂质离子，并离心分离沉淀物和水，重复洗涤3次—5次，彻底清除沉淀物上的杂质，提高沉淀的纯度，从而得到较为洁净的沉淀物，以提高煅烧粉末的纯度；沉淀物除杂、洗净后，需将其干燥，进一步除去沉淀物上的液体，干燥可以采用喷雾或冷冻等方法；对干燥后的沉淀物进行煅烧，优选地，煅烧炉采用1100℃—1300℃的温度进行煅烧，得到ITO粉末。详见以下实施例：

实施例1

按照铟和锡以氧化铟和氧化锡计的质量比为9.45:1，先将金属铟溶解于适量的盐酸溶液中配制20mL氯化铟，向该溶液中加入20mL四氯化锡，搅拌10min后，加入15mL离子液体1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐和0.3mol/L氢氧化钠10mL，并搅拌加热至50℃，保持溶液的PH值为6，反应40分钟后使其自然冷却，静置沉化8小时；然后将沉淀物过滤，进行离心处理，接着将沉淀物置于蒸馏水中搅拌，离心分离蒸馏水和沉淀物，用蒸馏水洗涤沉淀物3次，再将沉淀物40℃真空干燥后置于煅烧炉中，采用1100℃温度煅烧成ITO粉末。用X射线衍射仪对上述ITO粉末样品分析，晶体为立方铁锰矿结构，并根据Scherrer公式计算得到样品平均粒径大小为35.6nm，达到纳米级。

实施例2

按照铟和锡以氧化铟和氧化锡计的质量比为9.45:1，先将金属铟溶解于适量的盐酸溶液中配制20mL氯化铟，向该溶液中加入20mL四氯化锡，搅拌10min后，加入20mL离子液体1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐和0.5mol/L氢氧化钠10mL，并搅拌加热至70℃，保持溶液的PH值为7，反应60分钟后使其自然冷却，静置沉化8小时；然后将沉淀物过滤，进行离心处理，接着将沉淀物置于蒸馏水中搅拌，离心分离蒸馏水和沉淀物，用蒸馏水洗涤沉淀物4次，再将沉淀物40℃真空干燥后置于煅烧炉中，采用1200℃温度煅烧成ITO粉末颗粒。用X射线衍射仪对上述ITO粉末样品分析，晶体为立方铁锰矿结构，并根据Scherrer公式计算得到样品平均粒径大小为22.8nm，达到纳米级。

实施例3

按照铟和锡以氧化铟和氧化锡计的质量比为9.45:1，先将金属铟溶解于适量的盐酸溶液中配制20mL氯化铟，向该溶液中加入20mL四氯化锡，搅拌10min后，加入25mL离子液体1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐和0.8mol/L氢氧化钠15mL，并搅拌加热至80℃，保持溶液的PH值为7，反应80分钟后使其自然冷却，静置沉化8小时；然后将沉淀物过滤，进行离心处理，接着将沉淀物置于蒸馏水中搅拌，离心分离蒸馏水和沉淀物，用蒸馏水洗涤沉淀物5次，再将沉淀物40℃真空干燥后置于煅烧炉中，采用1300℃温度煅烧成ITO粉末颗粒。用X射线衍射仪对上述ITO粉末样品分析，晶体为立方铁锰矿结构，并根据Scherrer公式计算得到样品平均粒径大小为24.6nm，达到纳米级。

上述实施方式仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也应属于本发明的范畴。