低团聚掺锑氧化锡纳米导电粉体的研究

《低团聚掺锑氧化锡纳米导电粉体的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、博：f：学位论文摘要摘要sb掺杂的Sn02(antimonydopedtinoxide，ATO)纳米粉体集中了普通ATO材料和纳米粉体的优点，是一种极具发展潜力的新型导电材料，在显示器件、电致变色、节能建筑玻璃、锂离子电池、太阳能利用、电磁屏蔽、抗静电等诸多领域有着广泛的应用前景。因此，深入了解ATO纳米粉体的结构、性能，研究粉体的晶相、电性能、粒度、团聚度以及表面性质等的控制方法与控制原理具有重要意义。但是目前就ATO纳米粉体的导电机制、掺sb量和煅烧温度对粉体晶粒生长以及电性能的影响等方面的认识还存在一些不明确的地方，纳米粉体的抗团聚、表面有机化改性等方面需要发

2、展新的方法。在本论文工作中，作者首先采用共沉淀工艺制各ATO纳米粉体，系统地研究了ATO纳米粉体的晶相结构、晶粒度、电性能等与掺sb量以及煅烧温度之间的关系；发现了在一定条件下粉体电阻率陡增，以及晶粒显著长大的现象；获得并分析了ATO纳米粉体的Raman散射谱；提出了粉体的晶粒生长模式以及ATO的能带模型。得出如下结论：1．掺Sb量为0-25at％的粉体经550℃以上的温度煅烧处理后具有较好的结晶性；粉体中存在氧空位，掺入的Sb以Sb3+和Sb5+的形式替位sn4+而共存于SnO：晶格中；随着掺sb量的增加以及煅烧处理温度的升高，Sb3+／Sb讣的比例增大，使得晶胞

3、体积增大。但是当掺Sb量超过一定值(～11at％)后，发生反吐，大部分Sb偏析、富集在晶界或晶粒表面，导致晶胞体积减小。偏析、富集在晶界或晶粒表面的Sb与0形成sb一0配位化合物，这种化合物在掺sb量高于14at％时，高温煅烧后形成可被XRD检测到的第二相Sb204，并且掺Sb量越高，形成Sb：0。相的温度越低。2．ATO的导电载流子由Sb5+替位Sn4+产生的施主缺陷以及有效氧空位施主共同提供。由于ATO纳米粉体体相中sb的浓度以及Sb”／Sb5+的比例随掺sb量的增加以及煅烧处理温度的升高而发生变化，其电阻率也发生相应的变化。掺入少量sb可使粉体的电阻率迅速下降

4、，当掺sb量达到3at％以后，电阻率下降的幅度不大，到～7at％时电阻率最小，随后随掺sb量的增加电阻率略有增大，在11at％以博士学位论文摘要后基本上保持恒定。掺sb量一定时，粉体的电阻率随煅烧温度的升高先减小，在550—650℃时达到最小，随后随着煅烧处理温度的升高电阻率又会有所增大，在更高温度下煅烧处理后电阻率会有一个较大幅度的增加。3．低温区晶粒生长主要发生在同一个粉体粒子内部各晶粒间原子的界面扩散迁移，晶粒生长的表观活化能相对较低；高温区晶粒生长由发生物理接触的粉体粒子之间原子扩散迁移或晶界迁移来实现，晶粒生长的表观活化能相对较高；掺入的sb在晶格内产生的

5、缺陷以及Sb在晶界或粒子表面上的偏析、富集对晶粒生长有较大的影响；偏析、富集在粒子表面的sb形成的氧化物及其蒸发有可能导致高温下晶粒的显著增长。作者还研究了醇盐水解法制备ATO纳米粉体的工艺参数，并与共沉淀法制备的粉体性能进行了对比，发现醇盐水解法制备的粉体电性能好、粒度小、团聚度低，煅烧温度对两种方法制备的粉体的晶粒生长、电性能的影响基本一致。湿法制备纳米粉体的干燥过程中，湿凝胶中包裹的水分以及粒子表面的结构配位水和自由羟基会导致粉体粒子的硬团聚。我们在实验中发现采用改进的共沸蒸馏方法，即正丁醇一二甲苯混合溶剂共沸蒸馏，以及有机酸酐脱水处理可以有效地抑制ATO纳米

6、粉体的硬团聚，其抗团聚原理主要是提高脱水程度，提高粒子表面的自由羟基与脱水剂之间的反应效率。经过抗团聚处理后粉体的比表面积可达85．32m2．g一，晶粒度为5．5nm(550℃，2h)。一些长碳链的有机酸(如油酸、硬脂酸)常常被用作活性剂或改性剂以提高粉体在介质中的分散性和固含量。实验中发现单纯使用有机酸对ATO纳米粉体的改性效果并不理想，而添加钛酸四丁酯可以提高有机酸对粉体的改性效果，两者的合适比例为1：3。改性机理主要是利用钛酸四丁酯与粉体粒子表面的反应产生偶联点，有机酸通过与该偶联点的反应而嫁接到粒子表面。为提高改性效果，反应应该在非极性溶剂(如二甲苯)中回流

7、处理适当时间。作者对ATO纳米粉体的应用性能也作了一些探索性的研究，结果表明：ATO纳米粒子具有一定的微波吸收性能；添加适量的ATO纳米粒子可以提高液体石蜡的抗磨、减摩性能(PB=598N，博士学位论文WSD300N=0．39mm)，提高聚合物如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、环氧树脂(EP)的强度(拉伸强度分别提高140％牙n120％)和热稳定性；ATO／EP复合材料存在绝缘态一导电态的渗流导电转变，渗流域值较低(蛾l=-0．055)。关键词Sb掺杂的SnO：，纳米导电粉体，团聚，表面改性粉体应用III竖圭兰垡丝茎些!!坠兰!ABSTRACTSbdopedtin