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透明导电锡基氧化物纳米粉体的制备及应用研究

刘世民  
【摘要】:Sb掺杂SnO2(antimony doped tin oxide, ATO)纳米粉体是一种极具发展潜力的新型透明导电材料,在电磁屏蔽、电致变色、节能玻璃、显示器件、锂离子电池、太阳能电池、导电和抗静电等诸多领域有着广泛的应用前景。ATO纳米粉体的粒径、结构、成分及团聚度等对粉体的光电性能及粉体的应用效果具有重要的影响。深入研究各种制备条件对粉体结构和性能等的控制机制具有重要意义。此外,提高粉体的性能还需要发展新的方法。 本论文的主要研究内容概括如下: 1.本文研究了HCl, HNO3和二者的混酸对金属Sn粒溶解行为的影响,比较了酸的种类和用量对金属Sn粒溶解时间的影响。研究认为,HN03和HCl能够产生协同效应,HN03主要起溶解金属Sn粒的作用,HCl主要起抑制Sn(NO3)4水解形成H2Sn03沉淀的作用,两者共同作用可以缩短金属Sn粒的溶解时间。利用液相法制备了Sn02纳米粉体,考察了制备工艺对粉体结构、形貌和粒径等的影响。研究认为用混酸溶解金属Sn粒制备的Sn02粉体呈球形,粒径尺寸较小,粉体分散性和结晶性良好;煅烧温度增加,粉体结晶性能变好;添加PVA分散剂可以有效降低粉体粒径尺寸,增加粉体的分散性能; 2.采用直接沉淀法制备了Sb204粉体并考察了煅烧温度对Sb204粉体结构和形貌的影响。结果表明,前驱体主要为斜方相Sb203晶体结构,在400-600℃后可转变为α-Sb2O4,但仍有少量斜方相Sb203存在;800℃转化完全,粉体为纯α-Sb204结构。研究发现当温度超过400℃时Sb有挥发现象出现,700℃以后挥发现象不明显; 3.采用共沉淀法制备了具有低电阻率和高分散性能的ATO纳米粉体,考察了Sb掺杂浓度、pH值、反应温度和浓度、分散剂、干燥方式和煅烧温度对粉体结构和性能的影响。结果表明,随着Sb掺杂浓度增加,粉体晶粒尺寸减小,结晶性能变差,n(Sb3+)/n(Sb5+)减小,粉体电阻率降低;随着pH值的减小,粉体电阻率降低;分散剂PVA和PEG含量分别为6%和4%时,粉体综合性能最好。实验中将粉体进行包裹干燥,发现此种包裹干燥法可以较好的解决纳米粉体团聚问题; 4.设计和制备了ATO导电浆料和ATO透明导电涂层,考察了分散剂和Sb掺杂浓度对浆料和涂层性能的影响。ATO浆料的研究结果表明,油酸和PVP的共同作用可以提高浆料的稳定性,另外随着Sb掺杂浓度增加,浆料稳定性也增加。当油酸含量为1%,PVP含量为1%,Sb掺杂浓度为15%的ATO粉体含量为9%,无水乙醇为89%时,浆料的稳定性能最好。ATO涂层的研究结果表明,随着Sb掺杂浓度增加,ATO涂层结晶性能变差,电阻率降低,透光率减小,涂层禁带宽度先减小后略微增大。


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