[发明专利]二氧化锡基导电材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二氧化锡基导电材料的制备方法，尤其是一种二氧化锡基导电材料的环保型制备方法，该方法所用的原材料本身以及后处理过程中不会对环境造成污染。

背景技术

二氧化锡(SnO₂)是一种禁带宽度为3.6eV的n型半导体材料。由于其高电子迁移率(109.56cm²/Vs)，高载流子浓度(1.23×1O¹⁹cm³)，高透光性，高折射率(1.9-2)以及高温化学稳定性等物理化学性质，掺杂和未掺杂的SnO₂基透明薄膜已得到广泛应用，如用于防静电填料，透明导电涂层，紫外屏蔽膜，气敏元件，光电显示屏，太阳能电池，锂离子电池电极，压敏电阻等方面。

SnO₂基透明导电材料的制备主要以SnCl₂或SnCl₄为原料，以SbCl₃或NH₄F等为施主掺杂剂，采用磁控溅射、化学气相沉积、高温喷涂、溶胶凝胶、共沉淀、水热等工艺进行制备。SnCl₄、SbCl₃和氟化物本身有较强的腐蚀性，对设备要求高，给环境和操作人员的健康带来了一定的危害。SnCl₂的腐蚀性相对较弱，但是SnCl₂容易水解，必须在较强的酸性条件下才能形成稳定的溶液，这是形成HCl具有一定的挥发性，对设备的腐蚀性也较大。特别是在后期的热处理过程中，含氯的原材料分解容易产生氯气、盐酸等强腐蚀性的气体，对环境造成了很大的危害。随着人们环保意思的提高，有人提出采用Sb的络合物取代SbCl₃，这样虽然能够取代减少一部分污染，但Sb/Sn的摩尔比一般都在1/10以下，这样的改进只是杯水车薪。接下来，有研究人员采用Sn(NO)₃作为原材料制备Sb掺杂的SnO₂材料，但Sn(NO)₃本身制备比较困难，而且Sn(NO)₃也需要在酸性条件下才能稳定存在，HNO₃的强氧化性和强腐蚀性仍然不够环保。而且强酸性环境也影响了其在锂离子电池电极等领域的应用。有研究人员采用草酸亚锡为原料，利用三乙醇胺作为络合剂，在中性条件下制备了纳米二氧化锡基导电膜。但由于三乙醇胺的沸点较高(约360℃)，干燥比较困难，在喷雾热解和溶胶凝胶制备SnO₂基导电膜的过程中容易产生气泡。而且三乙醇胺分解过程中，容易产生有毒有害的氮氧化合物。因此有必要开发一种SnO₂基导电材料的环保型制备方法，关键是能够获得稳定存在的锡溶液或者溶胶。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种二氧化锡基导电材料的制备方法，该方法所用的原材料本身以及后处理过程中不会对环境造成污染，并且原料易得，工艺简单，对设备要求不高，成本低，易于产业化，在酸性、中性和碱性条件下均能够实施，适用面广。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种二氧化锡基导电材料的制备方法，其特征在于步骤依次为：

(1)以亚锡盐为原料、聚丙烯酸铵溶液作为络合剂，在搅拌条件下，将适量亚锡盐加入水中，再缓慢滴加聚丙烯酸铵溶液至获得澄清溶液或溶胶；再缓慢滴加施主掺杂剂溶液，控制温度在40～60℃下搅拌50～70分钟，获得透明、稳定的前驱液，亚锡盐的浓度为0.01～1mol/L，聚丙烯酸铵与草酸亚锡的摩尔比为1∶1～1∶20；所述施主掺杂剂的添加的摩尔量为亚锡盐摩尔量的0.5％～15％；

(2)将上述前驱液经过高温喷涂、溶胶凝胶、共沉淀、水热方法或丝网印刷制备SnO₂基导电材料。

作为优选，所述亚锡盐为氢氧化亚锡、草酸亚锡、柠檬酸亚锡、醋酸亚锡或酒石酸亚锡或者它们任意混合物。根据不同工艺的要求，其在澄清溶液或溶胶的浓度范围在0.01～1mol/L之间。

作为优选，所述施主掺杂剂溶液为酒石酸锑、柠檬酸锑或醋酸锑溶液，所述施主掺杂剂的添加的摩尔量为亚锡盐摩尔量的0.5％～15％。溶剂采用水或者乙二醇。

作为优选，所述聚丙烯酸铵溶液的浓度为20～40wt％。

最后，所述SnO₂基导电材料是粉体或者膜材料。