周朝金，郭勝惠，張利華，

彭金輝1,2,3,5，楊興衛(wèi)1,2,3,4，張利波1,2,3,4,5，張聲洲1,2,3,4,5

(1.昆明理工大學(xué) 云南省特種冶金重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 昆明 650093；

2. 昆明理工大學(xué) 微波能工程應(yīng)用及裝備技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室， 昆明 650093；

3. 昆明理工大學(xué) 非常規(guī)冶金省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 昆明 650093；

4.昆明理工大學(xué) 冶金與能源工程學(xué)院， 昆明 650093；

5.昆明理工大學(xué) 復(fù)雜有色金屬資源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 昆明 650093)

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噴霧熱解法制備ITO粉體的研究*

周朝金1,2,3,4,5，郭勝惠1,2,3,4,5，張利華1,2,3,4,5，

彭金輝1,2,3,5，楊興衛(wèi)1,2,3,4，張利波1,2,3,4,5，張聲洲1,2,3,4,5

(1.昆明理工大學(xué) 云南省特種冶金重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 昆明 650093；

2. 昆明理工大學(xué) 微波能工程應(yīng)用及裝備技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室， 昆明 650093；

3. 昆明理工大學(xué) 非常規(guī)冶金省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 昆明 650093；

4.昆明理工大學(xué) 冶金與能源工程學(xué)院， 昆明 650093；

5.昆明理工大學(xué) 復(fù)雜有色金屬資源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 昆明 650093)

摘要：以InCl3·4H2O和SnCl2·2H2O為原料、水為溶劑溶解作為前驅(qū)體溶液，采用微波管式爐加熱聯(lián)合超聲波噴霧熱解法制備得到ITO粉體。實(shí)驗(yàn)研究了不同微波熱解溫度和添加無水乙醇對(duì)ITO產(chǎn)品的微觀形貌的影響，利用TG-DSC、XRD、SEM、EDS、TEM對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)特征和微觀形貌進(jìn)行了表征分析。研究結(jié)果表明，合適的前驅(qū)液濃度、適宜的溫度和適當(dāng)?shù)奶砑觿┦怯绊懷趸熷a(ITO)粉體形貌的關(guān)鍵因素。得到粒徑較小、分散性好和形貌呈球形的超細(xì)粉體的最佳條件為溫度650 ℃，濃度0.01 mol/L，酒精加入量為30%，濾網(wǎng)加入200目。

關(guān)鍵詞：超聲波；噴霧熱解法；ITO超細(xì)粉體；微波

0引言

銦錫氧化物(ITO)是通過Sn(Ⅳ)在In2O3晶格中的n型摻雜形成的半導(dǎo)體，是一種重要的銦材料，約占銦產(chǎn)品總量的60%以上[1-2]。ITO材料是復(fù)雜的立方鐵錳礦型結(jié)構(gòu)(即立方In2O3結(jié)構(gòu))的多晶體，組成結(jié)晶的大晶粒中含有亞晶粒區(qū)[3]。ITO材料具有低電阻率、高紅外光反射率和高可見光透過率等特性[4-6]。

在ITO晶體結(jié)構(gòu)中，6個(gè)氧原子位于立方體的頂角，留下2個(gè)氧缺位，這樣出現(xiàn)了不等價(jià)的兩類陰離子和遠(yuǎn)離缺位的氧原子。在還原氣氛中，In2O3會(huì)失去電子，其結(jié)構(gòu)可以表示為[7]：In2O3-x(VO)xe2x，其中x≤0.01，VO表示一個(gè)帶正電荷2e的氧空位，e表示保持宏觀電中性而需要的電子。當(dāng)In2O3摻雜有百分之幾的Sn時(shí)，Sn以Sn4+的形式代替In3+而存在，可表示為In2-ySnyO3ey，氧空位就可以忽略，每個(gè)Sn原子提供一個(gè)電子。正是因?yàn)檫@樣的結(jié)構(gòu)使得其具有半導(dǎo)體的特性。目前ITO材料主要包括3種產(chǎn)品：ITO粉末、ITO靶材和ITO薄膜。在各類顯示屏、涂料、橡膠、玻璃、陶瓷、塑料、軍事、光催化劑、細(xì)胞追蹤劑、太陽(yáng)能電池、氣敏器件、短波長(zhǎng)器件和電容器等各領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[8-9]，所以ITO粉體的制備備受關(guān)注。目前制備ITO粉體方法主要有水熱合成法[10]，溶膠-凝膠法[11]，化學(xué)共沉淀法[12-13]和噴霧-燃燒法[14]等。這些制備方法存在技術(shù)工藝較復(fù)雜、設(shè)備要求高、純度不易控制、綠色環(huán)保節(jié)能降耗不明顯等缺點(diǎn)。而噴霧熱解法[15]兼具氣相法和液相法的優(yōu)勢(shì)，利用分析純鹽在溶劑中達(dá)到分子水平的混合，在通過超細(xì)霧滴直接在有氧氣氛下熱解而制備出球形氧化粉體。其中都永生等以氯化鎂為原料經(jīng)溶解除雜凈化后對(duì)前驅(qū)體溶液通過噴霧熱解法制備球形的氧化鎂[16]；趙新宇等將硝酸釔溶液通過噴霧熱解法制備了稀土氧化釔稀土[17]；Miklos Lengyel利用錳、鎳和鈷的鹽類用酸溶解形成料漿再通過噴霧熱解法制備了實(shí)心電池材料顆粒[18]；E. VelázquezLozadl利用超聲波噴霧熱解法獲得了ZnO∶Ag納米棒[19]；Seung Ho Choi和Yun Chan Kang通過噴霧熱解法在800 ℃時(shí)獲得Fe3O4空心球體電池材料[20]；Yoon Ho Cho利用超聲波噴霧熱解法制備了MoO3粉體[21]。目前噴霧熱解法的熱解部分研究主要還是以傳統(tǒng)加熱為主，但是傳統(tǒng)加熱存在一些熱效率低、升溫速率較慢、能耗高和實(shí)驗(yàn)工作環(huán)境熱量高等缺點(diǎn)[22]。為了改善傳統(tǒng)的加熱噴霧熱解法實(shí)驗(yàn)技術(shù)的缺點(diǎn)，本文利用超聲波霧化結(jié)合微波加熱的優(yōu)勢(shì)，采用霧滴微波熱解的方法制備出氧化銦錫粉體。由于微波加熱[23-24]具有熱效率高、綠色環(huán)保清潔無污染、選擇性加熱、升溫速率快及整體加熱的特性，在熱解反應(yīng)中微波能透入物料內(nèi)部被吸收，能量瞬間轉(zhuǎn)為熱能使物料整體升溫。里層壓力驟升驅(qū)動(dòng)水蒸氣向物料表層排除，由內(nèi)向外傳熱和傳質(zhì)方向一致，形成內(nèi)部壓力梯度使物料同時(shí)被加熱，表面較易散熱。噴霧熱解過程中，溶液霧化后進(jìn)入微波加熱場(chǎng)的反應(yīng)腔體內(nèi)，在反應(yīng)腔體內(nèi)氣溶膠霧滴在吸收微波之后閃速升溫經(jīng)歷蒸發(fā)和霧滴中溶質(zhì)的濃縮、結(jié)晶、形核和干燥，然后在高溫下沉積物分解為具有微孔的顆粒，微孔顆粒經(jīng)過燒結(jié)后形成致密的球形顆粒[25-26]。

1實(shí)驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)過程

按最終ITO產(chǎn)品中m(In2O3)∶m(SnO2)=9∶1進(jìn)行換算的配比計(jì)算所需要的InCl3·4H2O和SnCl2·2H2O，按濃度稱取對(duì)應(yīng)質(zhì)量氯化銦和氯化亞錫溶解于含有一定酒精濃度的去離子水中，從而使該2個(gè)金屬鹽能在分子級(jí)范圍內(nèi)混合均勻配制成前驅(qū)體溶液，過程中滴加少量1∶1的鹽酸防止水解。其中銦與錫離子總濃度為0.01 mol/L，將前驅(qū)體溶液加入到超聲波噴霧器中進(jìn)行造霧，超聲波霧化器由云南省電子工業(yè)研究所定制，超聲波頻率為1.7 MHz，霧化量為0.3 L/h。以空氣作為載氣，將霧化液滴通入到微波管式加熱爐(昆明理工大學(xué)非常規(guī)冶金重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研制)，載氣把霧滴通過導(dǎo)管送入微波加熱腔體內(nèi)，在功率為1.5 kW的微波加熱作用下，進(jìn)行霧滴的蒸發(fā)、裂解、干燥、結(jié)晶、形核，最終熱分解生成ITO粉體。熱解后生成的粉體在載氣的帶動(dòng)下進(jìn)入到石英玻璃收集瓶中冷凝沉降收集，生成的含HCl尾氣經(jīng)3 mol/L的NaOH溶液經(jīng)兩級(jí)堿液吸收后無污染排空。

1.2實(shí)驗(yàn)裝置圖

1.2.1制備ITO粉體實(shí)驗(yàn)裝置圖

圖1為制備ITO粉體實(shí)驗(yàn)裝置圖。

圖1　微波強(qiáng)化噴霧熱解法制備ITO粉體的實(shí)驗(yàn)裝置圖

Fig 1 Schematic diagram of the experimental setup preparing ITO by microwave enhanced ultrasonic spray pyrolysis

1.2.2制備ITO粉體工藝流程圖

制備ITO粉體工藝流程如圖2所示。

圖2　制備ITO粉體的工藝流程圖

Fig 2 Process flow diagram for the preparation of ITO powders

由圖2可知工藝流程主要由以下部分構(gòu)成：(1) 前驅(qū)體溶液的配置；(2) 超聲波噴霧機(jī)造霧；(3) 霧滴運(yùn)動(dòng)傳質(zhì)；(4) 運(yùn)動(dòng)過程中存在分散現(xiàn)象；(5) 液滴相互之間存在引力；(6) 在融合時(shí)受熱快速蒸發(fā)；(7) 當(dāng)液滴表面張力占優(yōu)勢(shì)時(shí)融合在一起進(jìn)行熱解反應(yīng)，當(dāng)液滴受到庫(kù)倫斥力影響而等于表面張力到達(dá)臨界變形時(shí)開始分裂，當(dāng)庫(kù)倫斥力完全大于表面張力時(shí)液滴完全分裂；(8) 分裂后的液滴循環(huán)分裂并在分裂中不斷進(jìn)行反應(yīng)；(9) 液滴發(fā)生反應(yīng)主要為蒸發(fā)、干燥、熱解、形核、結(jié)晶、燒結(jié)等最終形成球形粉體。該工藝流程簡(jiǎn)單，可操作性高，具有巨大的工業(yè)化發(fā)展的潛力。

1.3納米ITO粉體的測(cè)試表征手段

ITO粉體形貌分析用荷蘭飛利浦公司XL-30E掃描電子顯微鏡，其能譜分析用日本理學(xué)株式會(huì)社理學(xué)公司JEM-2100型透射電子顯微鏡，在乙醇介質(zhì)中超聲分散20 min后，在銅網(wǎng)碳膜上進(jìn)行測(cè)定分析。樣品物象和結(jié)構(gòu)分析采用日本理學(xué)株式會(huì)社理學(xué)公司D/max-3B型X射線衍射儀，CuKα輻射，測(cè)試范圍10～90°，波長(zhǎng)為1.54056×10-4μm分析。樣品TG-DSC分析采用北京恒久科學(xué)儀器廠HCT-1型綜合熱分析儀，測(cè)試條件為加熱速率為10 ℃/min，空氣流動(dòng)速率為0.5 L/min，樣品質(zhì)量10 mg左右, 加熱溫度從室溫升高到900 ℃。

2結(jié)果與討論

2.1前驅(qū)物熱重分析

圖3為取濃度為0.01 mol/L的100 mL前驅(qū)體溶液放至真空烘箱50 ℃、真空度8 kPa條件下干燥10 h得到的前驅(qū)物進(jìn)行熱重分析，在溫度為60～135 ℃時(shí)為第一階段脫水失重；在135～247 ℃為第二階段失重，并且出現(xiàn)一個(gè)吸熱峰，且在188.4 ℃時(shí)吸熱峰達(dá)到最大值，根據(jù)熱力學(xué)參數(shù)與失重質(zhì)量計(jì)算說明此階段不僅有少量前驅(qū)物水分的揮發(fā)還開始有熱解反應(yīng)之后的氣體生成；在247～451 ℃為第3階段失重，明顯看到有一個(gè)吸熱峰與很大幅度的失重階段，結(jié)合熱力學(xué)參數(shù)分析應(yīng)該是有H2、Cl2和HCl的生成；到了451～650 ℃之間在598.7 ℃出現(xiàn)一個(gè)失重階段，且在606 ℃出現(xiàn)一個(gè)放熱峰；結(jié)合實(shí)驗(yàn)600 ℃的樣品EDS能譜分析發(fā)現(xiàn)還有Cl元素存在，說明在606 ℃時(shí)還有Cl2或者HCl的生成。故本文為得到不含Cl元素的產(chǎn)物溫度必須設(shè)定在606 ℃以上。

圖3　前驅(qū)物的熱重分析

2.2不同溫度所得產(chǎn)品的XRD 分析

圖4為在固定前驅(qū)體溶液的濃度為0.01 mol/L、超聲波頻率1.7 MHz、霧化量為0.2 L/h和載氣流速0.5 L/min的條件下，在350，450，550，600和650 ℃下制備得到的粉體樣品的XRD圖。

圖4　制備得到的產(chǎn)品在不同溫度下的XRD譜線

Fig 4 XRD spectra of products prepared at different temperature

從圖4可見，在低溫350 ℃時(shí)，峰型特別小，且部分晶面峰還沒有明顯生長(zhǎng)出來，而且XRD基線非常粗糙，細(xì)小雜峰特別多，當(dāng)溫度升高時(shí)，XRD基線越來越平滑，雜質(zhì)峰越來越少，各晶面晶型峰越來越尖銳生長(zhǎng)完全。而600與650 ℃ XRD對(duì)比發(fā)現(xiàn)主要峰形越來越明顯切越來越尖銳，部分峰高略有所升高，說明溫度升高有利于一些晶型的生長(zhǎng)，600 ℃及以上時(shí)，XRD結(jié)果顯示均為單一的多晶立方鐵錳礦結(jié)構(gòu)的In2O3衍射峰，其中銦錫氧化物的峰與In2O3衍射峰完全重合，無其它雜質(zhì)峰，說明摻雜的Sn已完全取代In的晶格位置，SnO2溶入In2O3晶格中形成的是ITO的固溶物。這與TEM能譜分析結(jié)果相對(duì)應(yīng)。繼續(xù)升高熱解溫度，沒有觀察到In2O3衍射峰的強(qiáng)度和擇優(yōu)取向的變化，但是在650 ℃及以上時(shí)的衍射峰的峰形更尖銳，結(jié)晶性更好。

2.3產(chǎn)品的不同溫度的EDS分析

圖5(a)、(b)分別為在固定前驅(qū)體溶液的濃度為0.01 mol/L、超聲波頻率1.7 MHz、霧化量為0.2 L/h、載氣流速0.5 L/min的條件下，熱解溫度分別為600，650 ℃時(shí)噴霧熱解法產(chǎn)生的粉體進(jìn)行TEM能譜分析EDS圖，由圖5(a)看出在600 ℃條件下生成的粉體還有Cl元素存在，從圖5(b)看出在650 ℃生成的粉體中只有Sn元素、In元素和O元素的存在，沒有Cl元素的存在，這正好與熱重分析數(shù)據(jù)606 ℃意思沒有明顯熱重相對(duì)應(yīng)，同時(shí)結(jié)合圖4在650 ℃ XRD線譜中沒有檢測(cè)到SnO2、Sn、In的峰，而只存在銦錫氧化物的峰，表明實(shí)驗(yàn)在650 ℃加入的Sn與In確實(shí)已經(jīng)被完全氧化了而呈現(xiàn)成銦錫共溶體，表明實(shí)驗(yàn)反應(yīng)溫度設(shè)定在650 ℃以上是合理的。

圖5600和650 ℃噴霧熱解法產(chǎn)生的ITO粉體EDS譜

Fig 5 EDS spectra analysis of ITO powders at 600 and 650 ℃

2.4濾網(wǎng)的添加對(duì)ITO粉體形貌影響

圖6為在固定前驅(qū)體溶液的濃度為0.01 mol/L、熱解溫度650 ℃、超聲波頻率1.7 MHz、霧化量為0.2 L/h、載氣流速0.5 L/min的條件下，霧滴進(jìn)入熱解裝置之前是否添加濾網(wǎng)對(duì)制備得到的ITO粉體形貌SEM圖，從圖6(a)可以看出，未添加濾網(wǎng)時(shí)，尺寸大約在900 nm左右的大球顆粒粉體明顯很多，粉體形貌整體表現(xiàn)很不均勻，且有一些不規(guī)則形狀粉體出現(xiàn)。而在圖6(b)中添加200目濾網(wǎng)可以得到更細(xì)更均勻的粉體，且大顆粒較少，整體形貌表現(xiàn)為均勻規(guī)則的球形粉體。這是因?yàn)闉V網(wǎng)的添加可以在液滴傳熱傳質(zhì)過程中過濾掉大液滴，從而只有均勻性較好小液滴能到達(dá)微波加熱反應(yīng)腔進(jìn)行熱解結(jié)晶形核而生成更細(xì)小更均勻的粉體。為得到更細(xì)小均勻粉體，濾網(wǎng)目數(shù)的添加并不是越大越好，當(dāng)濾網(wǎng)200目以上時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過濾網(wǎng)的液滴數(shù)量有限，此時(shí)一些霧滴會(huì)在濾網(wǎng)上容易形成1層水膜，阻擋了其它液滴的穿過，最終影響了實(shí)驗(yàn)的順利開展與粉體的單位時(shí)間得率，所以在保證粉體得率的條件下，篩網(wǎng)不會(huì)被堵塞情況下，最佳加入篩網(wǎng)為200目，可以滿足試驗(yàn)的要求。

圖6濾網(wǎng)對(duì)制得的ITO粉體的SEM影響

Fig 6 SEM analysis of ITO powders prepared when adding the strainer

2.5前驅(qū)體濃度對(duì)ITO粉體形貌影響

圖7示出了在微波熱解溫度為650 ℃、超聲波頻率為1.7 MHz、霧化量為0.2 L/h、載氣流速0.5 L/min的條件下，濃度分別為0.01，0.03，0.06 mol/L對(duì)制備得到的ITO粉體的SEM圖。

圖7　不同前驅(qū)體濃度在650 ℃時(shí)制備得到的ITO粉體的SEM圖

從圖7可以看出，前驅(qū)體濃度越小所得粉體粒徑越均勻，大顆粒越少，隨著濃度的增加，大顆粒粉體明顯增多且尺寸也有所變大,同時(shí)粉體團(tuán)聚效果更明顯。這是因?yàn)楫?dāng)濃度開始加大時(shí)，液滴單位體積的球體內(nèi)部溶質(zhì)加大，沸點(diǎn)升高，液滴表面張力更大，液滴內(nèi)部庫(kù)內(nèi)斥力較小，蒸發(fā)裂解速度減慢，更容易發(fā)生邊際混合效應(yīng)，多個(gè)小液滴會(huì)依附在大液滴周圍一起下落并發(fā)生熱解蒸發(fā)干燥形核反應(yīng)，形成團(tuán)聚的粉體，為了得到更細(xì)小的粉體，濃度不是越低越好，當(dāng)濃度低于0.01 mol/L時(shí)，噴霧熱解法的生產(chǎn)效率會(huì)很低。所以本文最佳濃度設(shè)計(jì)為0.01 mol/L。

2.6酒精的加入對(duì)ITO粉體形貌影響

圖8為在微波熱解溫度650 ℃、濃度0.01 mol/L、超聲波頻率1.7 MHz、霧化量0.2 L/h、載氣流速0.5 L/min的條件下，添加酒精占前驅(qū)體溶劑總量的10%，20%，30%對(duì)制備得到的ITO粉體的微觀形貌SEM圖。由圖8(b)可知，前驅(qū)體溶劑中加入10%酒精之后，粉體形貌表面變得粗糙了，而且尺寸變得更均勻了.這是因?yàn)闊o水乙醇屬于表面活性劑，表面活性劑是兩親分子，溶解在水中達(dá)到一定濃度時(shí)，其非極性部分會(huì)自相結(jié)合形成聚集體，使憎水基向里，親水基向外，形成具有乳化、泡沫、分散、增溶、催化作用的膠束。降低了體系的表面張力，使霧滴之間在傳質(zhì)過程中發(fā)生滴際混合作用，經(jīng)歷合并-再分散過程，當(dāng)液滴表面張力減小、庫(kù)倫斥力占優(yōu)勢(shì)時(shí)，易發(fā)生液滴的分散與分裂，加入無水乙醇之后粉體整體較均勻與較小,同時(shí)無水乙醇的加入使之與液滴內(nèi)部的溶劑水共同形成共沸物，降低沸點(diǎn)，在微波整體加熱作用下，單位時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)與揮發(fā)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于沒有添加活性劑的，由一個(gè)液滴產(chǎn)生一個(gè)粉體理論可知，較小的液滴先內(nèi)部蒸發(fā)結(jié)晶快速成核而形成很細(xì)小的粉體，在大粉體變面張力與靜電效應(yīng)吸附下粘附在其表面上。所以SEM加入酒精以后粉體表面看起來好像變得粗糙了。由圖8(b)-(d)可見，隨著酒精濃度的增加，粉體表面越來越光滑，均勻性更好，這是因?yàn)殡S著大量的酒精加入使得霧滴的共沸點(diǎn)降低、分散性更好、尺寸分布均勻性更好，故高溫下能更快速度形成尺度更均勻細(xì)小光滑的粉體。為得到分散性、均勻性更好的粉體，并不是酒精加入越多越好，由于本文所用是微波管式爐，當(dāng)酒精加入過多超過30%時(shí)容易發(fā)生噴火現(xiàn)象。所以一般控制酒精加入量為30%左右為最佳參數(shù)。

圖8　添加無水乙醇條件下ITO產(chǎn)品的SEM分析

2.7TEM分析微波熱解高溫下對(duì)ITO粉體形貌影響

圖9為在濃度為0.01 mol/L、超聲波頻率1.7 MHz、霧化量為0.2 L/h、載氣流速0.5 L/min的條件下，微波熱解溫度為700與650 ℃對(duì)制備得到的ITO粉體的微觀形貌TEM圖，從圖9(a)可以看出，700 ℃下球體明顯邊上一圈為黑色，中心都是白色的呈空心結(jié)構(gòu)且每個(gè)球體周圍出現(xiàn)細(xì)小的晶粒出現(xiàn)，這是因?yàn)閲婌F熱解法是由一個(gè)霧滴在加熱氧化下形成一個(gè)球體，而霧滴在加熱前相互之間可以幾個(gè)融合形成大的球體，有的霧滴分裂形成幾個(gè)小的球體，由于霧滴中水是強(qiáng)吸波物質(zhì)，ITO是弱吸波物質(zhì)，在微波強(qiáng)化加熱作用下霧滴里面的水會(huì)優(yōu)先吸熱而蒸發(fā)逸出，此時(shí)水逸出速度很快且對(duì)球體破壞很大，所以微波加熱下粉體表面易出現(xiàn)細(xì)碎晶粒的空心結(jié)構(gòu)。從圖9(b)可以看出，在650 ℃生成的球體為實(shí)心粉體，從圖9(c)可以看出，700 ℃下大球邊上生成的細(xì)小晶粒的晶格線寬度與該實(shí)驗(yàn)XRD數(shù)據(jù)基本吻合。從晶格線的整齊排列可以看出粉體晶型生長(zhǎng)很好。為得到實(shí)心的粉體,本文最佳溫度適宜選擇在650 ℃左右。

圖9　650與700 ℃下ITO的TEM圖

3結(jié)論

采用超聲波噴霧聯(lián)合微波熱解一步法，在InCl3·4H2O和SnCl2·2H2O混合的前驅(qū)體溶液中添加無水乙醇30%，在微波熱解溫度為650 ℃、濃度為0.01 mol/L、超聲波頻率為1.7 MHz、霧化量為0.2 L/h、載氣流速0.5 L/min、加入濾網(wǎng)200目條件下制備了分散性好、純度高、尺寸分布小且均勻的超細(xì)實(shí)心球形氧化銦錫(ITO)粉體，隨著前驅(qū)體溶液濃度的減小以及濾網(wǎng)目數(shù)的增加，產(chǎn)品尺寸會(huì)更細(xì)?。晃⒉峤鉁囟扔绊懏a(chǎn)品純度；無水乙醇添加使得產(chǎn)品均勻性更好，該法在制備粉體方面具有廣闊應(yīng)用前景。

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The study on the preparation of ITO powder by spray pyrolysis

ZHOU Chaojin1,2,3,4,5， GUO Shenghui1,2,3,4,5，ZHANG Lihua1,2,3,4,5，PENG Jinhui1,2,3,5，YANG Xingwei1,2,3,4，ZHANG Libo1,2,3,4,5,ZHANG Shengzhou1,2,3,4,5

(1. Yunnan Provincial Key Laboratory of Intensification Metallurgy, Kunming 650093, China;2. Key Laboratory of Unconventional Metallurgy, Ministry of Education, Kunming 650093, China;3. National Local Joint Laboratory of Engineering Application of Microwave Energy and Equipment Technology, Kunming 650093, China;4. Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093, China;5. State Key Laboratory of Complex Nonferrous Metal Resources Clean Utilization,Kunming University of Science and Technology，Kunming 650093, China)

Abstract:This experiment was conducted with the raw materials of InCl3·4H2O and SnCl2·2H2O, the solvent of water and the mixture of them as precursor solution. And the ITO powders were prepared with the joint method of micro-wave and ultrasonic wave spray pyrolysis in a tubular furnace heated by micro-wave.The influence of different micro-wave pyrolysis temperature and adding the surface active agent of ethanol on the change of microstructure has been analyzed. And the structural characteristics and microstructure of the product have been characterized with the help of TG-DSC,EDS, XRD, SEM and TEM.The results demonstrated that appropriate precursor solution concentration, temperature and proper quantity of additive are the key factors that have effect on the morphology of ITO powders. The extraordinarily fine ITO particles which have relatively small diameter, good dispersibility property and spherical shape morphology were prepared when the temperature was 650 ℃, concentration was 0.01 mol/L, the quantity of alcohol added was 30% and the a 200 mesh strainer was inserted.

Key words:ultrasonic;spray pyrolysis;indium tin oxide ultrafine powder; microwave

DOI:10.3969/j.issn.1001-9731.2016.02.042

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：V256；TM925.54；TB51+7

作者簡(jiǎn)介：周朝金(1990-)，男，貴州興義人，在讀碩士，師承郭勝惠教授，從事噴霧熱解法制備粉體研究。

基金項(xiàng)目：國(guó)家級(jí)基金資助項(xiàng)目(51264015)

文章編號(hào)：1001-9731(2016)02-02212-07

收到初稿日期：2015-04-24 收到修改稿日期：2015-08-31 通訊作者：郭勝惠，E-mail: shguo78@hotmail.com