纳米氧化锡的制备及应用.doc

纳米氧化锡的制备及应用（综述）一、纳米氧化锡简介SnO2是一种具有宽带隙的n型半导体材料，也是最早具有商业价值的透明导电材料。标准单晶SnO2 是四方相的金红石结构，与ZnO相比，SnO2具有更宽的带隙和更高的激子束缚能，SnO2体材料的密度为5.67g/cm，通常制备的SnO2 薄膜密度大约为体材料密度的8090%，熔点为1927摄氏度。SnO2及其掺杂薄膜具有高可见光透过率、高电导率、高稳定性、高硬度和极强的耐腐蚀性等性能。宽带隙半导体的纳米线具有巨大的纵横比，表现出奇特的电学和光学性能，使其在低压和短波长光电子器件方面具有潜在的应用前景。与传统SnO2相比,由于SnO2 纳米材料具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应,因而在光、热、电、声、磁等物理特性以及其他宏观性质方面都会发生显著的变化。二、纳米氧化锡的制备1. 固相法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。2) 草酸锡盐热分解法2. 液相法1) 醇水溶液法2) 溶胶凝胶法溶胶凝胶法的基本原理是:金属醇盐或无机盐在有机介质中经水解、缩聚,形成溶胶,溶胶聚合凝胶化得到凝胶,凝胶经过加热或冷冻干燥及焙烧处理,除去其中的有机成分,即可得到纳米尺度的无机材料超细颗粒。3) 微乳液法微乳液法是将两种反应物分别溶于组成完全相同的两份微乳液中;然后这两种反应物在一定条件下通过物质交换彼此发生反应,借助超速离心,使纳米微粒与微乳液分离;再用有机溶剂清洗除去附着在表面的油和表面活性剂;最后在一定温度下干燥处理,即可得到纳米微粒的固体样品。4) 沉淀法沉淀法分直接沉淀法和均匀沉淀法，直接沉淀法是制备超细氧化物广泛采用的一种方法,它是在含有金属离子的溶液中加入沉淀剂后,于一定条件下生成沉淀,除去阴离子,沉淀经热分解。均匀沉淀法是利用某一反应使溶液中的构晶离子从溶液中缓慢均匀地释放出来。制得超细氧化物。5) 水热法水热法制备超细微粉的技术始于1982年,它是指在高温、高压下一些氢氧化物在水中的溶解度大于对应氧化物在水中的溶解度,氢氧化物溶入水中同时析出氧化物。6) 微波法7) 锡粒氧化法3. 气相法1) 等离子体法等离子体法是在惰性气氛或反应性气氛下通过直流放电使气体电离产生高温等离子体,使原料熔化和蒸发,蒸气遇到周围的气体被冷却或与之发生反应形成超微粉。2) 普通气相法普通气相法是用普通热源在低压的惰性气体中加热坩埚内的金属、氧化物、氮化物等,使其蒸发后形成超细微粒。3) 溅射法溅射法是指在惰性气氛或活性气氛下,在阳极或阴极蒸发材料间加上几百伏的直流电压,使之产生辉光放电,放电中的离子撞击阴极的蒸发材料靶上,靶材的原子就会由表面蒸发出来,蒸发原子被惰性气体冷却凝结或与活性气体反应形成纳米微粒。各种制备方法的关键在于控制粒度的大小和获得较窄的粒径分布、保证纳米团簇的稳定存在。能不能保证纳米粒子的长期稳定性,是进行应用研究的前提,也是用作气敏材料的基本要求。尝试利用主客体化学方法制备SnO2 纳米半导体材料,将会有效的克服其他制备方法所存在的缺陷,并为SnO2的超细化处理提供了一个新思路,同时也将有着重大的理论意义和可观的应用前景。三、纳米氧化锡的应用1. 制备气敏材料由于SnO2材料具有非常好的气敏特性，因此研究人员对其在气体传感器方面的应用做了大量的工作，A.Khanna等利用热蒸发法合成了掺杂有CuO的纳米SnO2薄膜，发现其对H2S具有较高的探测灵敏度和选择性。Zakrzewska K 利用SnO2纳米带制备的纳米线气敏 传感器探测CO2和O2。FaurinoAM等利用直径为3nm的SnO2纳米棒制备的气敏传感器对乙醇有较高的选择性。2. 纳米锑掺杂二氧化锡纳米锑掺杂二氧化锡具有良好的导电性、浅色透明性、耐候性、稳定性以及低的红外发射率等，是一种极具发展潜力的新型多功能导电材料. 获得优异光电性能纳米ATO材料的关键是合成粒度分布均匀、单分散性能优良的纳米级微粉。ATO作为一种独特的填料，兼具高的透明性和导电性，在显示涂层材料、导电抗静电涂料、透明隔热涂料等领域有着广泛的应用。此外，纳米锑掺杂二氧化锡还被用为催化剂领域以及涂料薄膜等。3. 纤维状SnO2以丝绸为模板，将丝绸在四氯化锡前驱体溶液中浸渍并结合热处理工艺，成功制备出SnO2纤维，很好地保留了蛋白纤维的原始结构。微观分析表明，600摄氏度下得到的SnO2纤维直径约为 15微米。根据Scherrer公式，计算其SnO2品粒尺寸约为 55nm，与TEM结果一致，晶粒尺寸达到纳米尺度。4. 氧化锡锑透明隔热涂料以水性聚氨酯为主要成膜物质和纳米氧化锡锑水性浆料制备成用于玻璃的透明隔热涂料。涂膜隔热性能良好，对可见光区和红外光区的透过率较低，纳米氧化锡锑透明隔热玻璃涂膜比某市售汽车隔热膜及某市售建筑外窗用隔热膜透明隔热性更优良。5. 纳米氧化锡银基电触头材料银基电触头材料有热稳定性好、耐电弧侵蚀及抗熔焊性能等。触头的物理、机械性能和机械加工性能有很大程度的改善，掺杂纳米SnO2触头，在导电性能和 物理、机械性能方面均优于国标规定的性能和国外先进产品性能，具有良好的应用前景，是目前在接触器、继电器及开关中代替有毒的银/氧化镉的理想材料。四、个人观点1. 近年来科学工作者开发出了许多制备纳米SnO2的方法，由于制备工艺的不同，得到的粒子粒径、性能也各不相同。在目前制备纳米氧化锡的众多方法中，能够得到粒度分布均匀，产品性能稳定的方法较少，这就导致了纳米氧化锡在光电性能方面的不稳定性。同时制备工艺路线复杂，原料成本高，设备昂贵等缺点也使得工业化生产受到了一定的限制。寻找设备简单，成本低，产出率高，产物性能稳定的制备方法仍是科学工作者追求的目标。另一方面，对准一维纳米材料的形成机理进行深入的研究，对于理解一维材料的电子输运性能、光电性能等具有很高的理论价值，在基础科学的研究方面也有着重要的意义。此外，纳米氧化锡复合材料的开发与应用也将是材料科学工作者的一个重要研究领域。2. 纳米ATO 粉与传统的导电材料相比具有显著的优势，在透明、导电、抗静电、红外阻隔等领域、有着广阔的应用前景。但在纳米 ATO粉体的光电机理、纳米ATO粉体的应用技术以及纳米 ATO粉体的二次开发等方面有待进一步研究。五、参考文献1. Preparation of nano-ATO coating and research of its characteristic about transparent and heat insulation，化工新型材料，Vo138 No82. Overview of Liquid-phase Method for Synthesis of Stannic Oxide Nanomaterials3. Sintering of Tin Oxide Nanoparticles Synthesized byHydrothermal Method，无机化学学报，V0122 No114. Synthesis of Fibrous Nano-tin Oxide Using Silk Cloth as Template，材料导报B：研究篇 2011年2月(下)第25卷第2期5. Preparation of Nanometre SnO2 and Its Gas Sensing Property Analysis，Journal of Transducer Technology，1999年第18卷第6期6. Research Progress on Preparing Methods of Nano-SnO2，电子元件与材料，Vol.23 No.97. The Preparation and Research Progress of Nanometer Tin Dioxide8. Progress of functional materials of nanometer antimony-doped tin dioxide，化工进展，2008年第27卷第10期9. An overview on