專利名稱：一種鐿摻雜bto納米粉體及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米材料領(lǐng)域，尤其涉及一種鐿摻雜BTO納米粉體及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
透明導(dǎo)電材料是21世紀(jì)的新型多功能材料，由于具有優(yōu)異的電學(xué)性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)而廣泛應(yīng)用于光電顯示器件，透明電極、太陽能電池、隔熱窗、催化等領(lǐng)域。近幾年來研究的較多的透明導(dǎo)電材料是ITO (錫摻雜氧化銦)和ATO (銻摻雜氧化錫)，尤其以ITO為主， 但是，由于ITO中的銦是稀有金屬，價(jià)格昂貴，限制了 ITO的廣泛應(yīng)用，而ATO用于建筑玻璃的隔熱保溫時(shí)存在隔熱性較差、可見光透過率較低的缺點(diǎn)。因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種鐿摻雜BTO納米粉體及其制備方法和應(yīng)用，利用鐿對(duì)紅外的吸收，將鐿和BTO進(jìn)行摻雜，使得到的粉體隔熱效果更好，彌補(bǔ)了現(xiàn)有隔熱粉體的不足。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)均勻摻雜，制備的粉體團(tuán)聚少、粒徑小、分散均勻。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種鐿摻雜BTO納米粉體，其中，所述鐿摻雜BTO納米粉體是在BTO粉體中摻雜鐿； 其分子式為Ybx BiySn(1_x_y)02，其中，所述的x、y值之和為0. 03 0. 25，x<y。一種所述的鐿摻雜BTO納米粉體的制備方法，其中，包括以下步驟
S100、將水溶性錫鹽配制成錫鹽溶液，依次加入的鉍鹽和鐿鹽，并攪拌至溶解，再加入適量的分散劑，充分?jǐn)嚢柚零G鹽和鐿鹽溶解；
S200、在上述溶液中加入脲，調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的pH值，攪拌至脲完全溶解； S300、攪拌使上述溶液混合均勻后用氬氣洗滌，并在氬氣保護(hù)及超聲波輻射下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，得到膠狀沉淀物；
S400、膠狀沉淀物經(jīng)過陳化后得到前驅(qū)體，將所述前驅(qū)體經(jīng)過濾、洗滌、干燥、煅燒得到鐿摻雜BTO納米粉體。所述的鐿摻雜BTO納米粉體的制備方法，其中，所述步驟SlOO中鐿鹽和鉍鹽的摻雜比例為 η (Yb3+) + η (Bi3+)/ [η (Yb3+) + η (Bi3+)+ η (Sn4+)] = 0. 03 0. 25，其中 η (Yb3+) < η (Bi3+)。所述的鐿摻雜BTO納米粉體的制備方法，其中，步驟SlOO中所述錫鹽溶液的濃度為 0. 2 1. Omol/L ；
所述攪拌的過程在是在50 70°C的條件下進(jìn)行；所述的分散劑為聚乙二醇、丙三醇或檸檬酸，其用量為錫鹽質(zhì)量的1 21 ；
所述可溶性錫鹽為錫的氯化鹽、硝酸鹽、檸檬酸鹽或其氧化物，所述鉍鹽為鉍的氯化鹽、硝酸鹽、檸檬酸鹽或其氧化物，所述鐿鹽為三價(jià)鐿的氯化鹽、硝酸鹽、檸檬酸鹽或者是 Yb2O30所述的鐿摻雜BTO納米粉體的制備方法，其中，步驟S200中所述脲的用量為n(脲) =4n (Sn4+) + 3n (Bi3++Yb3+)，將所述反應(yīng)體系的pH值調(diào)至3 5。所述的鐿摻雜BTO納米粉體的制備方法，其中，所述氬氣洗滌的時(shí)間為10 30min ；
所述步驟S300中是在80°C、氬氣保護(hù)及超聲波輻射下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)； 所述的超聲波輻射頻率為20. 8IkHz,24. 45kHz,30. IOkHz或40. 34kHz ； 所述超聲波輻射的時(shí)間為2 4h。所述的鐿摻雜BTO納米粉體的制備方法，其中，步驟S300中所述陳化的時(shí)間為 5 24h。所述的鐿摻雜BTO納米粉體的制備方法，其中，所述過濾、洗滌方法的具體步驟為減壓抽濾的同時(shí)用蒸餾水洗滌前驅(qū)體兩次，再用體積分?jǐn)?shù)為10%的乙醇溶液洗滌至濾液呈中性，最后用無水乙醇洗滌兩次。所述的鐿摻雜BTO納米粉體的制備方法，其中，步驟S400中所述干燥的方式為鼓風(fēng)干燥、真空干燥、冷凍干燥或微波干燥；
所述煅燒過程的溫度為500 700°C，煅燒時(shí)間3 證。一種所述的鐿摻雜BTO納米粉體的應(yīng)用，其中，將所述鐿摻雜BTO納米粉體用作隔熱保溫材料。有益效果本發(fā)明提出的鐿摻雜BTO納米粉體具有良好的隔熱效果，在紅外燈照射相同的時(shí)間下，本發(fā)明提出的鐿摻雜BTO納米粉體制得的納米隔熱涂層與目前市場(chǎng)所用粉體相比，可降溫達(dá)5°C左右。采用超聲波化學(xué)法制備鐿摻雜BTO納米粉體具有合成周期短、成本低等優(yōu)點(diǎn)，所得粉體粒徑小、分散性好。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)均勻摻雜，制備的粉體團(tuán)聚少、粒徑小、分散均勻。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所制備的金紅石相鐿摻雜BTO納米粉體的X-射線衍射圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例2所制備的鐿摻雜BTO納米粉體的掃描電鏡圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例3所制備的鐿摻雜BTO納米粉體的紫外-可見-近紅外透光率圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例3所制備的鐿摻雜BTO納米粉體與空白玻璃及市場(chǎng)樣品的隔熱效果圖，其中a曲線為空白玻璃；b曲線為涂有市場(chǎng)隔熱粉體產(chǎn)品的玻璃；c曲線為涂有本實(shí)施例鐿摻雜BTO納米粉體的玻璃。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種鐿摻雜BTO納米粉體及其制備方法和應(yīng)用，為使本發(fā)明的目的、 技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。BTO是鉍摻雜二氧化錫(Bismuth-doped Tin Oxide)的簡(jiǎn)稱，具有N型半導(dǎo)體的特性和透明導(dǎo)電性，對(duì)可見光的吸收極弱，因此在可見光區(qū)具有較高的透過率。而鐿能吸收近紅外熱線，本發(fā)明首次提出將在BTO粉體中摻雜鐿，提高粉體對(duì)紅外的吸收性。本發(fā)明采用超聲波化學(xué)法將鉍和鐿兩種元素固溶進(jìn)入SnA基體中，得到鐿摻雜 BTO的納米粉體。所得到的鐿摻雜BTO納米粉體粒徑小，分散均勻、團(tuán)聚少，制備工藝簡(jiǎn)單、 高效、重現(xiàn)性好，有利于工業(yè)化。所述鐿摻雜BTO納米粉體適用于建筑玻璃的隔熱保溫，能在保證具有較高的可見光透過率的同時(shí)，隔熱效果好，而且具有成本優(yōu)勢(shì)。鐿摻雜BTO納米粉體的化學(xué)組成可表示為樸，BiySna_x_y)02，其中，所述的χ、y值之和為0. 03 0. 25，x<y。根據(jù)附圖1的XRD結(jié)果計(jì)算所得粉體的晶粒度約為9. 7nm，粒子堆積形成了粒徑范圍約為40 60nm的粉體。本發(fā)明所提供的超聲波化學(xué)法制備鐿摻雜BTO納米粉體的方法，其具體制備步驟如下
S100、將水溶性錫鹽配制成0. 2^1. Omol/L的溶液，依次加入按一定摻雜比例稱取的鉍鹽(s) (s表示為固體)和鐿鹽(s)，并在一定溫度下攪拌至溶解，再加入一定量的分散劑， 充分?jǐn)嚢柚猎贤耆芙?，形成透明溶液。所述可溶性錫鹽為錫的氯化鹽、硝酸鹽、檸檬酸鹽或其氧化物，所述可溶性鉍鹽為鉍的氯化鹽、硝酸鹽、檸檬酸鹽或其氧化物，所述鐿鹽為三價(jià)鐿的氯化鹽、硝酸鹽、檸檬酸鹽或者是Yb203。按Ybx BiySn(1_x_y)02中乂和y的設(shè)定值，其中，所述的x、y值之和為0.03 0. 25，x<y，步驟 SlOO 中鐿鹽和鉍鹽的摻雜比例為 η (Yb3+)+ η (Bi3+)/ [η (Yb3+)+ η (Bi3+) + η (Sn4+)] = 0.03 0.25，其中 η (Yb3+) < η (Bi3+)。所述溫度為 50 70°C，所述的分散劑為聚乙二醇、丙三醇或檸檬酸，其用量為錫鹽質(zhì)量的ι m。S200、在上述溶液中加入一定量的脲，調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的pH值，攪拌至脲完全溶解。所述脲的用量為η (脲)= (Sn4+) + 3n (Bi3++Yb3+)，將所述反應(yīng)體系的pH值調(diào)至 3 5。通過控制反應(yīng)pH值可改善納米粉體的團(tuán)聚問題。S300、將上述溶液用氬氣洗滌，然后在80°C及氬氣保護(hù)下，插入超聲波探管，用超聲波輻射進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，使％3+、Bi3\Sn4+混合均勻并以氫氧化物的形式沉淀下來，最終得到乳白色或黃色的膠狀沉淀物。所述氬氣洗滌的時(shí)間為10 30min ；所述的超聲波輻射頻率可為超聲波化學(xué)發(fā)生器所配附件的各個(gè)頻率，包括20. 8IkHz,24. 45kHz,30. 10kHz、40. 34kHz ；超聲波輻射的時(shí)間為2 4h。超聲波化學(xué)法在制備納米粉體中存在的優(yōu)勢(shì)是超聲波的空化作用可以極大地提高非均相反應(yīng)的速率，實(shí)現(xiàn)非均相反應(yīng)物間的微觀均勻混合，加速反應(yīng)物和產(chǎn)物的擴(kuò)散過程，促進(jìn)固體新相的生成，抑制晶體的生長(zhǎng)速率，控制顆粒的尺寸和分布，減少粉末間的團(tuán)聚現(xiàn)象等；此外，開拓高效、節(jié)能、降耗的工藝過程，有可能利用超聲場(chǎng)的強(qiáng)化得以實(shí)現(xiàn)。因而把超聲波技術(shù)運(yùn)用到材料制備的方法中和傳統(tǒng)的方法相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)和獨(dú)到之處。S400、將膠狀沉淀物陳化5 24h后得到前驅(qū)體，將前驅(qū)體減壓過濾同時(shí)用蒸餾水洗滌兩次，再用體積分?jǐn)?shù)為10%的乙醇溶液洗滌至濾液呈中性，最后用無水乙醇洗滌兩次。采用上述的洗滌分離方式能明顯加快過濾洗滌的速率，從而提高效益。S500、將所得前驅(qū)體于80°C下干燥數(shù)小時(shí)后研磨成粉末，將粉末置于馬弗爐中在一定溫度下煅燒數(shù)小時(shí)，得到納米鐿摻雜BTO粉體。
所述干燥的方式可為鼓風(fēng)干燥、真空干燥、冷凍干燥、微波干燥中的一種。所述煅燒過程的溫度為500 700°C，煅燒時(shí)間3 證。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述，但本發(fā)明不限于所給出的例子。實(shí)施例1
按照目標(biāo)產(chǎn)物 Ybatl3 Biatl5Snai32O2 稱樣，η (Yb)+ η (Bi)/ [η (Yb)+ η (Bi)+ η (Sn)] =0. 08，稱取7. Olg SnCl4 · 5Η20,加入IOOmL去離子水，配制成0. 2mol/L的溶液；再在溶液中依次加入0. 53g Bi (NO3)3 · 5H20和0. 15gYb203 ；置于50°C的水浴環(huán)境中攪拌至原料完全溶解，加入0. 1 0. 2g PEG-600,充分?jǐn)嚢栊纬赏该魅芤?；在上述溶液中加?. Ig尿素，攪拌至形成透明溶液；將上述溶液用氬氣洗滌lOmin，然后在80°C及氬氣保護(hù)下，插入超聲波探管，用頻率為20. SlkHz的超聲波輻射4h，得到乳白色膠狀沉淀物；將膠狀沉淀物陳化證后過濾，并用蒸餾水洗滌兩次，再用體積分?jǐn)?shù)為10%的乙醇溶液洗滌至濾液呈中性，最后用無水乙醇洗滌兩次；將所得前驅(qū)體于80°C下干燥數(shù)小時(shí)后研磨成粉末，將粉末置于馬弗爐中，于600°C下保溫池，隨爐冷卻，得到金紅石相鐿摻雜BTO納米粉體。圖1為本實(shí)施例所得鐿摻雜BTO納米粉體的XRD譜圖，根據(jù)XRD結(jié)果計(jì)算出該納米粉體的晶粒度為7. 2nm，所有衍射峰均與金紅石相SnO2的特征衍射峰吻合，說明本發(fā)明提供的超聲波化學(xué)法可以制得單相、粒徑小的鐿摻雜BTO納米粉體。實(shí)施例2
按照目標(biāo)產(chǎn)物YbaQ5BiQ.C15Sna9tlO2稱樣，稱取7. Olg SnCl4 ·5Η20，加入IOOmL去離子水，配成溶液；再在溶液中依次加入0. 78gBi2(SO4)JPO. 25gYb203 ；置于60°C的水浴環(huán)境中攪拌至原料完全溶解，加入0. 1 0. 2g PEG-600，充分?jǐn)嚢栊纬赏该魅芤海辉谏鲜鋈芤褐屑尤?. 5g 尿素，攪拌至形成透明溶液；將上述溶液用氬氣洗滌20min，然后在80°C及氬氣保護(hù)下，插入超聲波探管，用頻率為30. IOkHz的超聲波輻射池，得到乳白色膠狀沉淀物；將膠狀沉淀物陳化IOh后過濾，并用蒸餾水洗滌兩次，再用一定濃度的乙醇溶液洗滌至濾液呈中性，最后用無水乙醇洗滌兩次；將所得前驅(qū)體于80°C下干燥數(shù)小時(shí)后研磨成粉末，將粉末置于馬弗爐中，于600°C下保溫3h，隨爐冷卻，得到鐿摻雜BTO納米粉體。圖2為本實(shí)施例所得粉體的SEM照片。從照片中可以看出合成的鐿摻雜BTO納米粉體粒徑較小，分散較均勻。實(shí)施例3
按照目標(biāo)產(chǎn)物Ybatl5BiaitlSna85A稱樣，配制0. 5mol/L的Sn4+溶液，取IOOmL該溶液， 依次加入1. 86gBiCl3* 1. 12gYb203 ；置于80°C的水浴環(huán)境中攪拌至原料完全溶解，加入 0. 1 0. 2g PEG-600，充分?jǐn)嚢栊纬赏该魅芤?；在上述溶液中加?9. 5g尿素，攪拌至形成透明溶液；將上述溶液用氬氣洗滌30min，然后在80°C及氬氣保護(hù)下，插入超聲波探管，用頻率為40. 34kHz的超聲波輻射池，得到乳白色膠狀沉淀物；將膠狀沉淀物陳化24h后過濾，并用蒸餾水洗滌兩次，再用一定濃度的乙醇溶液洗滌至濾液呈中性，最后用無水乙醇洗滌兩次；將所得前驅(qū)體于80°C下干燥數(shù)小時(shí)后研磨成粉末，將粉末置于馬弗爐中，于700°C 下保溫3h，隨爐冷卻，得到鐿摻雜BTO納米粉體。圖3為本實(shí)施例所得粉體的光譜性能，從圖中可以看出，該粉體在可見光區(qū)具有較高的透過率，而且能很好的屏蔽紅外線，是一種較好的隔熱粉體。圖4為空白玻璃(a曲線)、涂有市售的隔熱涂料的玻璃(b曲線)和涂有本發(fā)明實(shí)施例鐿摻雜BTO納米粉體的玻璃(c曲線)，在紅外燈照射29min得到的溫度變化曲線。從圖中可以看出本發(fā)明提出的鐿摻雜BTO納米粉體制得的納米隔熱涂層與目前市場(chǎng)所用粉體相比，同樣在紅外燈照射^min的條件下，可降溫達(dá)5°C左右，而比起沒有涂層的空白玻璃，溫度更是降低了將近70°C。 應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種鐿摻雜BTO納米粉體，其特征在于，所述鐿摻雜BTO納米粉體是在BTO粉體中摻zj、,思；其分子式為Ybx BiySn(1_x_y)02，其中，所述的x、y值之和為0. 03 0. 25，x<y。
2.一種如權(quán)利要求1所述的鐿摻雜BTO納米粉體的制備方法，其特征在于，包括以下步驟S100、將水溶性錫鹽配制成錫鹽溶液，依次加入的鉍鹽和鐿鹽，并攪拌至溶解，再加入分散劑，充分?jǐn)嚢柚零G鹽和鐿鹽溶解；S200、在上述溶液中加入脲，調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的pH值，攪拌至脲完全溶解； S300、攪拌使上述溶液混合均勻后用氬氣洗滌，并在氬氣保護(hù)及超聲波輻射下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，得到膠狀沉淀物；S400、膠狀沉淀物經(jīng)過陳化后得到前驅(qū)體，將所述前驅(qū)體經(jīng)過濾、洗滌、干燥、煅燒得到鐿摻雜BTO納米粉體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐿摻雜BTO納米粉體的制備方法，其特征在于，所述步驟 SlOO 中鐿鹽和鉍鹽的摻雜比例為 η (Yb3+) + η (Bi3+)/ [η (Yb3+) + η (Bi3+)+ η (Sn4+)] =0· 03 0· 25，其中 η (Yb3+) < η (Bi3+)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐿摻雜BTO納米粉體的制備方法，其特征在于，步驟SlOO中所述錫鹽溶液的濃度為0. 2^1. Omol/L ；所述攪拌的過程在是在50 70°C的條件下進(jìn)行；所述的分散劑為聚乙二醇、丙三醇或檸檬酸，其用量為錫鹽質(zhì)量的1 21 ；所述可溶性錫鹽為錫的氯化鹽、硝酸鹽、檸檬酸鹽或其氧化物，所述鉍鹽為鉍的氯化鹽、硝酸鹽、檸檬酸鹽或其氧化物，所述鐿鹽為三價(jià)鐿的氯化鹽、硝酸鹽、檸檬酸鹽或者是 Yb2O30
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐿摻雜BTO納米粉體的制備方法，其特征在于，步驟S200中所述脲的用量為η (脲)=4n(Sn4+) + 3n (Bi3++Yb3+)，將所述反應(yīng)體系的pH值調(diào)至3 5。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐿摻雜BTO納米粉體的制備方法，其特征在于，所述氬氣洗滌的時(shí)間為10 30min ；所述步驟S300中是在80°C、氬氣保護(hù)及超聲波輻射下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)； 所述的超聲波輻射頻率為20. 8IkHz,24. 45kHz,30. IOkHz或40. 34kHz ； 所述超聲波輻射的時(shí)間為2 4h。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐿摻雜BTO納米粉體的制備方法，其特征在于，步驟S300中所述陳化的時(shí)間為5l4h。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐿摻雜BTO納米粉體的制備方法，其特征在于，所述過濾、洗滌方法的具體步驟為減壓抽濾，并同時(shí)用蒸餾水洗滌前驅(qū)體兩次，再用體積分?jǐn)?shù)為10%的乙醇溶液洗滌至濾液呈中性，最后用無水乙醇洗滌兩次。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐿摻雜BTO納米粉體的制備方法，其特征在于，步驟S400中所述干燥的方式為鼓風(fēng)干燥、真空干燥、冷凍干燥或微波干燥；所述煅燒過程的溫度為500 700°C，煅燒時(shí)間3 證。
10.一種如權(quán)利要求1所述的鐿摻雜BTO納米粉體的應(yīng)用，其特征在于，將所述鐿摻雜 BTO納米粉體用作隔熱保溫材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鐿摻雜BTO納米粉體及其制備方法和應(yīng)用，尤其涉及一種超聲波化學(xué)法制備鐿摻雜BTO納米粉體，是采用超聲波化學(xué)法將鉍和鐿兩種元素固溶進(jìn)入SnO2基體中。具體為根據(jù)一定的摻雜比例，將鉍鹽和鐿鹽溶于一定濃度的錫鹽溶液中，加入適量的分散劑，攪拌至原料完全溶解，加入一定量的脲，使溶液混合均勻后用氬氣洗滌，并在一定溫度和超聲波輻射下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)過陳化、洗滌、干燥、煅燒得到鐿摻雜BTO納米粉體。本發(fā)明首次提出將在BTO粉體中摻雜鐿，提高粉體對(duì)紅外的吸收性。本發(fā)明得到的鐿摻雜BTO納米粉體粒徑小，分散均勻、團(tuán)聚少，制備工藝簡(jiǎn)單、高效、重現(xiàn)性好，有利于工業(yè)化。
文檔編號(hào)C01G19/02GK102320649SQ20111022418
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月6日
發(fā)明者呂維忠, 潘亞美, 羅仲寬, 黃旭珊 申請(qǐng)人:深圳市德厚科技有限公司