铟锡氧化物纳米粉的显微结构

高愈尊李永洪张泰宋

(北京有金属研究总院，北京100088)

摘要采用化学共沉淀法制备了立方结构的铟锡氢氧化物纳米粉。250 热处理后铟锡氢氧化物由晶态转化为非晶态，然后随着温度升高逐渐转变为具有立方结构的铟锡氧化物纳米粉。600 热处理1h后粉末粒度为10~20nm，铟锡质量比接近9 1。铟锡氧化物颗粒接近球形，分散性好。

关键词铟锡氧化物纳米粉微结构

中图法分类号 T G146.4

铟锡氧化物纳米粉经热压烧结加工成溅射靶材，用来制备薄膜[1,2]。纳米铟锡氧化物制成的靶材可以达到90%以上的高密度，这种靶材溅射效率高并能减少制膜过程中的离子轰击损伤。纳米靶材热传导性好，韧性好，能防止应力开裂现象的发生。由于纳米靶材的晶粒极细，可以认为各晶面在靶面上出现的几率相同，溅射后形成的薄膜均匀性很好。这种薄膜在电子工业中有广泛的应用。铟锡氧化物(ITO)薄膜用作透明导电电极膜，在液晶显示器[3-5]、光电元件[6]和探测器[7,8]以及汽车和飞机挡风玻璃的防冻去雾加热膜方面已有广泛应用。

本文研究的铟锡氧化物纳米粉是用化学共沉淀法制备的，粒度8~20nm，容易实现工业化规模生产。

1 实验方法

用化学共沉淀法制备铟锡氢氧化物纳米粉。把铟锡氢氧化物纳米粉放入磁舟中分别在马弗炉内于200~700 之间不同温度加热0 5~1 5h，然后研究其显微结构的变化。

用APD-10X光衍射仪作X光结构分析。X光衍射仪的工作条件为Cu靶,40kV,40mA，衍射仪测角器的扫描速度4( )/min，扫描角度2 范围20 ~70 。

用JEM-2000FX型透射电子显微镜观察铟锡氧化物的形貌和测定粒度，并用能量散X 光光谱(EDS)来测定成分。粉末试样分散在电镜微栅铜网上作电子显微镜观察。

2 实验结果

未经热处理的铟锡氢氧化物颗粒无一定的规则形状，颗粒度为10~30nm，其透射电子显微镜明场像如图1所示。铟锡氢氧化物的

图1 铟锡氢氧化物的T EM像

itat大赛

Fig.1 TEM image of indium tin hydroxide

第8卷第2期Vol.8 No.2

中国有金属学报

The C hinese Journal of Nonferrous Metals

1998年6月

Jun.1998

收稿日期:1997-03-06；修回日期:1997-07-09 高愈尊，男,57，教授级高工

光衍射谱如图2所示，其结构接近立方晶格的氢氧化铟。

铟锡氢氧化物经热处理后结构发生变化。250 热处理1h 后，铟锡氢氧化物发生分解，变成一种主要由非晶组成的物质。在X 光衍射图谱中(图4)对应于2 为32 附近出现一很宽的非晶衍射峰。原来未经热处理的铟锡氢氧化物的最强衍射线为(200)，从图2可以看出2 为22 ，此时已变得比较弱。从图4可以看出此非晶衍射占主要地位，只剩下少量晶态氢氧化物。从5万倍下的透射电镜形貌像(图3)很难看出这种晶态结构的变化。

随着热处理温度的升高,

逐渐从非晶转变

图2 铟锡氢氧化物的X 光衍射谱

Fig.2 X -ray diffraction spectrum of

indium tin

hydroxide

图3 250 热处理1h 后的T EM 像

Fig.3 TEM image after hea-t treatment

at 250 for 1h

为晶态结构。铟锡氢氧化物在280 处理0 5h 后的X 光衍射谱线，除了显示与图4类似的非晶衍射之外，还出现了新的衍射谱线(如图5所示)。从图5中各衍射峰的2 值标出其对应的面间距分别为d =0.292,0.252,0.198,0.179nm 。它与In 2O 3的衍射谱相符。280 处理1h 后的X 光衍射谱线基本上已是晶态的衍射谱，如图6所示。此时铟锡氢氧化物的衍射谱线已接近消失，衍射峰对应的d 值都与In 2O 3的衍射线相符。400 处理1h 后已无非晶的衍射。

600 处理1h 后的颗粒形貌接近球形，如图7所示，其粒度小于20nm 。铟锡氧化物粒度分布如图8所示，粒度分布比较集中。由透射电镜X 光能量散光谱计算出铟锡质量比接近9 1。图9为相应的X 光衍射谱，其衍

图4 250 热处理1h 后的X 光衍射谱

Fig.4 X -ray diffraction spectrum after

hea-t treatment at 250 for 1h

图5 280 处理30min 后的X 光衍射谱

Fig.5 X -ray diffraction spectrum after hea-t treatment at 280 for 30min谢希德

279 第8卷第2期高愈尊等：铟锡氧化物纳米粉的显微结构

图6 280 处理1h 后的X 光衍射谱

Fig.6 X -ray diffraction spectrum after

hea-t treatment at 280 for 1

图7 600 热处理1h 后的T EM 像

Fig.7 TEM image after hea-t treatment

at 600 for 1h

射线的2 角位置所对应的d 值如表1所示。表1中第一列为晶面指数，第二列为图9对应的d 值，第三列为ASTM 卡片上对应In 2O 3的X 光衍射数据。从表1的数据比较可以看出铟

锡氧化物的X 光衍射数据与ASTM 卡片上In 2O 3

的衍射数据相符。

图8 600 热处理后的粒度分布

Fig.8 Particle size distribution after hea-t treatment at 600 for 1h

3 讨论

一般说来，化学共沉淀法制备的氢氧化物

为非晶。随着退火温度的升高，非晶逐渐发生有序化转变，并逐渐脱水后成为晶态结构的氧化物。但有时共沉淀法生成的氢氧化物也可能

具有晶态结构，这与反应速度和参加共沉淀化学反应的元素特性有关。本实验共沉淀法生成的铟锡氢氧化物具有立方晶体结构，在热处理过程中随着铟锡氢氧化物脱水而转变为非晶态。这表明铟锡氢氧化物在脱水过程中产生了很大的应力，扭曲了原来的晶格并使其变成了完全无序的非晶。在随后的退火过程中随着温度的升高和退火时间的延长，非晶态逐渐晶化转变为晶态结构的铟锡氧化物。从以上的粒度

表1 600 热处理1h 后的X 光衍射谱线的d 值

Table 1 X -ray diffraction d value after hea-t treatment at 600 for 1h(nm)

(hkl)211222321400411420422431440622d (observed)0 4130 2920 2700 25290 2380 2260 2060 1980 17850 1525d (ASTM )

0 412

0 292

0 2704

0 2529

0 2385

0 2262

0 206

0 1984

0 1788

0 1525

280 中国有金属学报 1998年6月

图9 600 热处理1h 后的X 光衍射谱

Fig.9 X -ray diffraction spectrum after

hea-t treatment at 600 for 1h 分布图可以看出，本法研制的ITO 粉末粒度小于20nm ，分布范围很窄。

从X 光衍射和透射电镜能谱分析可以得知本法制备的铟锡氧化物不是In 2O 3和SnO 2的简单混合物。这种铟锡氧化物是具有In 2O 3立方结构的一种替位式氧化物固溶体。Sn 在

适当位置取代了In 2O 3中的部分In 。

本法制备的ITO 粉分散性好，无团聚现象，由于所选用的大分子分散剂的水溶性好，经多次水洗后在热处理之前已无分散剂的X 光衍射线。

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MICROSTRUCTURE OF NANOPHASE POWDER

OF INIUM TIN OXIDE

Gao Yuzun,Li Yonghong and Zhang T aisong原油密度

Gener al Research Institute f or N on -Fer rous Metals ,Beij ing 100088,P.R.China

ABSTRAC T Chemical co什叶派

-precipit aton met hod w as used to prepare indium t in hydroxide with cubic lattice.T he cubic crystal structure tr ansformed to amorphous after heat treatment at 250 for 1h.W hen the heat treatment temper ature w as hig her than 280 ,t he amorphous tr ansformed to indium tin o xide with cubic crystal structure.After heat treat ment at 600 for 1h,the particle size is 8~20nm,the mass r atio of In/Sn is near 9 1,the gr anules have spherical shape and t he dispersity is good.

Key words indium tin ox ide nanophase powder microstructure

档案解密全集2012(编辑彭超)

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