[发明专利]一种铟掺杂Zn2

说明书

本发明涉及纳米材料制备领域，旨在提供一种铟掺杂Zn₂SnO₄纳米线的制备方法。包括：将有机锌盐加入到草酸铵水溶液中，然后加入铟盐；在水浴条件下搅拌形成均匀的溶液；转移到反应釜中恒温水热反应后，自然冷却至室温；加入锡盐，以氨水调节pH值；将反应釜置于水浴中搅拌反应，获得溶液离心处理，用次氯酸清洗；将固体产物烘干，获得铟掺杂的Zn₂SnO₄纳米线。本发明中，铟元素的掺杂能够改善锡酸锌的晶体结构，提高电导率，并且可以提高锡酸锌与金属银的结合性能，从而提高银基导电合金材料的电学和力学性能。使用一步水热法制备即获得铟掺杂纳米线，具有纯度高、尺寸均一、分散性好的特点。工艺简单，反应条件易控制；成本低廉，适合大规模工业生产。

技术领域

本发明属于纳米材料制备领域，具体涉及一种应用于银基导电合金材料领域的铟掺杂Zn₂SnO₄纳米线的制备方法。

背景技术

在银基导电合金材料中，增强相结构与性能的优劣直接影响着银基导电合金的力学和电学性能。银基导电合金需要拥有良好的导电性、导热性、加工性能及耐侵蚀、抗熔焊的特性。使用无机金属氧化物作为银基导电合金材料的增强相，能够显著提高材料的硬度、抗熔焊性和抗电弧侵蚀能力，但同时又会降低银基体的导电和导热性能。如目前常用的增强相有氧化镉、氧化锡等系列氧化物，氧化镉增强银基导电合金后具有优异的综合力学和电学性能，但是镉有毒，已被欧盟禁令使用15年之久；氧化锡增强的银基导电合金具有优异的力学性能，但其在服役过程中存在接触电阻大、温升高等问题，导致电寿命较短，且加工性能差，制造成本高，极大地限制了银基导电合金的应用。因此需要选择导电导热性能优良的增强相材料来增强银基导电合金，并需要通过对材料微观结构的调控，进一步改善其性能。

锡酸锌(Zn₂SnO₄)是一种宽带隙n型半导体材料，与金属银有匹配的晶体结构，被应用于锂电池负极材料、光催化、气敏材料、阻燃剂等各种领域。同二元氧化物相比，锡酸锌有着更高的稳定性和电子迁移率。另外，锡酸锌熔点、硬度高，材料体系环保无毒且成本较低廉，在银基导电合金材料领域具有非常好的应用前景。同时，从微观结构和性能的角度考虑，与现有锡酸锌粉体颗粒相比，锡酸锌纳米线能够更好地提高银基导电合金的界面结合强度，提高材料的断裂韧性和断后延伸率，改善银基导电合金的力学性能和电学性能。但是普通的锡酸锌纳米线从电学性能和表面特性上而言，还达不到导电合金的应用性能需求。

发明内容

为克服银基导电合金现有增强相领域技术的不足，本发明提供一种铟掺杂Zn₂SnO₄纳米线的制备方法。该方法制备工艺简单，反应条件容易控制，能稳定合成分散性优良的铟掺杂Zn₂SnO₄纳米线，且具有优异的力学和电学性能，可应用于导电合金增强、复合材料性能提高等领域。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种铟掺杂Zn₂SnO₄纳米线的制备方法，包括以下步骤：

(1)将0.1mol有机锌盐加入到50mL草酸铵水溶液中，然后加入铟盐；在40～60℃水浴条件下搅拌25min，形成均匀的溶液A；其中，草酸铵水溶液的质量百分比浓度为 5～10wt％，铟盐与有机锌盐的摩尔百分比为10～15mol％；

(2)将溶液A转移到反应釜中，反应釜置于150℃恒温的电烘箱中；水热反应36h，自然冷却至室温，获得溶液B；

(3)在溶液B中加入0.05mol锡盐，以氨水调节pH值至8～9；将反应釜置于95℃水浴中，搅拌反应2～4h，获得溶液C；

(4)将溶液C取出后离心处理，用次氯酸清洗；将固体产物置于70℃烘箱中烘干，获得铟掺杂的Zn₂SnO₄纳米线。