[发明专利]晶型可控的氧化铟粉末的制备方法

说明书

技术领域

一种以铟化合物为原料，利用简单的沉淀法制备氧化粉末，属于纳米材 料范畴。

背景技术

氧化铟(In₂O₃)是一种重要的半导体材料，广泛用于微电子领域，如光 电子器件，太阳能电池，液晶显示器，和气敏传感器等。纯的氧化铟有比较 弱的导电性能。氧化铟具有两种晶型，稳定的立方相(c-In₂O₃)和介稳态的六 方(h-In₂O₃)，一般六方相只能在高温高压下合成。与立方相相比，介稳六方 相的氧化铟具有独特的性质，如高的导电率。对立方相氧化铟，掺Sn后其 薄膜可见光透过率大幅提高，从20世纪60年代开始，掺Sn的氧化铟就成 为主要的透明导电材料，至今仍没有其他材料能够取代它。进入七十年代后， 伴随着液晶显示的发展，用于透明电极的铟锡氧化物的研究开发又进一步推 动了对氧化铟的研究。除了用作透明导电薄膜材料，氧化铟在气敏传感器方 面也有重要应用，它作为气敏传感器具有较好的稳定性。将氧化铟制成纳米 尺寸以后，其比表面积大大增加，使得粒子表面势垒的高度与厚度及晶粒颈 部的有效电阻都起了显著变化，晶粒表面活性大大提高，这样就使其对气体 的吸附、脱附、及氧化还原反应可以在较低的温度下进行，从而降低工作温 度，缩短响应时间。因此，具有较大比表面积，分散性好的氧化铟纳米颗粒 是理想的气敏材料。

目前，制备纳米氧化铟主要是高温汽相法和液相法。其中液相法所需温 度较低，利于大规模生产，而目前文献报道中的液相法主要包括沉淀法和水 热/溶剂热法，为了得到最终产品，都需要经过煅烧步骤。

传统的沉淀法是用水作为溶剂，获得的氧化铟的颗粒均匀度不好，且容 易团聚，并且由于制备氧化铟的前驱物分解温度较高，因此也需要较高的煅 烧温度。同时无法得到介稳态的六方氧化铟。

过渡金属离子掺杂的氧化物半导体在自旋电子器件领域具有广阔的应 用前景，氧化铟作为宽带隙半导体，对过渡金属具有很高的固溶度，因而是 理想的稀磁半导体材料，而目前未见氧化铟基稀磁半导体纳米粉体的报道。 本发明可用简单的沉淀法在较低的温度下得到氧化铟纳米粉末，其晶型可通 过调节溶剂、煅烧温度和掺杂剂来调控。

发明内容

针对上述现状，本发明的目的在于提供一种晶型可控的氧化铟粉末的制 备方法，也即本发明利用简单的沉淀法，高产率制备出不掺杂和掺杂的晶型 可控的氧化铟纳米颗粒，制备方法简单，煅烧温度低，而且通过控制溶剂 和煅烧温度掺杂剂的种类，含量可以控制晶型。本发明通过以下工艺过程实 施：

(1)以能溶于极性较低的醇中的铟盐为起始原料，如硝酸铟，氯化铟， 醋酸铟等中的任意一种作为前驱体，所述低极性的醇为甲醇、乙醇、丙醇和 已丙醇中一种，在含氢氧化钠或氢氧化钾等碱的醇溶液中反应生成沉淀，然 后将洗涤干燥后的沉淀煅烧即可得到产物。

(a)以能溶于低极性的醇中的铟盐为起始原料，将铟盐溶于极性较低 的醇中，铟盐的质量百分浓度为0.5％-10％；

(b)将氢氧化钠、氢氧化钾或两者的混合物溶于低极性醇中，所述的 强碱质量百分浓度为0.4％-7.5％；

(c)将步骤(b)制备的强碱的醇溶液在20℃至低极性醇的沸点之间， 缓慢滴入步骤(a)制取的铟盐醇溶液中，并不断搅拌铟盐溶液，直至所述 碱的当量达0.5-3，形成悬浮液；

(d)步骤(c)所形成的悬浮液离心、过滤，并用低极性醇洗涤，再抽 滤，得到的沉淀物在90-100℃烘干、粉碎和过筛；

(e)将步骤(d)过筛的沉淀物在空气中300℃-500℃煅烧。

所述的低极性醇为甲醇或乙醇。

所述的煅烧时间为0.5-20小时。

以上是制备不掺杂In₂O₃粉末工艺步骤，然而在制备掺杂In₂O₃粉末时只 需在上述步骤(a)制备铟盐的醇溶液同时掺杂Fe，Co，Ni，Cu，Cr，Mn中的一 种或几种过渡金属离子，掺杂量为0.1-20at％。其余同制备不掺杂In₂O₃粉末 相同。