的方法
【專利說明】一種以自蔓延高溫合成技術(shù)制備納米SnO2的方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種以自蔓延高溫合成技術(shù)制備納米SnO2的方法，屬于納米制造技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0003]氧化錫是一種典型的η-型寬帶隙(帶隙寬度3.6eV)半導(dǎo)體材料，具有優(yōu)良的光電性能、氣體敏感性能和化學(xué)穩(wěn)定性，在氣體傳感器、場效應(yīng)管、液晶顯示、太陽能電池、透明電極等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。氧化錫的納米化對于改善氧化錫傳統(tǒng)應(yīng)用性能和發(fā)展新的應(yīng)用領(lǐng)域提供了全新的思路。如將氧化錫顆粒的尺寸降到數(shù)納米，氣敏元件的靈敏度就會發(fā)生突躍，材料的催化能力也得到顯著提高。而且，氧化錫納米線由于其巨大的長徑比表現(xiàn)出奇特的光學(xué)和電學(xué)性能，使其在低壓和短波長電子器件方面具有潛在應(yīng)用前景。
[0004]自蔓延高溫合成(SHS)制備納米氧化物是利用鋁熱反應(yīng)放出的熱量將原料中的目標(biāo)粉體熔化，再依靠反應(yīng)體系內(nèi)產(chǎn)生的高溫高壓將液態(tài)目標(biāo)粉體噴出在空氣中氧化生成目標(biāo)產(chǎn)物。
[0005]發(fā)明人之前以自蔓延技術(shù)制備納米SnO2 (見專利CN200910272283)是將原料粉體混合均勻后直接引燃反應(yīng)。以鋁和氧化銅作為高熱劑，錫粉作為錫源，依靠反應(yīng)2Al+3Cu0- Al203+3Cu+604kJ/mol,將原料中的錫粉熔化。同時，由于反應(yīng)釋放了大量熱量，使得液態(tài)錫和銅產(chǎn)生蒸發(fā)，體系內(nèi)處于高溫高壓狀態(tài)，由于密度大而沉在底部銅的汽液混合物將上層的錫從體系噴出，液態(tài)錫進(jìn)入空氣中隨之被氧化生成目標(biāo)產(chǎn)物SnO2。但產(chǎn)物產(chǎn)率不高。并且，配好的原料粉體若不及時反應(yīng)掉，存放過程中容易吸潮而影響反應(yīng)效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種高產(chǎn)率的以自蔓延高溫合成技術(shù)制備納米SnO2的方法，為自蔓延技術(shù)制備納米SnO 2實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)。
[0007]本發(fā)明通過如下方式實(shí)現(xiàn):
將由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為44%-45%的鋁熱劑、52%-54%的Sn粉和1%_4%的CaF2粉組成的反應(yīng)原料攪拌均勻，倒入盛粉的模具中，在液壓試驗(yàn)機(jī)下將反應(yīng)原料粉體壓實(shí)，壓力范圍在30MPa-150MPa ；
將壓實(shí)的原料粉體取出放入石墨坩禍內(nèi)，撒上引火粉，插上導(dǎo)火索后引燃，使其發(fā)生自蔓延高溫合成反應(yīng)，在石墨坩禍上方用預(yù)先放置的收集裝置收集納米氧化錫。
[0008]所述的鋁熱劑由摩爾比2:3的Al和CuO粉組成。
[0009]上述過程中，為適當(dāng)減緩反應(yīng)速率，延長高溫下體系處于熔融狀態(tài)的時間，適當(dāng)?shù)靥砑恿松倭緾aF2,因?yàn)榉磻?yīng)生成的Al2O3與CaF 2在高溫下能夠形成低熔點(diǎn)化合物。不過，由于CaF2會吸收反應(yīng)體系產(chǎn)生的熱量，致使反應(yīng)體系內(nèi)部壓力不足，不利于錫液的噴射，所以氟化鈣的添加不宜過量。反應(yīng)原料選用的粉體純度均為分析純，粒徑50-150 μ m。
[0010]生成的納米氧化錫的粒徑范圍為50-100nm。
[0011]本發(fā)明方法通過對原料粉體施加適當(dāng)?shù)臋C(jī)械壓力，使粉體接觸充分從而促進(jìn)反應(yīng)充分完成，提高產(chǎn)量，整個操作過程簡便易行。但壓力不宜過大，否則部分粉體之間會發(fā)生類似冷焊的現(xiàn)象，導(dǎo)致實(shí)際粉體粒度增大，進(jìn)而減少了反應(yīng)時粉體間的有效接觸面積，對反應(yīng)產(chǎn)生不利影響，產(chǎn)量反而會降低。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
(O由于粉體在反應(yīng)前被壓實(shí)，因而降低了粉體在攜帶過程中可能產(chǎn)生分層和成分偏析的可能性，保證了反應(yīng)前原料粉體的均勻性。
[0013](2)壓實(shí)的粉體不易吸潮，保證了反應(yīng)效果。
[0014](3)由于反應(yīng)為放熱反應(yīng)，氣體受熱會發(fā)生膨脹，壓實(shí)的粉體內(nèi)部空氣會減少進(jìn)而降低反應(yīng)劇烈程度，在一定程度上提高了制備過程的安全性。
[0015](4)通過對原料粉體施加適當(dāng)?shù)臋C(jī)械壓力，使粉體接觸充分從而促進(jìn)反應(yīng)充分完成，提高產(chǎn)量，整個操作過程簡便易行。
[0016](5)因?yàn)榉磻?yīng)生成的Al2O3與CaF2在高溫下能夠形成低熔點(diǎn)化合物，適當(dāng)?shù)靥砑恿松倭緾aF2，能夠延長高溫下體系處于熔融狀態(tài)的時間，進(jìn)而延長錫液的噴射時間，提高產(chǎn)量。
【附圖說明】
[0017]圖1是反應(yīng)裝置示意圖。
[0018]圖2是自蔓延高溫合成產(chǎn)物場發(fā)射掃描電子顯微鏡照片。
[0019]圖3是自蔓延高溫合成產(chǎn)物X射線衍射圖譜。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明涉及一種以自蔓延高溫合成技術(shù)制備納米SnO2方法，操作步驟如下: 步驟一將原料粉體按照配方混合，并進(jìn)行充分地?cái)嚢琛?br>[0021]步驟二將混合均勻的原料粉體倒入盛粉模具中，然后在液壓試驗(yàn)機(jī)下將粉體壓實(shí)并取出。
[0022]步驟三將反應(yīng)裝置按圖1所示擺放，并將壓實(shí)后取出的原料粉體放入石墨坩禍內(nèi)。
[0023]步驟四在壓實(shí)的原料粉體表面撒上引火粉，再插上導(dǎo)火索后將其引燃。
[0024]步驟五反應(yīng)完成后，在預(yù)先放置的收集裝置內(nèi)將產(chǎn)物完整的收集。
[0025]下面結(jié)合附圖和實(shí)施案例對本發(fā)明作詳細(xì)說明。
[0026]實(shí)施例1
將質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為45.5%的Al+CuO(嚴(yán)格按照反應(yīng)配比即摩爾比2:3)和54.5%的Sn粉混合，攪拌均勻后，放入圖1所示的石墨坩禍內(nèi)。之后在粉體表面撒上引火粉，插上導(dǎo)火索引燃反應(yīng)。反應(yīng)完成后在預(yù)先放置的收集裝置內(nèi)將產(chǎn)物完整收集。
[0027]將收集好的產(chǎn)物進(jìn)行稱重，產(chǎn)量為5.5g，隨后對制備的產(chǎn)物采用場發(fā)射掃描電子顯微鏡進(jìn)行形貌觀察，照片如圖2所示。由圖中可以看出，產(chǎn)物形貌為線狀，直徑分布范圍窄，集中在85nm左右，即為納米線。最后，還對產(chǎn)物進(jìn)行了 X射線衍射分析，分析結(jié)果如圖3所示。從圖中衍射峰可以看出產(chǎn)物的結(jié)晶狀況良好，除含有極少量的Cu6Sn5^金相外，其余均為目標(biāo)產(chǎn)物SnO2,即產(chǎn)物的純凈度高。
[0028]實(shí)施例2
將質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為44%的Al+CuO (嚴(yán)格按照反應(yīng)配比即摩爾比2:3)、52%的Sn粉和4%的CaF2粉混合，攪拌均勻后，放入圖1所示的石墨坩禍內(nèi)。之后在粉體表面撒上引火粉，插上導(dǎo)火索引燃反應(yīng)。反應(yīng)完成后在預(yù)先放置的收集裝置內(nèi)將產(chǎn)物完整收集。
[0029]將收集好的產(chǎn)物進(jìn)行稱重，產(chǎn)量為7g，與未加CaFjg比產(chǎn)量增加了 27.2% (未加CaFJt產(chǎn)量為5.5g)隨后對制備的產(chǎn)物采用場發(fā)射掃描電子顯微