[發(fā)明專利]摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310066730.7
• 申請日: 2013-03-01
• 公開（公告）號: CN103159252A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫蓉;陳銳強(qiáng);朱朋莉;趙濤
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
• 主分類號: C01G9/02
• 分類號: C01G9/02;B82Y30/00
• 代理公司: 廣州華進(jìn)聯(lián)合專利商標(biāo)代理有限公司 44224
• 代理人: 吳平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電功能材料領(lǐng)域，特別涉及一種摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體及其制備方法。

背景技術(shù)

在過去幾十年，納米氧化鋅由于其獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)倍受人們的關(guān)注。納米氧化鋅已在許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，如太陽能電池、催化、壓敏電阻、光電器件、氣敏元件和晶體管等。但是，單純的氧化鋅在使用過程中容易受空氣中的氧氣、二氧化碳、碳?xì)浠衔铩⑺羝土蚧锏扔绊懀涔鈱W(xué)和電學(xué)性能會(huì)隨著使用時(shí)間的延長而降低。研究表明，通過摻雜能提高氧化鋅在空氣中的穩(wěn)定性，使其能在各領(lǐng)域獲得更好的應(yīng)用。

鋁、銦和鎵等高價(jià)金屬通過一定的方法已經(jīng)能夠成功摻入氧化鋅晶格中，相對于銦和鎵兩者稀貴金屬，鋁在地殼中蘊(yùn)含量是銦105~106倍，銦的價(jià)格則是鋁的250倍，因此，鋁摻雜的氧化鋅(AZO)是人們最關(guān)注的一種摻雜氧化物。鋁摻雜氧化鋅具有與錫摻雜氧化銦相比擬的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)，卻在氫等離子體氣氛中又具有后者所沒有的穩(wěn)定性，并且無毒，對環(huán)境友好，所以，鋁摻雜氧化鋅被譽(yù)為最有希望替代錫摻雜氧化銦的化合物。在AZO的制備中，目前人們更多關(guān)注的是利用磁控濺射、物理氣相沉積、噴霧熱解法和Sol-Gel法等制備AZO薄膜，而對AZO粉體制備的研究和發(fā)明還比較少。AZO導(dǎo)電粉體不僅可以通過涂膜技術(shù)制備成透明導(dǎo)電膜，應(yīng)用在太陽能電池和電子元器件當(dāng)中，同時(shí)也可以充當(dāng)漿料、涂料、塑料和高分子等的填料及添加劑，改善和增進(jìn)它們的性能，如低電阻導(dǎo)電粉體添加到材料當(dāng)中，可抗靜電和起到電磁屏蔽等作用。目前AZO粉體形貌的合成基本上只有納米顆粒和納米棒/線。納米顆粒制備較多使用的方法是將鋅和摻雜元素的可溶性鹽的混合溶液和沉淀劑同時(shí)滴到水中，控制反應(yīng)條件（如調(diào)節(jié)PH值），形成摻雜的堿式碳酸鋅，再通過在還原性氣氛中煅燒制備出AZO粉體，這種方法工藝相對簡單，但需要在還原性氣氛下高溫煅燒，顆粒易團(tuán)聚，形貌不可控，同時(shí)煅燒過程比較危險(xiǎn)，對設(shè)備要求較高，消耗大量的能量，成本高。納米棒/線的方法則使用靜電紡絲的方法，需要設(shè)備要求更高，消耗的能量更多。眾所周知，對于化學(xué)物質(zhì)，結(jié)構(gòu)決定性能，因此材料的形貌對其應(yīng)用有很大影響。人們通過研究發(fā)現(xiàn)，氧化鋅復(fù)雜形貌由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)在催化及氣敏元件等領(lǐng)域具有簡單形貌所不具備的優(yōu)異性能，譬如在催化應(yīng)用中提供巨大表面積的同時(shí)，又可以避免團(tuán)聚改善并延長催化劑的性能。但其它形貌特別是復(fù)雜形貌的AZO目前還未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于此，有必要提供一種形貌較為復(fù)雜的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體及其制備方法。

一種摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體，所述摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的掃描電鏡觀察的微觀形貌為由摻鋁氧化鋅納米棒組成的刺球花狀結(jié)構(gòu)，且所述摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的顆粒直徑為1微米~10微米，所述摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體中鋁與鋅的摩爾比為0.1:100~5:100。

一種摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的制備方法，包括如下步驟：

按照鋁與鋅的摩爾比為0.1:100~5:100，將水溶性鋁鹽加入到濃度為0.5mol/L~3mol/L的鋅鹽的水溶液中，得到第一混合溶液；

在溫度為0℃~10℃及不斷攪拌的條件下，將濃度為0.5mol/L~5mol/L的強(qiáng)堿的水溶液和濃度為0.08mol/L~1mol/L的表面活性劑的水溶液同時(shí)滴加到所述第一混合溶液中，得到第二混合溶液；其中，所述強(qiáng)堿與所述鋅鹽的摩爾比為3:5~5:1，所述表面活性劑與所述鋅鹽的摩爾比為3:250~1:30；及

在所述第二混合溶液中加入去離子水，經(jīng)室溫下攪拌0.5小時(shí)~3小時(shí)后，置于70℃~95℃中保溫反應(yīng)3小時(shí)~10小時(shí)，得到反應(yīng)液，經(jīng)離心、清洗及干燥，得到摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體；所述摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的掃描電鏡觀察的微觀形貌為由摻鋁氧化鋅納米棒組成的刺球花狀結(jié)構(gòu)，且所述摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的顆粒直徑為1微米~10微米。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述鋅鹽為硝酸鋅、氯化鋅或硫酸鋅。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述水溶性鋁鹽為九水合硝酸鋁或硫酸鋁。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述強(qiáng)堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述表面活性劑為硬脂酸鈉、十二烷基硫酸鈉或十二烷基苯磺酸鈉。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，在所述第二混合溶液中加入所述去離子水時(shí)，加入的所述去離子水的體積與所述第二混合溶液的體積之和為80毫升~120毫升。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述清洗的步驟為：依次使用去離子水及無水乙醇進(jìn)行清洗。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述干燥的條件為：80℃~100℃干燥12小時(shí)~24小時(shí)。