一種鎢摻雜二氧化錫納米粉體及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種鎢摻雜二氧化錫納米粉體及其制備方法，所述鎢摻雜二氧化錫納米粉體的分子式為WxSn(1-x)O2，其中，x的取值范圍為0.02~0.3。采用所述鎢摻雜二氧化錫制得的納米隔熱涂層的可見光透過率高、隔熱性能好，其紅外線阻隔率和紫外線阻隔率均達(dá)到80%以上。本發(fā)明采用超聲波化學(xué)法對(duì)二氧化錫進(jìn)行鎢摻雜制得納米粉體。采用這種方法不僅使得到的粉體導(dǎo)電性、光透過率和隔熱效果更好，而且彌補(bǔ)了共沉淀法容易團(tuán)聚、粉體粒徑不均勻，微乳液法前驅(qū)體的后處理困難、成本較高，水熱法的設(shè)備要求高、腐蝕性強(qiáng)，噴霧熱解法效率低等一系列缺點(diǎn)。
【專利說明】一種鎢摻雜二氧化錫納米粉體及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米材料領(lǐng)域，尤其涉及一種鎢摻雜二氧化錫納米粉體及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]純二氧化錫是一種具有寬禁帶(3.6 ev)的絕緣體，通過摻雜可以使其變成半導(dǎo)體或?qū)w，改善其導(dǎo)電性和光譜選擇性，進(jìn)而擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。目前有研究通過對(duì)其摻雜金屬銦、銻等制成透明隔熱涂料，涂覆于玻璃上，既不影響采光，又能很好的阻止熱量傳遞，降低空調(diào)負(fù)荷，達(dá)到節(jié)能的目的。但是，摻銦的二氧化錫中容易存在晶格畸變，導(dǎo)致空穴遷移率大幅下降，使得制成的薄膜的電阻率難以進(jìn)一步降低，制約該薄膜導(dǎo)電性能的提高，此外由于銦是貴金屬，成本較高限制了其工業(yè)化生產(chǎn)；摻銻的二氧化錫制得的薄膜雖然成本相對(duì)較低，但是用于建筑玻璃的隔熱保溫時(shí)存在隔熱性較差、可見光透過率較低等缺點(diǎn)。
[0003]因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種鎢摻雜二氧化錫納米粉體及其制備方法，旨在解決現(xiàn)有納米粉體隔熱性差、可見光透過率較低等問題。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種鎢摻雜二氧化錫納米粉體，其中，其分子式為WxSn(1_x)02，其中，X的取值范圍為
0.02-0.3。
[0006]一種如上所述的鎢摻雜二氧化錫納米粉體的制備方法，其中，包括以下步驟:
S100、以水溶性錫鹽和鎢酸鹽為原料，按WxSn(1_x)02中X的設(shè)定值稱取錫鹽和鎢酸鹽，加
入含有分散劑的溶液中，攪拌至充分溶解，形成透明溶液；
S200、在上述所得到的溶液中加入脲，攪拌至脲完全溶解，調(diào)節(jié)反應(yīng)體系終點(diǎn)的pH值；S300、將上述溶液用氬氣洗滌，在氬氣保護(hù)下，插入超聲波探管進(jìn)行超聲波輻射，得到膠狀沉淀物；
S400、將上述膠狀沉淀物經(jīng)過陳化后，經(jīng)過濾洗滌得到前驅(qū)體，將所述前驅(qū)體經(jīng)干燥、研磨、煅燒得到所述鎢摻雜二氧化錫納米粉體。
[0007]所述的鎢摻雜二氧化錫納米粉體的制備方法，其中，所述錫鹽為錫的氯化鹽、硝酸鹽或檸檬酸鹽，所述鎢酸鹽為鎢酸鈉或鎢酸銨；所述分散劑為聚乙二醇、丙三醇或檸檬酸，其用量為錫鹽質(zhì)量的I-2 %。
[0008]所述的鎢摻雜二氧化錫納米粉體的制備方法，其中，步驟SlOO中，所述攪拌過程是在5(T60°C的水浴環(huán)境中進(jìn)行的。
[0009]所述的鎢摻雜二氧化錫納米粉體的制備方法，其中，步驟S200中，所述攪拌過程是在70-90°C下進(jìn)行的；調(diào)節(jié)體系終點(diǎn)pH值至3-5。
[0010]所述的鎢摻雜二氧化錫納米粉體的制備方法，其中，所述超聲波輻射過程中采用的超聲波輻射頻率為20.81 kHz,24.45 kHz,30.10 kHz或40.34 kHz，輻射時(shí)間為2-6 h。
[0011]所述的鎢摻雜二氧化錫納米粉體的制備方法，其中，步驟S300中，所述超生波輻射是在7(T90°C下進(jìn)行的。
[0012]所述的鎢摻雜二氧化錫納米粉體的制備方法，其中，所述陳化的時(shí)間為5-24h。
[0013]所述的鎢摻雜二氧化錫納米粉體的制備方法，其中，所述過濾洗滌的過程是在對(duì)所述膠狀沉淀物進(jìn)行減壓抽濾的同時(shí)用蒸餾水洗滌三次，再用體積分?jǐn)?shù)為10 %的乙醇溶液洗滌至濾液呈中性，最后用無水乙醇洗滌兩次。
[0014]所述的鎢摻雜二氧化錫納米粉體的制備方法，其中，所述干燥、研磨、煅燒過程是在80°C下干燥數(shù)小時(shí)后，研磨成粉末，將粉末置于馬弗爐中，在40(TC-80(rC下保溫:T5 h。
[0015]有益效果:本發(fā)明提供一種鎢摻雜二氧化錫納米粉體，用所述鎢摻雜二氧化錫制得的納米隔熱涂層的可見光透過率高、隔熱性能好，其紅外線阻隔率和紫外線阻隔率均達(dá)到80%以上。而且， 所述鎢摻雜二氧化錫納米粉體的制備方法是利用超聲波的空化效應(yīng)產(chǎn)生高溫高壓的條件，實(shí)現(xiàn)非均相反應(yīng)物間的微觀均勻混合，促進(jìn)固體新相的生成，并結(jié)合有機(jī)溶劑洗滌的方法提高分離前驅(qū)體的效率，高效地制備納米粉體。本發(fā)明得到的納米粉體粒徑小、分散均勻、團(tuán)聚少，且該工藝簡單高效、合成周期短、重現(xiàn)性好，有利于工業(yè)化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中鎢摻雜二氧化錫納米粉體的XRD圖譜。
[0017]圖2為本發(fā)明實(shí)施例2中鎢摻雜二氧化錫納米粉體的紅外吸收?qǐng)D。
【具體實(shí)施方式】
[0018]本發(fā)明提供一種鎢摻雜二氧化錫納米粉體及其制備方法，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0019]本發(fā)明中提供一種鎢摻雜二氧化錫納米粉體，其分子式為WxSn(1_x)02，其中，X的取值范圍為0.02、.3。采用所述鎢摻雜二氧化錫制得的納米隔熱涂層的可見光透過率高、隔熱性能好，其紅外線阻隔率和紫外線阻隔率均達(dá)到80%以上。相比于ATO其隔熱性能提高了很多，相比于ITO又大大節(jié)約了生產(chǎn)成本。
[0020]本發(fā)明中還提供所述鎢摻雜二氧化錫納米粉體的制備方法，本發(fā)明方法中采用超聲波化學(xué)法對(duì)二氧化錫進(jìn)行鎢摻雜制得納米粉體。超聲波化學(xué)法是指利用超聲波的“聲空化”作用在極短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生高溫高壓的條件，實(shí)現(xiàn)非均相反應(yīng)物間的微觀均勻混合，促進(jìn)固體新相的生成。這種方法不僅使得到的粉體導(dǎo)電性、光透過率和隔熱效果更好，而且彌補(bǔ)了共沉淀法容易團(tuán)聚、粉體粒徑不均勻，微乳液法前驅(qū)體的后處理困難、成本較高，水熱法的設(shè)備要求高、腐蝕性強(qiáng)，噴霧熱解法效率低等一系列缺點(diǎn)。
[0021]具體地，所述鎢摻雜二氧化錫納米粉體的制備方法，包括以下步驟:
S100、以水溶性錫鹽和鎢酸鹽為原料，按WxSn(1_x)02中X的設(shè)定值稱取錫鹽和鎢酸鹽，加入含有分散劑的溶液中，在5(T60°C的水浴環(huán)境中攪拌至充分溶解，最終形成透明溶液。其中，所述錫鹽為錫的氯化鹽、硝酸鹽或檸檬酸鹽，均為錫的四價(jià)鹽，相對(duì)比較穩(wěn)定；所述鎢酸鹽為鎢酸鈉或鎢酸銨，在后面的洗滌、過濾過程中陰離子比較容易去除，利于獲得高品質(zhì)的粉體；X值為0.02、.3 ;所述分散劑為聚乙二醇、丙三醇或檸檬酸，其用量為錫鹽質(zhì)量的
I -2 %。
[0022]S200、在上述所得到的溶液中加入脲，在70-90 °C下攪拌至脲完全溶解，體系形成透明溶液，調(diào)節(jié)反應(yīng)體系終點(diǎn)的pH值。
[0023]其中，調(diào)節(jié)體系終點(diǎn)pH值至3-5，在粉體的制備過程中PH值對(duì)粉體的形貌和性能都有很大影響，控制適當(dāng)?shù)腜H值對(duì)獲得高品質(zhì)的粉體起著決定性的作用。
[0024]S300、將上述溶液用氬氣洗滌l(T30min，然后在7(T90 °C及氬氣保護(hù)下，插入超聲波探管用不同頻率的超聲波輻射一定的時(shí)間得到膠狀沉淀物。
[0025]其中，采用的超聲波輻射頻率可以為20.81 kHz,24.45 kHz、30.10 kHz或40.34kHz ;福射時(shí)間為2-6 h。
[0026]S400、將上述膠狀沉淀物經(jīng)過陳化后，經(jīng)過濾洗滌得到前驅(qū)體，將所述前驅(qū)體經(jīng)干燥、研磨、煅燒得到所述鎢摻雜二氧化錫納米粉體。
[0027]其中，所述陳化的時(shí)間為5-24h，以便粉體形成更穩(wěn)定的粒子。所述過濾洗滌的過程是在對(duì)所述膠狀沉淀物進(jìn)行減壓抽濾的同時(shí)用蒸餾水洗滌三次，再用體積分?jǐn)?shù)為10 %的乙醇溶液洗滌至濾液呈中性，最后用無水乙醇洗滌兩次。采用上述的洗滌分離方式能明顯加快過濾洗滌的速率，從而提高效益。所述干燥、研磨、煅燒過程是在80°C下干燥數(shù)小時(shí)后，研磨成粉末，將粉末置于馬弗爐中，在400°C -80(TC下保溫3-5 h，得到鎢摻雜二氧化錫納米粉體即納米WTO粉體。
[0028]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述，但本發(fā)明不限于所給出的例子。
[0029]實(shí)施例1
按照 WxSn(1-x)0 中 χ=0.I 為例，稱取 3.1410 g SnCl4.5Η20 和 0.3300 g Na2WO4.2Η20 溶于含有0.0315、.063 g PEG-600的70 ml去離子水中，置于60°C的水浴環(huán)境中至完全溶解，然后加入2.34 g脲，攪拌至形成透明溶液；將上述溶液用氬氣洗滌20 min，然后在80°C及氬氣保護(hù)下，插入超聲波探管，用頻率為20.81 kHz的超聲波輻射4 h，得到膠狀沉淀物；將膠狀沉淀物陳化5 h后過濾，并在減壓抽濾的同時(shí)用蒸餾水洗滌三次，再用體積分?jǐn)?shù)為10%的乙醇溶液洗滌至濾液呈中性，最后用無水乙醇洗滌兩次；將所得前驅(qū)體于80 °C下干燥數(shù)小時(shí)后研磨成粉末，將粉末置于馬弗爐中，于40(T80(TC下保溫3飛h，隨爐冷卻，即得到粒徑小、分散均勻的納米WTO粉體。
[0030]對(duì)所得物質(zhì)進(jìn)行XRD、紅外和原子吸收進(jìn)行鑒定，其XRD圖譜如附圖1所示，根據(jù)不同元素的不同吸收特征和晶體形貌從而確定利用該制備方法得到的物質(zhì)確實(shí)是鎢摻雜二氧化錫納米粉體。經(jīng)過檢測，用本實(shí)施例所得的鎢摻雜二氧化錫制得的納米隔熱涂層，其可見光透過率約為85 %、紅外線阻隔率約為85 %、紫外線阻隔率約為99 %、附著力O級(jí)、硬度> 6 H。本實(shí)施例所述納米隔熱涂層與目前市場所用的ATO粉體所制成的對(duì)照隔熱涂層相t匕，在紅外燈照射29 min的條件下，涂有本實(shí)施例納隔熱涂層的玻璃的溫度比對(duì)照隔熱涂層的溫度低達(dá)5 °C左右，而比起沒有涂層的空白玻璃，溫度低了將近15 °C。
[0031]實(shí)施例2
按照 WxSn(1-x)02 中 χ=0.15 為例，稱取 3.1410 g SnCl4.5H20 和 0.5241 g Na2WO4.2H20溶于含有0.0315、.063 g PEG-600的70 mL去離子水中，置于70 °C的水浴環(huán)境中至完全溶解，然后加入2.4459 g脲，攪拌至形成透明溶液；將上述溶液用氬氣洗滌30 min，然后在90°C及氬氣保護(hù)下，插入超聲波探管，用頻率為30.10 kHz的超聲波輻射6 h，得到膠狀沉淀物；將膠狀沉淀物陳化10 h后過濾，并在減壓抽濾的同時(shí)用蒸餾水洗滌三次，再用體積分?jǐn)?shù)為10 %的乙醇溶液洗滌至濾液呈中性，最后用無水乙醇洗滌兩次；將所得前驅(qū)體于80°C下干燥數(shù)小時(shí)后研磨成粉末，將粉末置于馬弗爐中，在40(T80(TC下煅燒3飛h，隨爐冷卻，得到鎢摻雜二氧化錫的納米粉體。
[0032]對(duì)所得物質(zhì)進(jìn)行XRD、紅外和原子吸收進(jìn)行鑒定，其中紅外吸收?qǐng)D如附圖2所示。根據(jù)不同元素的不同吸收特征和晶體形貌從而確定利用該制備方法得到的物質(zhì)確實(shí)是鎢摻雜二氧化錫的納米粉體。本實(shí)施例所述納米隔熱涂層與目前市場所用ATO粉體所制成的對(duì)照隔熱涂層相比，在紅外燈照射29 min的條件下，涂有本實(shí)施例納隔熱涂層的玻璃的溫度比對(duì)照隔熱涂層的溫度低達(dá)TC左右，而比起沒有涂層的空白玻璃，溫度低了將近17O。
[0033]綜上所述，本發(fā)明中所提供的鎢摻雜二氧化錫納米粉體隔熱性好、可見光透過率較高。而且本發(fā)明采用超聲波化學(xué)法對(duì)二氧化錫進(jìn)行鎢摻雜制得納米粉體，此方法簡單、合成周期短，可實(shí)現(xiàn)均勻摻雜，制得的粉體團(tuán)聚少、粒徑小、分散均勻，這種方法不僅使得到的粉體導(dǎo)電性、光透過率 和隔熱效果更好，而且彌補(bǔ)了共沉淀法容易團(tuán)聚、粉體粒徑不均勻，微乳液法前驅(qū)體的后處理困難、成本較高，水熱法的設(shè)備要求高、腐蝕性強(qiáng)，噴霧熱解法效率低等一系列缺點(diǎn)。
[0034]應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種鎢摻雜二氧化錫納米粉體，其特征在于，其分子式為WxSn(1_x)O2，其中，X的取值范圍為0.02-0.3。
2.一種如權(quán)利要求1所述的鎢摻雜二氧化錫納米粉體的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: S100、以水溶性錫鹽和鎢酸鹽為原料，按WxSn(1_x)02中X的設(shè)定值稱取錫鹽和鎢酸鹽，加入含有分散劑的溶液中，攪拌至充分溶解，形成透明溶液； S200、在上述所得到的溶液中加入脲，攪拌至脲完全溶解，調(diào)節(jié)反應(yīng)體系終點(diǎn)的pH值； S300、將上述溶液用氬氣洗滌，在氬氣保護(hù)下，進(jìn)行超聲波輻射，得到膠狀沉淀物； S400、將上述膠狀沉淀物經(jīng)過陳化后，經(jīng)過濾洗滌得到前驅(qū)體，將所述前驅(qū)體經(jīng)干燥、研磨、煅燒得到所述鎢摻雜二氧化錫納米粉體。
3.根據(jù)如權(quán)利要求2所述的鎢摻雜二氧化錫納米粉體的制備方法，其特征在于，所述錫鹽為錫的氯化鹽、硝酸鹽或檸檬酸鹽，所述鎢酸鹽為鎢酸鈉或鎢酸銨；所述分散劑為聚乙二醇、丙三醇或檸檬酸，其用量為錫鹽質(zhì)量的I~2 %。
4.根據(jù)如權(quán)利要求2所述的鎢摻雜二氧化錫納米粉體的制備方法，其特征在于，步驟SlOO中，所述攪拌過程是在5(T60°C的水浴環(huán)境中進(jìn)行的。
5.根據(jù)如權(quán)利要求2所述的鎢摻雜二氧化錫納米粉體的制備方法，其特征在于，步驟S200中，所述攪拌過程是在70~90°C下進(jìn)行的；調(diào)節(jié)體系終點(diǎn)pH值至3~5。
6.根據(jù)如權(quán)利要求2所述的鎢摻雜二氧化錫納米粉體的制備方法，其特征在于，所述超聲波輻射過程中采用的超聲波輻射頻率為20.81 kHz,24.45 kHz、30.10 kHz或40.34kHz,福射時(shí)間為2~6 h。
7.根據(jù)如權(quán)利要求2所述的鎢摻雜二氧化錫納米粉體的制備方法，其特征在于，步驟S300中，所述超生波輻射是在7(T90°C下進(jìn)行的。
8.根據(jù)如權(quán)利要求2所述的鎢摻雜二氧化錫納米粉體的制備方法，其特征在于，所述陳化的時(shí)間為5~24h。
9.根據(jù)如權(quán)利要求2所述的鎢摻雜二氧化錫納米粉體的制備方法，其特征在于，所述過濾洗滌的過程是在對(duì)所述膠狀沉淀物進(jìn)行減壓抽濾的同時(shí)用蒸餾水洗滌三次，再用體積分?jǐn)?shù)為10 %的乙醇溶液洗滌至濾液呈中性，最后用無水乙醇洗滌兩次。
10.根據(jù)如權(quán)利要求2所述的鎢摻雜二氧化錫納米粉體的制備方法，其特征在于，所述干燥、研磨、煅燒過程是在80°C下干燥數(shù)小時(shí)后，研磨成粉末，將粉末置于馬弗爐中，在4000C~800°C下保溫3~5 h。
【文檔編號(hào)】C01G19/02GK103449508SQ201310327435
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月31日
【發(fā)明者】呂維忠, 林俊君, 譚艷, 黃旭珊, 潘亞美 申請(qǐng)人:深圳大學(xué), 深圳市德厚科技有限公司