聚合物多孔薄膜制備的研究

納米ITO多孔粉體材料的制備和性能研究

電子科技大學(xué)侯高壘（指導(dǎo)教師：胡文成）2008年10月27日一、研究背景氣凝膠是一種具有極高比表面積和孔隙率，納米量級的骨架尺寸和三維網(wǎng)絡(luò)的低密度凝聚態(tài)材料，具有優(yōu)異隔熱、量子尺寸效應(yīng)、表面界面效應(yīng)、半導(dǎo)體特性、光學(xué)特性、介電特性、宏觀均勻性好和極強(qiáng)的摻雜吸附能力等諸多特點(diǎn)。銦錫氧化物（ITO)是一種重?fù)诫s、高簡并的n型半導(dǎo)體，在很多領(lǐng)域都有著非常廣泛的應(yīng)用，如太陽能電池、液晶顯示、微波屏蔽、隔熱玻璃及透明屏蔽材料等。二、研究內(nèi)容與方法1.制備原理In2O3+xSn4+→In3+2-x(Sn4+·e)xO3+xIn3+

2.工藝過程

2.1.1實(shí)驗(yàn)原料

名稱化學(xué)式級別產(chǎn)地結(jié)晶四氯化錫SnCl4.4H2OAR國藥集團(tuán)化學(xué)試劑公司結(jié)晶三氯化銦InCl3.5H2OAR國藥集團(tuán)化學(xué)試劑公司環(huán)氧丙烷AR成都科龍化工試劑廠無水乙醇CH3CH2OH分析純≥99.7％成都科龍化工試劑廠正丁醇

分析純

成都科龍化工試劑丙酮分析純≥99.7％成都科龍化工試劑廠酚醛樹脂201上海新華樹脂廠

2.1.2實(shí)驗(yàn)儀器超臨界干燥裝置、磁力攪拌器、電子天平、烘箱、真空干燥箱、Mettler-ToledoSevenMulti

pH計、電渦流測厚儀、UV3101PC型紫外－可見光－近紅外分光光度計、NICOLET800型傅立葉紅外光譜測試儀。

2.2.ITO溶膠的制備

稱取適量的結(jié)晶SnCl4和InCl3溶解到乙醇中攪拌至體系變?yōu)槌吻逋该?，得到ITO溶膠。乙醇的用量根據(jù)目標(biāo)氣凝膠的密度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.3.ITO凝膠的制備

在上述得到的ITO溶膠中加入凝膠促進(jìn)劑環(huán)氧丙烷，攪拌均勻后將溶膠體系轉(zhuǎn)入模具靜置，得到ITO凝膠。經(jīng)老化后，脫模得具有一定外形的濕凝膠。

2.4.ITO濕凝膠的干燥

將ITO濕凝膠經(jīng)乙醇和丙醇充分洗滌以除去孔洞內(nèi)的水、催化劑及殘留反應(yīng)物后轉(zhuǎn)進(jìn)入超臨界點(diǎn)干燥儀中，以CO2作為干燥介質(zhì)，即可獲得塊狀I(lǐng)TO氣凝膠2.5ITO涂料的制備取計算量的201樹脂，加適當(dāng)量的稀釋劑，攪拌5分鐘；先將鋁基片和載玻片用無水乙醇清洗干凈，固定在噴涂板上；然后將涂料噴涂在基片上，經(jīng)表干及固化得到純酚醛樹脂涂層樣品。三、研究結(jié)果與討論1．溶膠-凝膠體系的pH變化

2．ITO氣凝膠的場發(fā)射掃描電子顯微鏡照片a

c

b

d

3．氣體吸附分析

氣凝膠的比表面積和骨架顆粒尺寸之間。如下式：其中d為粒徑，Sv為比表面積，為骨架密度。

a.ITO氣凝膠的N2吸附等溫吸附-脫附曲線

b.ITO氣凝膠的孔徑分布曲線圖

4.XRD分析

a.SnO2的X射線衍射圖譜SnO2b.ITO的X射線衍射圖譜

ITOITOITO氣凝膠的XRD為典型的饅頭峰，表明ITO處于非晶態(tài)。該結(jié)果與HRTEM測試結(jié)果相吻合。根據(jù)謝樂（Scherrer）公式可以計算納米顆粒的平均尺度：

其中，為Cu線特征波長(0.154nm)，

為半高寬，

為衍射角。由此求得晶粒大小為3.82nm左右。五、光學(xué)性能的測試a.涂膜的厚度對透過率的影響.備注：BM71-1(20um),BM71-2(40um),BM71-3(100um)b.涂膜中納米ITO粉體含量對透過率的影響.備注：ITO含量，BMP14(0%),BM70-1(5%),BM73-5(10%)aba.ITO玻璃涂層的紅外透過特性b.添加ITO對涂層粉體對紅外透過性能的影響ab六、結(jié)論1.利用Sol-Gel法和超臨界CO2流體干燥法建立了一種低體密度、高比表面、具有納米量級骨架和晶粒尺寸的多孔ITO氣凝膠的制備工藝。2.FESEM表明氣凝膠是由大量的納米粒子堆積而成的三維多孔材料；HRTEM表明其骨架粒子的平均粒徑為2～3nm；XRD也揭示了氣凝膠為極其細(xì)小的納米