一种简易快速自组装合成非晶态SnO2微球的方法

一种简易快速自组装合成非晶态sno2微球的方法
技术领域
1.本发明涉及微纳粉体的制备，特别是一种应用于微电子、新能源低压开关电器、气敏元件、透明导电膜、储锂材料等领域的非晶态sno2微球的溶胶自组装制备方法。


背景技术：

2.sno2是一种性能优异的n型半导体材料，具有较宽的带隙(3.65ev)和独特的光学、光电学及气敏特性，被广泛地应用于太阳能电池、气敏元件、透明导电膜、储锂材料等领域。迄今为止，sno2纳米结构如纳米带、纳米线、纳米棒、纳米管和微球等已有文献报道。其中，传统合成sno2微球的制备技术主要采用溶胶-凝胶法、水热法、模板法等。但是这些方法所合成的sno2微球结晶状态基本上为晶态，而且存在反应周期长、高温高压、模板去除等相关问题，造成sno2微球的制造成本高、反应条件苛刻，制约了sno2微球的批量化制造，难以在各大领域得以拓展应用。而至目前文献资料中尚未见关于非晶态sno2微球的合成研究报道。
3.为此，本发明基于溶胶和自组装原理，首次提出了一种简易快速自组装合成非晶态sno2微球的制备方法。以特定的季铵盐作为结构调控剂，利用简易快速的溶胶自组装制备技术合成了球形度可控、呈非晶态的微纳级sno2微球。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是，提供一种一步法简易快速合成非晶态sno2微球的溶胶自组装制备方法，以特定的季铵盐作为结构调控剂，采用溶胶-自组装法制备了球形度可控、呈非晶态的微纳级sno2微球。该方法可实现批量化稳定合成、无需高温高压等能源的损耗，极大降低了制造成本。本发明方法合成的非晶态微纳级sno2粉体，可以拓展在新能源、气体传感器、太阳能电池、半导体芯片、薄膜晶体管等领域的应用。本发明为制备出具有球形度可控、结晶度可调的微纳粉体材料提供新思路。
5.为解决上述技术问题，本发明所采用的解决方案是：
6.一种简易快速自组装合成非晶态sno2微球的方法，具体包括以下步骤：
7.(1)将锡源溶解于去离子水、乙醇或dmf中，配制成摩尔浓度0.1～0.6mol/l的溶液a；所述sn源为五水四氯化锡、辛酸亚锡或硫酸锡中的一种。
8.(2)配制质量浓度为0.3～0.8g/ml的碱性溶液，碱性溶液为氢氧化钠、氨水或碳酸氢钠其中一种；
9.(3)往溶液a中逐滴加入naoh溶液，调节ph值为6～10，形成溶液b；
10.(4)往上述反应溶液b中加入占sn
4+
摩尔比例为2～5mol％的结构调控剂-季铵盐，季铵盐为十二烷基二甲基苄基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵或苯扎溴铵其中一种，持续搅拌反应20～60min，形成透明溶液c；
11.(5)将步骤(4)中透明溶液c在10℃～70℃、0.1～0.8mpa的大气压强下，持续反应2～4天，即可于反应溶液中自组装合成sno2微球，并用去离子水、酒精洗涤3次，去除杂质，至鼓风干燥箱内于100℃干燥处理。
12.本发明创新点及有益效果
13.本发明基于溶胶和自组装原理，首次提出了一种一步法简易快速合成非晶态sno2微球的溶胶自组装制备方法。以季铵盐作为结构调控剂，利用简易快速的溶胶自组装制备技术合成了球形、呈非晶态的微纳级sno2微球。
14.相比于传统制备技术，本发明具有可批量化稳定合成、无需高温高压等能源损耗、无需引入繁多的表面改性剂、极大降低制造成本，实现sno2微球在微电子、新能源、气敏元件、透明导电膜、储锂材料等领域具有巨大潜力。
15.说明书附图
16.图1中(a)和(b)分别为实施例1中制备的球形、呈非晶态的微纳级sno2微球的sem和tem照片；
17.图2为实施例1中球形、呈非晶态的微纳级sno2微球的xrd谱图。
具体实施方式
18.下面通过具体实施例对本发明的实现方式进行详细描述。
19.实施例1：
20.(1)称0.08mol sncl4·
5h2o溶解于去离子水，配制成摩尔浓度0.1mol/l的溶液a；
21.(2)配制质量浓度为0.3g/ml的碱性反应溶液，碱性溶液为氢氧化钠；
22.(3)往溶液a中逐滴加入naoh溶液，调节ph值为6，形成溶液b；
23.(4)往上述反应溶液b中加入占sn
4+
摩尔比例为2mol％的结构调控剂-季铵盐，季铵盐为十二烷基二甲基苄基氯化铵，持续搅拌反应20min，形成透明溶液c；
24.(5)将步骤(4)中透明溶液c在环境温度(10℃)、大气压强(0.1mpa)条件下，持续反应4天，于反应溶液中自组装合成sno2微球，并用去离子水、酒精洗涤3次，去除杂质，至鼓风干燥箱内于100℃干燥处理。
25.实施例2：
26.(1)称0.08mol辛酸亚锡溶解于乙醇，配制成摩尔浓度0.6mol/l的溶液a；
27.(2)配制质量浓度为0.8g/ml的碱性反应溶液，碱性溶液为氨水；
28.(3)往溶液a中逐滴加入naoh溶液，调节ph值为10，形成溶液b；
29.(4)往上述反应溶液b中加入占sn
4+
摩尔比例为5mol％的结构调控剂-季铵盐，季铵盐为十二烷基三甲基氯化铵，持续搅拌反应60min，形成透明溶液c；
30.(5)将步骤(4)中在环境温度(25℃)、大气压强(0.8mpa)条件下，持续反应2天，于反应溶液中自组装合成sno2微球，并用去离子水、酒精洗涤3次，去除杂质，至鼓风干燥箱内于100℃干燥处理。
31.实施例3：
32.(1)称0.08mol硫酸锡溶解于dmf，配制成摩尔浓度0.4mol/l溶液a；
33.(2)配制质量浓度为0.5g/ml的碱性反应溶液，碱性溶液为碳酸氢钠；
34.(3)往溶液a中逐滴加入naoh溶液，调节ph值为8，形成溶液b；
35.(4)往上述反应溶液b中加入占sn
4+
摩尔比例为3mol％的结构调控剂-季铵盐，季铵盐为苯扎溴铵，持续搅拌反应40min，形成透明溶液c；
36.(5)将步骤(4)中透明溶液c在环境温度(70℃)、大气压强(0.5mpa)条件下，持续反
应3天，于反应溶液中自组装合成sno2微球，并用去离子水、酒精洗涤3次，去除杂质，至鼓风干燥箱内于100℃干燥处理。
37.经实施例1-3所合成的sno2粉体呈球形结构、呈非晶态。图1和图2表明本发明以特定的季铵盐作为结构调控剂，利用简易快速的溶胶自组装制备技术成功合成了球形度可控、呈非晶态的微纳级sno2微球。本发明合成的呈非晶态的微纳级sno2微球，拓展了其在新能源、气体传感器、太阳能电池、半导体芯片、薄膜晶体管等领域的产业化应用。


技术特征：
1.一种简易快速自组装合成非晶态sno2微球的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将sn源溶解于去离子水、乙醇或dmf中，配制成浓度为0.1～0.6mol/l的溶液a；(2)配制浓度为0.3～0.8g/ml的碱性溶液；(3)往溶液a中逐滴加入步骤(2)配制的碱性溶液，调节ph值为6～10，形成溶液b；(4)往所述溶液b中加入季铵盐，并持续搅拌反应20～60min，形成透明溶液c；所述季铵盐的用量为sn
4+
摩尔比例的2～5％；(5)将步骤(4)中的透明溶液c在10℃～70℃、0.1～0.8mpa大气压强条件下，持续反应2～4天；反应完成后再用去离子水、酒精洗涤，最后干燥处理即可得到所述非晶态sno2微球。2.根据权利要求1所述的一种简易快速自组装合成非晶态sno2微球的方法，其特征在于，所述sn源为四氯化锡、辛酸亚锡或硫酸锡中的一种。3.根据权利要求1所述的一种简易快速自组装合成非晶态sno2微球的方法，其特征在于，所述碱性溶液为氢氧化钠、氨水或碳酸氢钠中的一种。4.根据权利要求1所述的一种简易快速自组装合成非晶态sno2微球的方法，其特征在于，所述季铵盐为十二烷基二甲基苄基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵或苯扎溴铵中的一种。

技术总结
本发明公开了一种简易快速自组装合成非晶态SnO2微球的方法，该方法以特定的季铵盐作为结构调控剂，利用简易快速的溶胶自组装制备技术合成了球形、呈非晶态的微纳级SnO2粉体，该方法可实现批量化稳定合成、无需高温高压等能源的损耗，极大降低了制造成本。本发明合成的非晶态微纳级SnO2粉体，可拓展在新能源、气体传感器、太阳能电池、半导体芯片、薄膜晶体管等领域的产业化应用。等领域的产业化应用。等领域的产业化应用。


技术研发人员：杨辉 沈涛
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2022.05.20
技术公布日：2022/8/18