本發(fā)明屬于氧化物納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種氧化銦納米粉體的制備方法。

背景技術(shù)：

In₂O₃是一種非常重要的n型寬禁帶透明半導(dǎo)體材料，它同時(shí)具備高可見(jiàn)光透過(guò)率和高電導(dǎo)率。由于其優(yōu)異的性能，In₂O₃基磁控濺射陶瓷靶材(主要是摻雜SnO₂、ZnO等)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能電池、光電器件、液晶顯示器等方面。氧化銦粉末作為制備上述陶瓷靶材所需要的主要原料，純度高、分散性好、粒度細(xì)而均勻而且能夠規(guī)?；瞧浔貍錀l件。

制備In₂O₃粉體的方法有很多，中和沉淀法是目前本領(lǐng)域技術(shù)人員采用較多的一種氧化銦粉末制造方法，即將銦的無(wú)機(jī)酸鹽水溶液，如氯化銦水溶液、硝酸銦水溶液、硫酸銦水溶液等，用氨水等堿性水溶液中和生成氫氧化銦沉淀，再經(jīng)過(guò)干燥焙燒獲得氧化銦粉末。這種無(wú)機(jī)酸鹽水溶液中和沉淀制造的氧化銦粉末粒度、粒徑分布容易不均勻，制作靶材時(shí)不易獲得高致密度。此外，這種方法生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量的含氮廢水，處理成本高，排放量大，對(duì)環(huán)境污染較大等。

電解法通過(guò)將金屬銦在電解液中電解產(chǎn)生氫氧化銦沉淀，減少了生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的含氮廢水量，改善了環(huán)境友好性，而且獲得的粉末粒徑也比較均勻。然而，電解法產(chǎn)生的氫氧化銦粉末微細(xì)容易團(tuán)聚，團(tuán)聚后的顆粒粒徑分布幅度變寬，影響靶材高密度的獲得。

電弧氣相氧化法是采用電弧把金屬銦熔化和氣化，氣化的金屬與氧反應(yīng)生成氧化銦粉末，收集起來(lái)獲得氧化銦粉體。這種方法不產(chǎn)生廢水，環(huán)境友好。但是，所生產(chǎn)的氧化銦粉末粒度分布范圍寬，燒結(jié)活性低，也不利于獲得高致密度靶材等。

除此以外，還有微乳液法、溶膠凝膠法、水熱法、化學(xué)氣相沉積、噴霧熱解法等手段。上述方法存在如下一些問(wèn)題：

(1)無(wú)機(jī)陰離子帶來(lái)污染：為了制備方便，采用的含銦前驅(qū)物大部分為銦的氯化物，在制備過(guò)程中Cl^-很難通過(guò)后續(xù)洗滌去除干凈，殘留的Cl^-容易導(dǎo)致陶瓷在燒結(jié)過(guò)程中的開(kāi)裂，也會(huì)降低靶材純度；(2)沉淀劑和表面活性劑的應(yīng)用所帶來(lái)金屬陽(yáng)離子的污染：為了加速沉淀，通常采用NaOH等作為沉淀劑，Na⁺容易吸附在沉淀物的表面，很難清除掉；離子型的表面活性劑應(yīng)用也會(huì)帶來(lái)粉體的污染；如公開(kāi)號(hào)為CN 1837055A的中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種制備氧化銦粉末的方法，該方法包括以下步驟：將堿性沉淀劑加入到銦鹽溶液中以產(chǎn)生沉淀物；用固-液分離將所述沉淀物分離；干燥所述分離的沉淀物；和在含有還原氣體和水蒸汽的惰性氣體氣氛中焙燒所述干燥的沉淀物，其中，所述還原氣體是選自氫氣和氨氣中的至少一種。(3)制備過(guò)程周期長(zhǎng)：例如在沉淀法制備氧化銦的粉體過(guò)程中沉淀反應(yīng)的周期很長(zhǎng)、沉淀物需要多次的水洗以及隨后的烘干和焙燒；(4)容易帶來(lái)環(huán)境的污染：例如在沉淀法中需要大量的水洗，廢水如不經(jīng)過(guò)處理會(huì)帶來(lái)環(huán)境污染；在噴霧熱解過(guò)程中，InCl₃、In(ON)₃等前驅(qū)體物質(zhì)會(huì)分解成HCl、NO等氣體，如不經(jīng)處理排放會(huì)污染環(huán)境；(5)綜合成本較高：制備周期長(zhǎng)、流程復(fù)雜以及對(duì)廢水、廢氣的環(huán)保處理均會(huì)導(dǎo)致In₂O₃納米粉體的生產(chǎn)成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種以有機(jī)銦化合物為起始原料，通過(guò)超臨界水熱處理方式規(guī)?；煽厣a(chǎn)氧化銦納米粉體的方法。

一種氧化銦納米粉體的制備方法，包括以下步驟：

(1)將金屬銦與有機(jī)酸混合，在保護(hù)性氣體中加熱溶解，得有機(jī)銦化合物；

(2)在有機(jī)銦化合物中加入過(guò)氧化氫和水，混合后置于超臨界水熱反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后過(guò)濾得反應(yīng)產(chǎn)物；

(3)將步驟(2)中得到的反應(yīng)產(chǎn)物置于空氣中煅燒，即得氧化銦納米粉體。

所述金屬銦的形態(tài)為塊狀或粒狀或條狀或絲狀或粉狀，其中優(yōu)選絲狀，所述金屬銦的純度為4～6N。

步驟(1)中，所述保護(hù)性氣體為氬氣、氮?dú)饣蚨趸?，所述保護(hù)性氣體的流量為1～5L/min。

步驟(1)中，金屬銦與有機(jī)酸的摩爾比為1：3～5。

作為優(yōu)選，步驟(1)中，有機(jī)酸在攪拌下溶解金屬銦，進(jìn)一步優(yōu)選，所述攪拌為含有超聲震蕩的攪拌。

步驟(1)中，有機(jī)酸溶解金屬銦時(shí)，溶解反應(yīng)的溫度為170～270℃，溶解時(shí)間為1～10h，溶解完畢后冷至室溫待用。

作為優(yōu)選，步驟(1)中，所述有機(jī)酸為由碳?xì)溲跞亟M成的酸，且沸點(diǎn)高于步驟(1)中溶解反應(yīng)的溫度，典型的有硬脂酸、葵酸、月桂酸等。采用由碳?xì)溲跞亟M成的酸溶解金屬銦，能有效避免引入其他離子，保證最終產(chǎn)品的純度。

作為優(yōu)選，步驟(2)中，以有效成分計(jì)，有機(jī)銦化合物、過(guò)氧化氫和水的摩爾比為1：3～5：1～3。

步驟(2)中，所述反應(yīng)的溫度為180～450℃，反應(yīng)時(shí)間為1～4h。

步驟(3)中，將步驟(2)中得到的反應(yīng)產(chǎn)物置于空氣中煅燒時(shí)，煅燒溫度為300～800℃，煅燒時(shí)間為1～3h。

所述氧化銦納米粉體粒徑為40～400nm，分布均勻，物相為立方相結(jié)構(gòu)。所得氧化銦粉末純度高、顆粒細(xì)小圓整、粒徑均勻，粒度分布范圍窄、不易團(tuán)聚、分散性好，可以用于制造高致密度靶材。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢(shì)：

(1)采用僅含碳?xì)溲跞氐挠袡C(jī)酸替代無(wú)機(jī)酸高溫溶解金屬銦，有效避免了Cl^-等無(wú)機(jī)陰離子以及諸如Na⁺等無(wú)機(jī)陽(yáng)離子的殘留，保證了最終產(chǎn)物的純度；

(2)采用超臨界的方式，使有機(jī)銦化合物最終轉(zhuǎn)變?yōu)镮n₂O₃沉淀物以及CO₂和H₂O，無(wú)需另外加入沉淀劑，避免了污染物的排放，是一種環(huán)境友好的制備方法；

(3)制備手段相對(duì)簡(jiǎn)單，無(wú)需復(fù)雜的制備流程，可實(shí)現(xiàn)規(guī)模化可控生產(chǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1制備的氧化銦納米粉體的SEM表征圖。

具體實(shí)施方式

通過(guò)下面的實(shí)施例可以更詳細(xì)的解釋本發(fā)明，本發(fā)明并不局限于下面的實(shí)施例。

本發(fā)明在具體實(shí)施時(shí)，可以購(gòu)買(mǎi)市售的高純金屬銦塊、銦絲、銦粒、銦粉，也可以購(gòu)買(mǎi)來(lái)銦錠自制成銦絲、銦?；蜚煼凼褂谩２捎勉焿K、銦絲、銦?；蜚煼凼且黾鱼焼挝恢亓康谋砻娣e，從而加快溶解反應(yīng)速度。

實(shí)施例1

(1)將90g硬脂酸和12g純度為5N的銦?；旌?，持續(xù)通入1L/min的氬氣，邊攪拌邊加熱到170℃，并保持10h直至銦粒完全溶解，冷卻，即得有機(jī)銦化合物；

(2)在步驟(1)制備的有機(jī)銦化合物中加入13.6g雙氧水和3.6g去離子水，混合后置于超臨界水熱反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)器加熱溫度為290℃，反應(yīng)時(shí)間為3h，待反應(yīng)結(jié)束以后，冷卻至室溫，通過(guò)過(guò)濾得到反應(yīng)產(chǎn)物；

(3)將步驟(2)中的反應(yīng)產(chǎn)物在空氣中于400℃下煅燒2h，得到氧化銦納米粉體，其SEM表征圖如圖1所示，所得氧化銦納米粉體的粒徑為50～200nm，分布均勻，物相為立方相結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例2

(1)將70g葵酸和12g純度為4N的銦絲混合，持續(xù)通入2L/min的氬氣，邊超聲攪拌邊加熱到200℃，并保持6h直至銦絲完全溶解，冷卻，即得有機(jī)銦化合物；

(2)在步驟(1)制備的有機(jī)銦化合物中加入15.1g雙氧水和3.9g去離子水，混合后置于超臨界水熱反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)器加熱溫度為350℃，反應(yīng)時(shí)間為2.5h，待反應(yīng)結(jié)束以后，冷卻至室溫，通過(guò)過(guò)濾得到反應(yīng)產(chǎn)物；

(3)將步驟(2)中的反應(yīng)產(chǎn)物在空氣中于500℃下煅燒2.5h，得到氧化銦納米粉體，粒徑為100～300nm，分布均勻，物相為立方相結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例3

(1)將85g葵酸和12g純度為4N的銦?；旌?，持續(xù)通入2L/min的二氧化鈦，邊攪拌邊加熱到270℃，并保持2h直至銦粒完全溶解，冷卻，即得有機(jī)銦化合物；

(2)在步驟(1)制備的有機(jī)銦化合物中加入11.5g雙氧水和2.0g去離子水，混合后置于超臨界水熱反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)器加熱溫度為450℃，反應(yīng)時(shí)間為1.5h，待反應(yīng)結(jié)束以后，冷卻至室溫，通過(guò)過(guò)濾得到反應(yīng)產(chǎn)物；

(3)將步驟(2)中的反應(yīng)產(chǎn)物在空氣中于650℃下煅燒2h，得到氧化銦納米粉體，粒徑為300～400nm，分布均勻，物相為立方相結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例4

(1)將100g月桂酸和12g純度為4N的銦粒混合，持續(xù)通入5L/min的氬氣，邊攪拌邊加熱到250℃，并保持8h直至銦粒完全溶解，冷卻，即得有機(jī)銦化合物；

(2)在步驟(1)制備的有機(jī)銦化合物中加入17g雙氧水和4g去離子水，混合后置于超臨界水熱反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)器加熱溫度為180℃，反應(yīng)時(shí)間為4h，待反應(yīng)結(jié)束以后，冷卻至室溫，通過(guò)過(guò)濾得到反應(yīng)產(chǎn)物；

(3)將步驟(2)中的反應(yīng)產(chǎn)物在空氣中于300℃下煅燒3h，得到氧化銦納米粉體，粒徑為40～200nm，分布均勻，物相為立方相結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例5

(1)將65g月桂酸和12g純度為4N的銦絲混合，持續(xù)通入3L/min的氮?dú)?，邊攪拌邊加熱?00℃，并保持7h直至銦絲完全溶解，冷卻，即得有機(jī)銦化合物；

(2)在步驟(1)制備的有機(jī)銦化合物中加入12.8g雙氧水和2.3g去離子水，混合后置于超臨界水熱反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)器加熱溫度為320℃，反應(yīng)時(shí)間為3h，待反應(yīng)結(jié)束以后，冷卻至室溫，通過(guò)過(guò)濾得到反應(yīng)產(chǎn)物；

(3)將步驟(2)中的反應(yīng)產(chǎn)物在空氣中于600℃下煅燒3h，得到氧化銦納米粉體，粒徑為40～200nm，分布均勻，物相為立方相結(jié)構(gòu)。