纳米氧化锑铟锡粉末及其制备方法

摘要

本发明公开了一种纳米氧化锑铟锡粉末及其制备方法，化学式为SnbIn2aSb2cO3a+2b+3c，a+c＝1.90b～2.1b，a＝2c～3c；纳米氧化锑铟锡粉末的平均粒径为60nm～70nm；红外波段波长8至12微米的平均发射率为0.1～0.35。本发明制备纳米氧化锑铟锡粉末时通过温度骤变引发氧化锑铟锡结构晶型的转换，从而得到立方体结构的纳米氧化锑铟锡粉末，按照本发明方法，由于热熔反应后氯化钠洗涤去除，因此制备的纳米氧化锑铟锡粉末为多孔结构，多孔结构的材料具有良好的热屏蔽性。因此氧化锑铟锡同时兼有较低的红外发射率、中远红外的高反射率和良好的热屏蔽性能。

权利要求

1.一种纳米氧化锑铟锡粉末的制备方法，其特征在于纳米氧化锑铟锡粉末的化学式为SnbIn2aSb2cO3a+2b+3c，a+c＝1.90b～2.1b，a＝2c～3c；纳米氧化锑铟锡粉末的平均粒径为

60nm～70nm；红外波段波长8至12微米的平均发射率为0.1～0.35；

反应式如下：

SnbIn2aSb2cO3a+2b+3c

制备方法包括以下步骤：

1)将按照化学计量比称取的氧化铟、氧化锡、氧化锑和NaCl加入反应器中，使物料混合均匀后将反应器密封；

2)加热使步骤1)混匀的物料温度升至750℃～900℃，在750℃～900℃高温下熔融反应

4～7小时；反应结束后，用无任何机械杂质的软水急冷反应后得到的纳米复合氧化物；急速冷却后的纳米复合氧化物先用无机械杂质的干净软水洗涤至离子浓度下降至以NaCl计

0.5g/L后，再用去离子水洗涤，直至纳米复合氧化物中最终水溶盐的含量以NaCl计在

0.05g/L以下；

3)将步骤2)洗净完水溶盐后的纳米复合氧化物进行真空烘干后粉碎得到纳米氧化锑铟锡粉末。

2.根据权利要求1所述的纳米氧化锑铟锡粉末的制备方法，其特征在于：步骤2)急冷的降温速率为100℃/min～200℃/min。

3.根据权利要求2所述的纳米氧化锑铟锡粉末的制备方法，其特征在于：急速冷却后的纳米复合氧化物用无机械杂质的干净软水洗涤时，软水与纳米复合氧化物接触后两者温度为50℃～60℃。

4.根据权利要求1所述的纳米氧化锑铟锡粉末的制备方法，其特征在于：步骤3)真空干燥后，粉碎得到纳米氧化锑铟锡粉末中水分含量低于0.05wt％。

说明书

纳米氧化锑铟锡粉末及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种纳米氧化锑铟锡粉末及其制备方法。

背景技术

[0002] 红外光谱传输的本质是电子传输，利用其能量的光谱跃迁实现光电子的传输。纳米半导体材料由于能级间隔符合多谱段隐身兼容，在红外伪装领域异军突起。然而由于红外辐射能力受能级间隔的影响，普通的纳米ATO、ITO等很难完成红外比辐射数据的进一步下调。常规合成得到的ATO、ITO等都是尖晶石结构，其红外透过性并不好，而尖晶石结构与反尖晶石结构(立方体结构)在组成上并没有区别，只是成型过程不一样，然而从尖晶石向反尖晶石转换后，材料的红外透过性将显著改善。为此，实现ATO、ITO等材料的结构转换将极具意义。

[0003] 中国专利文献CN103771499A(申请号201410035408.2)公开了一种蓝色纳米氧化铟锡粉体的制备方法，该发明首先采用弱碱性沉淀剂滴定铟和锡化合物水溶液，使其均匀沉淀，随后将ITO前驱体水洗3次，醇洗2次，干燥后进行研磨，放入坩埚进入马弗炉煅烧处理，得到黄色ITO，最后将煅烧得到的黄粉加入乙二醇进行乳化分散后入高压釜进行热处理，离心得到蓝色ITO沉淀，用乙醇洗涤，干燥后得到蓝色ITO粉体。该发明控制反应速度，得到的前驱体颗粒较细；制得的粉体为纯立方相结构，没有其他杂质峰存在，反应过程彻底、均一。

[0004] 中国专利文献CN101439870A(申请号200810136410.3)公开了一种以乙醇为溶剂热合成的蓝色ITO粉体。保护气氛煅烧法主要是采用还原性气体对粉体进行保护烧结，使粉体表面产生氧空位，形成蓝色粉体。这种方法合成的粉体结晶度好，ITO纳米晶粒形貌可控，表面活性剂可以引起不同晶面生长速率不一致，从而改变晶粒形貌；但是对设备要求比较高，大量烧结容易产生粉体粒径不均，性能不一致的缺点，不易量产。

[0005] 中国专利文献CN101306834A(申请号200710035011.3)公开了一种高隔热性纳米复合材料及其隔热制品的制备方法，该发明通过将制备得到的一种高隔热性纳米氧化铟锡(ITO)粉体均匀分散到水或有机溶剂中形成浆料，再将其与热固化聚氨酯树脂或UV树脂形成一种半透明涂料。制备所述高隔热性纳米氧化铟锡(ITO)粉体时，将金属铟和金属锡溶解于无机酸中，将有机、无机复合改性剂放入盐溶液中，并用一定浓度的碱溶液滴加到制备好的混合溶液中星辰铟锡共沉淀物，漂洗、过滤、浓缩得到前体；将前体烘干后在500至1000度高温煅烧2至5小时，退火后形成蓝色或绿色纳米氧化铟锡粉体。该粉体在扫描电镜下观察，性状为不规则的条性状，与普通纳米ITO粉体产品性状迥异。

[0006] 又例如中国专利文献CN 1260167C(申请号03128905.3)公开了一种在红外波段具有低发射率的氧化铟锡粉末及其制备方法，采用化学共沉淀法制备，得到前驱体后高温烧结得到氧化铟锡粉末。该发明的氧化铟锡粉末在红外波段(波长8至14微米)的平均发射率为0.60至0.75，发射率低，可广泛应用于武器装备的红外伪装。

发明内容

[0007] 本发明所要解决的技术问题是提供一种纳米氧化锑铟锡粉末及其制备方法。

[0008] 实现本发明目的的技术方案是一种纳米氧化锑铟锡粉末，化学式为SnbIn2aSb2cO3a+2b+3c，a+c＝1.90b～2.1b，a＝2c～3c；纳米氧化锑铟锡粉末的平均粒径为60nm～70nm；红外波段波长8至12微米的平均发射率为0.1～0.35。

[0009] 所述纳米氧化锑铟锡粉末为多孔结构的粉末。

[0010] 一种如上所述的纳米氧化锑铟锡粉末的制备方法，其特征在于反应式如下：

[0011]

[0012] 包括以下步骤：

[0013] 1)将按照化学计量比称取的氧化铟、氧化锡、氧化锑和NaCl加入反应器中，使物料混合均匀后将反应器密封。

[0014] 2)加热使步骤1)混匀的物料温度升至750℃～900℃，在750℃～900℃高温下熔融反应4～7小时；反应结束后，用无任何机械杂质的软水急冷反应后得到的纳米复合氧化物；急速冷却后的纳米复合氧化物先用无机械杂质的干净软水洗涤至离子浓度下降至以NaCl计0.5g/L后，再用去离子水洗涤，直至纳米复合氧化物中最终水溶盐的含量以NaCl计在
0.05g/L以下。

[0015] 3)将步骤2)洗净完水溶盐后的纳米复合氧化物进行真空烘干后粉碎得到纳米氧化锑铟锡粉末。

[0016] 上述步骤2)急冷的降温速率为100℃/min～200℃/min。

[0017] 急速冷却后的纳米复合氧化物用无机械杂质的干净软水洗涤时，洗涤温度为50℃～60℃。

[0018] 上述步骤3)真空干燥后，粉碎得到纳米氧化锑铟锡粉末中水分含量低于0.05wt％。

[0019] 本发明具有积极的效果：(1)本发明制备纳米氧化锑铟锡粉末时通过温度骤变引发氧化锑铟锡结构晶型的转换，从而得到立方体结构的纳米氧化锑铟锡粉末，反尖晶石结构(立方体结构)的晶体材料具体良好的红外透过性和离子迁移特性。本发明的纳米氧化锑铟锡粉末具备材料自身的半导体属性，因此具备较低的红外发射率。

[0020] 按照本发明方法，热熔反应结束后，复合金属氧化物中包含了氯化钠，然而由于热熔反应后氯化钠洗涤去除，因此制备的纳米氧化锑铟锡粉末由于氯化钠的溶解形成多孔结构，多孔结构的材料具有良好的热屏蔽性。因此氧化锑铟锡同时兼有较低的红外发射率(其半导体属性所致)、中远红外的高反射率和良好的的热屏蔽性能(由于电子传输与结构多孔)。

[0021] (2)本发明制备的氧化锑铟锡能更好的应用于需要屏蔽红外成像的场所，在军工红外成像伪装与降温保护涂层材料的设计方面具有极为理想的应用价值。

具体实施方式

[0022] (实施例1)

[0023] 本实施例的纳米氧化锑铟锡粉末的化学式为SnbIn2aSb2cO3a+2b+3c，制备反应式如下：

[0024]

[0025] 制备时各反应物的质量份数配比如下：

[0026] 氧化铟27.8；氧化锡11.3；氧化锑14.6；NaCl 107.4，均为优级纯，纯度99.9％以上。

[0027] 本实施例的纳米氧化锑铟锡粉末的制备方法包括以下步骤：

[0028] 1)在可旋转的滚筒不锈钢反应器中，加入上述计量的氧化铟、氧化锡、氧化锑和NaCl，旋转滚筒使筒内物料混合均匀后将反应器密封。

[0029] 2)加热使步骤1)混匀的物料温度升至800℃，在800℃下高温熔融反应6小时。反应结束后，用无任何机械杂质的软水急冷筒内反应后得到的纳米复合氧化物，纳米复合氧化物急冷的降温速率为150℃/min(每分钟下降150℃)，急冷后物料温度为55℃～60℃；急速冷却后的纳米复合氧化物先用无机械杂质的干净软水洗涤，洗涤的温度为55℃，至离子浓度下降至0.5g/L(以NaCl计)后，再用去离子水洗涤，直至纳米复合氧化物中最终水溶盐的含量在0.05g/L(以NaCl计)以下。洗涤温度为55℃是指软水与急速冷却后的纳米复合氧化物接触后，水温为55℃，纳米复合氧化物的温度也为55℃。

[0030] 3)将步骤2)洗净完水溶盐后的纳米复合氧化物进行真空烘干后粉碎得到纳米氧化锑铟锡粉末，真空烘干温度98℃，得到的粉体水分在0.05％(质量份)以下。

[0031] (实施例2)

[0032] 本实施例制备时各反应物的质量份数配比如下：

[0033] 氧化铟41.5；氧化锡15；氧化锑17.5；NaCl 148。

[0034] 本实施例的纳米氧化锑铟锡粉末的制备方法其余与实施例1相同，不同之处在于：

[0035] 步骤2)中筒内物料在760℃下高温熔融反应6.5小时。

[0036] 急冷后用无机械杂质的干净软水洗涤时，洗涤的温度为59℃。

[0037] 步骤3)中真空烘干温度为100℃。

[0038] (实施例3)

[0039] 本实施例制备时各反应物的质量份数配比如下：

[0040] 氧化铟41.7；氧化锡15；氧化锑14.6；NaCl 142.6。

[0041] 本实施例的纳米氧化锑铟锡粉末的制备方法其余与实施例1相同，不同之处在于：

[0042] 步骤2)中筒内物料在850℃下高温熔融反应5.5小时。

[0043] 反应结束后，用无任何机械杂质的软水急冷，急冷的降温速率为170℃/min；急冷后用无机械杂质的干净软水洗涤，洗涤温度为53℃。

[0044] 步骤3)中真空烘干温度为96℃。

[0045] (实施例4)

[0046] 本实施例制备时各反应物的质量份数配比如下：

[0047] 氧化铟58.4；氧化锡16.5；氧化锑29.2；NaCl 208.2。

[0048] 本实施例的纳米氧化锑铟锡粉末的制备方法其余与实施例1相同，不同之处在于：

[0049] 步骤2)中筒内物料在900℃下高温熔融反应4.5小时。

[0050] 反应结束后，用无任何机械杂质的软水急冷，急冷的降温速率为180℃/min；急冷后用无机械杂质的干净软水洗涤，洗涤温度为53℃。

[0051] 步骤3)中真空烘干温为度96℃。

[0052] (实施例5)

[0053] 本实施例制备时各反应物的质量份数配比如下：

[0054] 氧化铟63.9；氧化锡18；氧化锑29.2；NaCl 222.2。

[0055] 本实施例的具有红外屏蔽功能的纳米反尖晶石结构与半导体属性的氧化铟锡的制备除以下部分细节变动外，其余与实施例1相同：

[0056] 本实施例的纳米氧化锑铟锡粉末的制备方法其余与实施例1相同，不同之处在于：

[0057] 步骤2)中筒内物料在750℃下高温熔融反应7小时。

[0058] 反应结束后，用无任何机械杂质的软水急冷，急冷的降温速率为165℃/min；急冷后用无机械杂质的干净软水洗涤，洗涤温度为60℃。

[0059] 步骤3)中真空烘干温度为88℃。

[0060] 对实施例1至实施例5所得到的纳米氧化锑铟锡粉末进行检测，结果如下：

[0061] 其中平均发射率是在红外波段波长8至12微米的平均发射率，采用安洲科技的ET-10便携式红外光谱发射仪测量，波长范围8-12μm。

[0062]

[0063] 本发明制备纳米氧化锑铟锡粉末时通过温度骤变引发氧化锑铟锡结构晶型的转换，从而得到立方体结构的纳米氧化锑铟锡粉末，立方体结构的晶体材料具体良好的红外透过性和离子迁移特性。本发明的纳米氧化锑铟锡粉末具备材料自身的半导体属性，因此具备较低的红外发射率。

[0064] 按照本发明方法，热熔反应结束后，复合金属氧化物中包含了氯化钠，由于热熔反应后氯化钠洗涤去除，因此制备的纳米氧化锑铟锡粉末中由于氯化钠的溶解形成多孔结构，多孔结构的材料具有良好的热屏蔽性。因此氧化锑铟锡同时兼有较低的红外发射率(其半导体属性所致)、中远红外的高反射率和良好的的热屏蔽性能(由于电子传输与结构多孔)。