[发明专利]水性纳米导电溶胶的制备方法及由该导电溶胶制备的透明导电薄膜

说明书

技术领域

本项目涉及一种二氧化锡/二氧化钛固溶体纳米溶胶复合材料的合成方法及其相应透明导电薄膜的制备方法，属于无机非金属材料领域。

背景技术

SnO₂可以应用于气敏传感器、电阻器、透明加热元件、催化剂及太阳能电池等领域，在科学研究及工业应用上早已引起了相当广泛的关注。但是，SnO₂半导体的禁带宽度比较宽，为3.6eV，属于典型绝缘体，只有对其进行掺杂，才能得到各种功能性的产品。如，通过对SnO₂薄层的掺杂将其电阻大大降低，因而得到良好的导电膜。

SnO₂-TiO₂是目前研究较广泛一类氧化物掺杂SnO₂复合材料，在光催化、导电粉体等领域有广泛的应用。锡钛氧化物固溶体纳米溶胶作为SnO₂-TiO₂复合物的均匀稳定分散体系，具有广泛的应用前景，可以用于纳米薄膜涂层或高级导电涂料添加剂及气敏材料。因此，其制备方法的研究具有重要的研究意义。

目前的制备方法(如固相烧结、水热法等)具有一定的局限，如，专利号为02109076.9的专利报道了以四氯化钛及四氯化锡为原材料，通过水解及碱中和获得沉淀，将过滤得到的沉淀在高温高压反应釜里处理纳米复合粒子的方法，但它们的反应温度一般较高，对设备要求高，能耗也较大；同时，得到的产品也存在分散性差，易团聚的问题，如专利号为200510031659的专利报道了可以制备任意比例混溶的SnO₂-TiO₂复合物，但其得到的为粉体。

虽然也有一些低温制备纳米溶胶的报道，如专利号为200710067939.X的专利报道了锡钛溶胶的原位合成方法，但在这些方法中均大量使用了有机溶剂及有机试剂，不仅提高了产品的生产成本、对环境有一定危害，这些因素均制约着纳米材料的规模化生产和工业化应用。因此，寻求低温水基制备锡钛氧化物纳米材料的新方法具有重要的实际应用价值。

发明内容

本发明的目的是提出一种低温水基制备锡钛氧化物固溶体纳米溶胶的合成方法，同时基于所合成纳米溶胶，发展出在不同基底表面制备得到透明导电薄膜，克服已有技术的缺点，避免环境污染，实现常压、低温、水基的合成纳米导电溶胶及得到透明导电薄膜。

本发明的低温制备水基锡钛氧化物固溶体纳米导电溶胶的合成方法及使用该导电溶胶制备的透明导电薄膜，其中所述低温制备水基锡钛氧化物固溶体纳米导电溶胶的合成方法包括以下步骤：

1)锡钛氢氧化物沉淀

将钛盐、锡盐溶解于水中，得到钛、锡盐复合水溶液，水溶液中的锡盐与钛盐的摩尔比优选为0.01～0.1，更优选为0.025～0.075，再优选为0.03～0.06，最优选为0.052，然后向复合盐的水溶液中滴加无机碱溶液至pH值约为5～11，得到锡钛氢氧化物沉淀；或用水稀释复合盐的水溶液，优选将复合盐的水溶液稀释到原体积的10～100倍，优选为20～75倍，更优选为25～65倍，最优选为47.3倍，得到复合锡钛氢氧化物沉淀；或加热复合盐的水溶液，优选加热温度为50～100℃，优选为60～85℃，得到锡钛氢氧化物沉淀；

2)过氧化氢分散沉淀

用过氧化氢溶液分散步骤1)得到的锡钛氢氧化物沉淀，其中H₂O₂∶Sn的分子摩尔比为1～25，优选为4～20，更优选为7～15倍，最优选为11.6；

3)制备最终产品

在温度为50～120℃，优选为65～95℃，更优选为84.5℃下加热步骤3)的溶液2～24小时，得到黄橙色透明或半透明锡钛氧化物固溶体纳米溶胶。

其中所述的溶于水形成含锡水溶液的锡盐并无特殊限制，但优选自氯化亚锡、氯化锡中的一种或多种。

其中所述的溶于水形成含钛水溶液的钛盐并无特殊限制，但优选自四氯优钛、硫酸钛或硫酸氧钛中的一种或多种；或者是直接用硫酸溶解钛酸类化合物所得的水溶液。

所述的无机碱选自碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、氢氧化钠、氢氧化钾或氨水等。

步骤1)中水溶液中的锡盐与钛盐的摩尔比优选为0.01～0.1，如果所述摩尔比低于0.01，则最终的导电溶胶中纳米颗粒团聚严重，如果所述摩尔比高于0.1，则最终的导电溶胶的导电性能不佳，甚至严重到无法应用。所述摩尔比最优选为0.052，在该摩尔比时，导电溶胶中纳米颗粒的粒度最均匀，并且分散度最佳。