[发明专利]一种油溶性氧化铟氧化锡纳米微粒及气敏薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体材料领域，涉及一种油溶性氧化铟氧化锡纳米微粒及其气敏薄膜的制备方法。

背景技术

氧化锡是研究最早的气敏材料之一，也是应用最早的气敏材料。由于氧化锡对各种可燃气体都有较高的气敏性，而被广泛应用于可燃气体的检测与报警。以氧化锡为基体材料，并掺入适当的催化剂或添加剂，还可以制得对酒精、氢气、硫化氢、一氧化碳和甲烷等气体具有选择性敏感作用的氧化锡气敏元件。通常金属氧化物对氧空位很敏感，放置在空气中，氧就可以逐渐扩散进去，因此制备具有纳米结构的氧化物薄膜有利于提高氧的扩散系数。由于氧化锡的气敏机理属表面控制型，气体灵敏度的高低与材料的比表面积有关，通常比表面积越大，对气体的灵敏度越高，因此氧化锡气敏材料的纳米化和薄膜化成为提高氧化锡气体灵敏度的两个重要途径。例如，浙江工业大学蔡晔等（蔡晔，等．材料科学与工程，1998，16(1)：60-63．）的研究表明纳米级SnO₂微粉和分

子筛封装的纳米级SnO₂簇微粉，其湿敏元件灵敏度明显高于普通SnO₂微粉，阻湿线性关系良好，具有较好的湿敏性能。

氧化铟是应用广泛的n-型直接带隙（3.65eV）半导体，锡掺杂的氧化铟即氧化铟锡（ITO）是透明的导电氧化物，广泛用于光电器件、平板显示、有机发光二极管、太阳能电池等，也可应用于光波导芯片、功能玻璃、传感器、生物传感器等。ITO粉末可通过多种方法合成，例如共沉淀、溶胶-凝胶、水热合成、模板法等，但溶胶-凝胶法需要的原料较贵且需高温后处理、水热法需要高温高压及反应釜、模板法难以大量制备的缺点使这些方法受到一定限制。因此，采用经济适用的方法制备ITO纳米粉末仍是ITO应用中必须加以解决的关键问题。

锡掺杂氧化铟薄膜结合了高透光性和高电导率被广泛用于透明电极，通常通过溅射、化学气相沉积、喷雾热解(M.A.Aouaj,et al.Materials Research Bulletin,2009,44(7):1458-1461.)、湿化学法（sol-gel）(M.Alam,et al.Thin Solid Films,2000,377:455-459.)等，也可通过纳米微粒制备(H.R.Xu,et al.Materials Letters,2006,60:983.J.Hu,et al.Sensors and Actuators B,2003,93:25.)，并且所制备薄膜的光学和电学特性与制备和退火过程密切相关。由于溅射、化学气相沉积、喷雾热解法对设备条件要求较高且难以大规模制备，sol-gel法通常要经过500-1000℃高温处理，使上述方法的应用受到限制。鉴于纳米微粒可以通过多种简单的方法加以制备，因此通过纳米微粒来制备锡掺杂氧化铟薄膜可能成为一种有竞争力的方法。

发明内容

本发明所要解决的主要技术问题是提供如何在保证良好发光性能的情况下利用简单的方法制得油溶性氧化铟氧化锡半导体纳米微粒及其薄膜，同时要求制备步骤简单、操作方便，纳米微粒具有很好的单分散性，薄膜均匀平整，具有良好的气敏特性。

本发明的主要目的是通过简单的溶液法制备金属氧化物纳米微粒，即通过乙酰丙酮金属化合物在溶液体系中热分解制备团聚少、粒径分布窄的油溶性纳米微粒。在已制备油溶性纳米微粒的基础上，通过甩膜法或者打印的方法制备出均匀平整的氧化物纳米薄膜，再通过低温退火处理获得具有半导体性能的纳米薄膜。对所制备金属氧化物纳米结构薄膜半导体性能的测定表明，该薄膜具有良好的气敏特性，有望在气体传感器等方面获得应用。

一种油溶性氧化铟氧化锡纳米微粒及气敏薄膜的制备方法，其特征在于工艺步骤如下：

A.金属有机前驱体的分解：将金属有机前驱体以一定比例加入到油胺（即9-十八烯胺）溶液中，使溶液中金属有机前驱体浓度在0.05-0.5mol/L范围内，在氮气气氛下不断搅拌反应4-8小时，即可得到氧化物纳米微粒。

B.产物的分离与提纯：向上述A步骤所得的混合物中加入二氯甲烷，使产物溶于二氯甲烷中。离心分离，保留上清液。向所得到的上清液中加入无水乙醇，使纳米微粒沉淀，离心分离，再加入无水乙醇清洗，重复操作三次。将洗涤后的沉淀物分成两份，其中一份加入二氯甲烷，即得油溶性氧化物纳米微粒溶液。将另一份沉淀物真空干燥，即得到氧化物纳米微粒粉末。

C.纳米薄膜的制备：取一定量的上述B步骤所得的油溶性氧化物纳米微粒溶液，滴加到基片上，用匀胶机进行甩膜或打印成膜。将该膜进行退火处理，即得到均匀平整的纳米薄膜。