[发明专利]一种氧化铟纳米粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于氧化物纳米材料制备技术领域，特别涉及一种氧化铟纳米粉体的制备方法。

背景技术

In₂O₃是一种非常重要的n型宽禁带透明半导体材料，它同时具备高可见光透过率和高电导率。由于其优异的性能，In₂O₃基磁控溅射陶瓷靶材(主要是掺杂SnO₂、ZnO等)已经被广泛应用于太阳能电池、光电器件、液晶显示器等方面。氧化铟粉末作为制备上述陶瓷靶材所需要的主要原料，纯度高、分散性好、粒度细而均匀而且能够规模化是其必备条件。

制备In₂O₃粉体的方法有很多，中和沉淀法是目前本领域技术人员采用较多的一种氧化铟粉末制造方法，即将铟的无机酸盐水溶液，如氯化铟水溶液、硝酸铟水溶液、硫酸铟水溶液等，用氨水等碱性水溶液中和生成氢氧化铟沉淀，再经过干燥焙烧获得氧化铟粉末。这种无机酸盐水溶液中和沉淀制造的氧化铟粉末粒度、粒径分布容易不均匀，制作靶材时不易获得高致密度。此外，这种方法生产过程中产生大量的含氮废水，处理成本高，排放量大，对环境污染较大等。

电解法通过将金属铟在电解液中电解产生氢氧化铟沉淀，减少了生产过程中产生的含氮废水量，改善了环境友好性，而且获得的粉末粒径也比较均匀。然而，电解法产生的氢氧化铟粉末微细容易团聚，团聚后的颗粒粒径分布幅度变宽，影响靶材高密度的获得。

电弧气相氧化法是采用电弧把金属铟熔化和气化，气化的金属与氧反应生成氧化铟粉末，收集起来获得氧化铟粉体。这种方法不产生废水，环境友好。但是，所生产的氧化铟粉末粒度分布范围宽，烧结活性低，也不利于获得高致密度靶材等。

除此以外，还有微乳液法、溶胶凝胶法、水热法、化学气相沉积、喷雾热解法等手段。上述方法存在如下一些问题：

(1)无机阴离子带来污染：为了制备方便，采用的含铟前驱物大部分为铟的氯化物，在制备过程中Cl^-很难通过后续洗涤去除干净，残留的Cl^-容易导致陶瓷在烧结过程中的开裂，也会降低靶材纯度；(2)沉淀剂和表面活性剂的应用所带来金属阳离子的污染：为了加速沉淀，通常采用NaOH等作为沉淀剂，Na⁺容易吸附在沉淀物的表面，很难清除掉；离子型的表面活性剂应用也会带来粉体的污染；如公开号为CN 1837055A的中国专利文献公开了一种制备氧化铟粉末的方法，该方法包括以下步骤：将碱性沉淀剂加入到铟盐溶液中以产生沉淀物；用固-液分离将所述沉淀物分离；干燥所述分离的沉淀物；和在含有还原气体和水蒸汽的惰性气体气氛中焙烧所述干燥的沉淀物，其中，所述还原气体是选自氢气和氨气中的至少一种。(3)制备过程周期长：例如在沉淀法制备氧化铟的粉体过程中沉淀反应的周期很长、沉淀物需要多次的水洗以及随后的烘干和焙烧；(4)容易带来环境的污染：例如在沉淀法中需要大量的水洗，废水如不经过处理会带来环境污染；在喷雾热解过程中，InCl₃、In(ON)₃等前驱体物质会分解成HCl、NO等气体，如不经处理排放会污染环境；(5)综合成本较高：制备周期长、流程复杂以及对废水、废气的环保处理均会导致In₂O₃纳米粉体的生产成本较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种以有机铟化合物为起始原料，通过超临界水热处理方式规模化可控生产氧化铟纳米粉体的方法。

一种氧化铟纳米粉体的制备方法，包括以下步骤：

(1)将金属铟与有机酸混合，在保护性气体中加热溶解，得有机铟化合物；

(2)在有机铟化合物中加入过氧化氢和水，混合后置于超临界水热反应器中进行反应，反应结束后过滤得反应产物；

(3)将步骤(2)中得到的反应产物置于空气中煅烧，即得氧化铟纳米粉体。

所述金属铟的形态为块状或粒状或条状或丝状或粉状，其中优选丝状，所述金属铟的纯度为4～6N。

步骤(1)中，所述保护性气体为氩气、氮气或二氧化碳，所述保护性气体的流量为1～5L/min。

步骤(1)中，金属铟与有机酸的摩尔比为1：3～5。

作为优选，步骤(1)中，有机酸在搅拌下溶解金属铟，进一步优选，所述搅拌为含有超声震荡的搅拌。

步骤(1)中，有机酸溶解金属铟时，溶解反应的温度为170～270℃，溶解时间为1～10h，溶解完毕后冷至室温待用。