納米銻錫氧化物粉末的制備及導電漿料穩(wěn)定性研究.pdf

1、摻銻氧化錫(ATO)材料在IT領域顯示器、電器機殼、氣敏傳感器、太陽能光電轉(zhuǎn)換等眾多領域有著廣闊的應用。目前國內(nèi)外通常采用濺射法制備，對于濺射法來說，需要昂貴的濺射設備和高質(zhì)量的靶材，為此本文采用新的制備路線：即ATO納米粉末→ATO漿料→ATO納米涂膜的新方法。首先使粉末顆粒納米化，為涂膜后降低膜的熱處理溫度和漿料制備創(chuàng)造條件，然后將漿料在基底旋轉(zhuǎn)涂膜。主要研究內(nèi)容和結果如下： 1．詳細考察了醇鹽水解法制備ATO納米粉末過程中

2、工藝參數(shù)如：回流時間、水解溫度、水解pH值、熱處理溫度和分散劑對粉末微觀結構的影響。為了改善ATO納米粉末的單分散性能，同時考察了外加超聲波水解、水解產(chǎn)物共沸蒸餾和納米粉末醇熱處理對粉末單分散性的影響，找出了最佳工藝條件。對Sb摻雜SnO<,2>半導化的最佳摻雜量進行理論計算和實驗確定，研究了Sb在SnO<,2>晶格中的價態(tài)隨摻雜濃度變化的演變規(guī)律，揭示了材料半導化機理與宏觀導電性能之間的關系。研究了Sb與第二元素對SnO<,2>共摻雜

3、對涂膜電學和光學性能的影響，運用強化分散的方法制備了ATO漿料，優(yōu)化了漿料制備的工藝參數(shù)。 2．深入研究了ATO粉末納米化并優(yōu)化了工藝參數(shù)。采用醇鹽水解法制備ATO納米粉末，為了減輕納米粉末中的團聚程度，研究了新穎的醇熱處理方法改善ATO納米粉末單分散性能，獲得了滿意效果。經(jīng)優(yōu)化的工藝參數(shù)為：回流時間16h、回流溫度78～80℃、水解溫度60℃、水解pH值為3、熱處理溫度600℃、保溫2h，250℃醇熱處理。在最佳工藝條件下，納

4、米ATO粉末的平均粒徑10nm，顆粒形狀為橢球形。氮氣吸附法測量粉末比表面積為59m<'2>／g、其最小團聚系數(shù)可達1.6。從表征結果來看，納米粉末的粒徑和單分散性比其它化學法制備的粉末優(yōu)異，是目前濕化學法獲得的最小粒徑的ATO納米粉末。 3．系統(tǒng)考察了Sb摻雜對ATO納米粉末微觀結構、電學性能和涂膜透射率的影響。實驗表明：在摻雜濃度0.5～5.5at％的范圍內(nèi)，XRD分析未發(fā)現(xiàn)納米粉末中有單獨的Sb或Sb的氧化物，Sb以替代固

5、溶形式進入SnO<,2>晶格中，醇鹽水解法實現(xiàn)了Sn-Sb間原子級復合；Sb摻雜對納米粉末微觀結構有影響，隨著Sb濃度的增加，ATO納米粉末的平均晶粒尺寸有下降趨勢：在最佳摻雜濃度點，納米粉末電阻率0.26Ω．cm；涂膜在可見光波長范圍內(nèi)的透射率隨著Sb濃度的增加有降低趨勢，未摻雜涂膜的透射率可達83％，摻雜4.5at％Sb的為75％。 4．重點研究了共摻雜對ATO涂膜性能的影響。系統(tǒng)考察了Zr、Zn、Mn、Cr、Fe、Ti對A

6、TO涂膜的共摻雜，研究結果表明：上述幾種元素不同程度地降低涂膜透射率，其影響效果可表示為：Cr>Zr>Fe>Ti>Mn>Zn；共摻雜能獲得方塊電阻300Ω<,□>，透射率70％的涂膜。共摻雜使得ATO涂膜電學和光學性能可調(diào)，可以滿足各種不同用途的要求。具有很高實用價值。 5．詳細研究了穩(wěn)定漿料的制備?？疾炝说凸绦臀餄舛葪l件下，漿料制備工藝參數(shù)如穩(wěn)定劑種類和濃度、pH值、球磨時間等對漿料穩(wěn)定性和流變性能的影響。結果表明：漿料中納米

7、粉末的團聚系數(shù)隨球磨時間增加而減小，至60h后，趨于1.5定值，非離子穩(wěn)定劑失水山梨醇單硬酯酸酯對漿料的穩(wěn)定效果最好，穩(wěn)定劑最佳濃度0.8v％，適宜pH值為3，綜合實驗表明：在最佳工藝條件下，漿料靜置一周后沉降高度僅為0.35cm，穩(wěn)定性良好。穩(wěn)定漿料制備的工藝優(yōu)化為獲得高質(zhì)量涂膜，創(chuàng)造了條件，對有機溶劑為分散介質(zhì)的漿料制備具有指導參考意義。 6．探索了SnO<,2>的摻雜半導化機理和漿料的穩(wěn)定機制。結果表明：在納米粉末電阻率與

8、Sb濃度關系曲線上納米粉末電阻率出現(xiàn)拐點，實驗獲得這一拐點濃度為1．5at％，對Sb摻雜Sn02后材料獲得最佳摻雜量進行了理論計算，結果為1.488at％．理論計算結果與實驗結果吻合；揭示了SnO<,2>半導化機理：SnO<,2>晶胞中Sbs<'5+>和Sb<'3+>的相互轉(zhuǎn)變是粉末電阻率變化的根本原因，Sb5<'3+>作為SnO<,2>晶格中的施主釋放自由電子，使SnO<,2>成為半導體；漿料穩(wěn)定機制根據(jù)穩(wěn)定劑類型不同而不同，加入非離