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粉体百科:ATO粉体


来源:中国粉体网   茜茜

[导读]  随着国家建筑节能工作的不断推进 ,建筑节能玻璃的重要性日益凸显 ,而玻璃隔热涂料作为其中一个分支正在被不断研究及应用 ,其中起主要隔热作用的纳米ATO粉体 ,其制备工艺、隔热性能等方面的研究成为热门课题。ATO价格相对ITO(氧化铟锑)便宜 ,是制备透明隔热涂料的理想材 料。

中国粉体网讯  纳米氧化锡锑(ATO)是一种透明导电氧化物 ,是近年来发展迅速的一种新型功能材 料 ,广泛应用于制作液晶显示器、太阳能电池材 料、电镜发光器件和电极材 料等。



SnO2晶体结构图


随着国家建筑节能工作的不断推进 ,建筑节能玻璃的重要性日益凸显 ,而玻璃隔热涂料作为其中一个分支正在被不断研究及应用 ,其中起主要隔热作用的纳米ATO粉体 ,其制备工艺、隔热性能等方面的研究成为热门课题。ATO价格相对ITO(氧化铟锑)便宜 ,是制备透明隔热涂料的理想材 料。


■纳米ATO粉体的性能


独特的光电性能、抗电离辐射、良好的减反射、红外吸收、热稳定性以及对某些元素有很高的离子选择性交换能力。


■ATO纳米颗粒的隔热原理


是基于对红外光的吸收而非反射 ,吸收的红外光会使基底(如玻璃等)升温 ,但同时也会向周围散热 ,从而达到阻隔红外热量直接透过基底的目的 ,起到类似于“反射”红外光的效果。


ATO国内外研究进展


目前国外在ATO纳米科技材 料领域处于领先地位 ,日德美等发达国家已成功研发性能优异的ATO涂料 ,并且已实现产业化。日本石原产业株式会社、三菱公司等相应开发出ATO透明防静电涂料 ,思凯奇株式会社制备的透明隔热涂膜材 料逐渐获得广泛应用;美国Technology公司制备的ATO防静电涂料 ,涂膜的硬度和透明度俱佳 ,且适用于多种涂膜方式。


国内ATO纳米材 料的研究起步较晚 ,但近几年发展迅速 ,特别是在氧化锡锑纳米粉体制备及透明隔热 ,导电性能的应用方面日趋增多 ,以南京理工大学唐婧艳为代表首先将纳米氧化锡锑应用到电催化氧化技术 ,制备出一种兼具电催化活性和膜过滤性能的多孔Ti/Sb-SnO2管式膜电极。中南民族大学杨玲玲等人将ATO应用于透明隔热玻璃中 ,研究得到既环保又具有极大应用价值的透明隔热玻璃涂料。


ATO纳米粉体的制备方法


■醋酸盐共沉淀法


赵晓伟等在较低的温度下将锡粉和三氧化二锑溶于冰醋酸并通过共沉淀 ,成功制备了锑掺杂二氧化锡纳米粉体。采用XRD、TEM、N2等温吸/脱附及粉末电阻率测试仪等对其结构、形貌和导电性进行表征 ,并研究了锑掺杂浓度对ATO导电性能的影响。结果表明:随着锑掺杂量的增加 ,ATO粉体电阻率有一最低值 ,即在锑掺杂浓度为8%时 ,ATO粉体电阻率可达0.4Ω•cm;ATO粉体的一次粒径约为5nm ,其比表面高达85.9m2/g。


■醇盐水解法


醇盐水解法是指利用金属或金属卤化物为原料 ,首先使其与醇发生反应生醇盐 ,然后利用醇盐水解的特性生成金属氧化物或氢氧化物从而制备纳米粉体。


该方法生产的纳米粉体纯度高且组成均一 ,是生产纳米粉体常用的实验一方法。但是由于其成本较高 ,设备要求严格 ,并不能适用于大规模工业化的生产。


■溶胶-凝胶法


称取一定量的SnCl4•5H2O(分析纯)和SbCl(分析纯)分别溶入乙醇中 ,用磁力搅拌器进行搅拌 ,形成Sn乙醇溶胶和Sb乙醇溶胶。按照不同Sb/Sn配比 ,将制得的Sb乙醇溶胶加入Sn乙醇溶胶中 ,并在70℃进行搅拌 ,形成透明清澈的溶胶 ,再向溶胶中缓慢滴加氨水 ,至不再出现凝胶为止。用蒸馏水将凝胶反复清洗 ,除去其中的Cl-。纳米ATO粉体的制备工艺流程如下图所示。


ATO凝胶的热处理工艺为:烧结温度800℃ ,升温速度3℃/min ,保温时间60min。



溶胶-凝胶法制备纳米ATO粉体制备工艺


殷馨等在《溶胶-凝胶法制备锑掺杂氧化锡纳米粉体》一文中表示 ,采用溶胶-凝胶法制备ATO纳米粉体 ,并对其进行结构分析和性能表征。以金属锡粉和三氧化二锑为金属原料 ,制备得到柠檬酸锡、锑的配合物溶液 ,向其中加入乙腈 ,产生溶胶-凝胶过程。结果:对洗涤后的凝胶进行不同温度热处理 ,得到锑掺杂氧化锡纳米粉体。随着锑掺杂量的增加 ,纳米粉体的晶粒减小 ,比表面积增加 ,晶胞参数也发生相应变化。随着热处理温度的升高 ,纳米颗粒长大 ,比表面积减小 ,高锑掺杂量的氧化锡纳米粉体显示出结晶下降的趋势。


■其他制备方法


①新型燃烧法


燃烧法是制备纳米ATO的一种新型的方法。Div等人首次以草酸锡和氯化锑为前驱体 ,硝酸为燃料助剂 ,采用一步溶液燃烧法合成了ATO ,该方法反应速度快 ,总合成时间为6h ,比其他合成路线短 ,而且反应过程的高温使部分低沸点的杂质挥发 ,因 此制得的ATO纳米粉体纯度高 ,比表面积大 ,粒径小且电化学性能良好。


②电喷雾热解法


喷雾热解法有简单廉价的实验一结构、易于添加多种掺杂材 料、重现性、生长速度快、成品率髙等优点 ,非常适合应用于纳米氧化锡锑的制备。印度的Thang等人以SnCl2前驱体为原料 ,采用喷雾热解法制备了氟、锑掺杂的氧化锡薄膜。喷雾热解法可以算作是化学溶液沉积法中的一种。它是将所要掺杂的物质的水溶液以极小的细雾的形式喷射到预热的基片上  。热分解发生在热基片表面 ,形成连续的薄膜。实验一研宄结果表明使用该方法制备的纳米ATO粉体具有较高的透明度和较好的导电性。但该方法成本较高,不适用于工业生产。


ATO纳米材 料的应用


■透明隔热领域的应用


多层纳米涂层具有优异的性能 ,具有广阔的应用前景。纳米ATO因 其良好的光电性能作为填料添加进入涂层中可以赋予涂层更多的优良性能。


■导电领域的应用


ATO纳米粉体材 料具有类似于金属的良好导电性能 ,其本征电导率最高可达到104S•cm-1。因 此 ,可代替金属运用到各种行业中。


■浅色透明性的应用


ATO纳米粉体不仅具有高的电导率 ,也具有大于80%的可见光透过率 ,其良好的导电率及浅色透明性弥补了许多传统的导电材 料的缺陷 ,越来越受到重视。众所周知 ,目前主要的导电材 料大都集中在炭黑及金属单质 ,但是炭黑因 颜色深 ,对材 料色彩产生不利影响而使应用受到限制。金属单质中的铜、铁等因 为密度大且易氧化 ,随着时间的延长而使体系的导电率显著下降 ,金、银粉末的价格高 ,难以规模化使用。ATO纳米粉体其浅色透明性正好填补了这一空白 ,还可起到装饰作用。因 此 ,制备具有多重性能的ATO纳米材 料有极大的应用前景。


参考文献:


何喜春.纳米ATO抗静电防腐涂料的制备及性能研究

王怡等.纳米ATO透明隔热涂料的制备与性能研究

醋酸盐共沉淀法制备锑掺杂二氧化锡(ATO)粉体

黄庆文等.纳米ATO粉体的制备及其电光热性能研究

殷馨等.溶胶-凝胶法制备锑掺杂氧化锡纳米粉体

杨波等.一种新型纳米隔热涂料的制备及性能

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