[发明专利]一种枝状分级结构二氧化锡的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于湿敏器件材料的枝状结构二氧化锡的制备方法，属于先进纳米功能材料制备工艺及应用技术领域。

背景技术

二氧化锡(SnO₂)是一种新型的宽禁带n型半导体材料，其禁带宽度为3.6eV,具有原料丰富，成本低廉，对环境友好无污染等优点。由于分级结构氧化锡特殊的小尺寸效应和表面效应，使其在传感器、量子尺寸半导体、光催化、太阳能电池等领域具有广阔的应用前景。分级结构是由低维结构单元(如颗粒状、棒状、花状、球状、管状、阵列状等)组装排列构成的一种形貌结构，低维结构单元的组装排列可以为晶格融合或化学键作用，也可以是分子间作用力、静电或磁场相互作用进行有序排列。分级结构特征决定了它具有高孔隙率、高比表面积、较好的表面吸附、较好的表面活性，与相应的反应媒介(气体、光、染料等)具有更大的接触面积，使其在化学传感器和光催化等方面有着优异的潜在应用。分级结构SnO₂作为一种新型功能材料被广泛应用于各个领域中，同时分级结构SnO₂的特殊结构是显著影响微纳米材料性能和应用的一个关键因素，因此吸引了国内外研究者的广泛关注，对分级结构SnO₂材料的制备以及相关性能的研究成为热点。分级结构SnO₂功能材料的形貌和结构是影响其气体敏感性能的重要因素，越来越多的研究工作者致力于控制合成具有特殊形貌的分级结构SnO₂来提高材料本身的敏感性能。近年来，已经有许多种合成方法来制备分级结构SnO₂，但是许多制备工艺依然存在着缺陷和不足之处。目前制备分级结构氧化锡的方法主要可以分为固相法、液相法、气相法等，比较常用的方法有水热法、溶胶-凝胶法、微乳液法、化学沉淀法、超临界流体干燥法以及微波法等等。目前关于分级结构二氧化锡制备方法的专利很多，但现有方法依然存在着工艺复杂，能源消耗高，成本高，制备方法不环保等问题。如，中国专利CN104891557A公开了一种空心结构二氧化锡纳米花的制备方法，该法以四氯化锡为锡源，氧化锌为辅助材料，反应得到的实心结构锡酸锌纳米花，进一步高温退火，再加入硝酸中静置得到空心结构纳米花，该方法成本较高，能耗高，且过程中用到硝酸存在安全隐患。中国专利CN105152202A公开了一种锑掺杂花球状二氧化锡的合成方法，以氯化亚锡为锡源，三氯化锑掺杂，氢氧化钠为沉淀剂，十六烷基三甲基溴化铵作为表面活性剂，经过水热反应16-24小时，得出产物60℃干燥24小时，再经过500℃高温热处理3小时得到目的产物，该合成方法制备周期较长，且过程繁琐，需要高温煅烧，能耗相对较高。

本项目通过一种简单的水热法合成了具有枝状分级结构的SnO₂，将五水合四氯化锡作为锡源，尿素作为沉淀剂，聚乙二醇6000作为表面活性剂，同时控制一定的反应物浓度、反应时间以及反应温度等工艺参数，在一定范围内控制合成分级结构氧化锡的形貌和尺寸。本方法的优点在于成本低，合成工艺简单，过程中没有使用有机溶剂或者强酸等，工艺环保安全，而且该方法制备出的枝状二氧化锡结构特殊，分散性好，尺寸均一，优异的敏感性能。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术所存在的缺点，提出一种合成工艺简单，成本廉价、环保安全、尺寸可控、应用范围广泛的枝状结构SnO₂的制备方法，消除传统制备方法的高能耗、低产率、形貌单一等缺点。该合成方法具有生产成本低、对环境无污染、产率高、能够工业化生产等优点，所制备出的枝状结构SnO₂形貌特殊，尺寸均匀，具有良好的敏感性能，可用于制作湿敏传感元件，可以有效提高对湿度的响应。本发明制备出的枝状结构SnO₂的湿敏性能是通过交流阻抗测试得出。