低团聚掺锑氧化锡纳米导电粉体的研究

论文摘要

Sb掺杂的SnO2（antimony doped tin oxide，ATO）纳米粉体集中了普通ATO材料和纳米粉体的优点，是一种极具发展潜力的新型导电材料，在显示器件、电致变色、节能建筑玻璃、锂离子电池、太阳能利用、电磁屏蔽、抗静电等诸多领域有着广泛的应用前景。因此，深入了解ATO纳米粉体的结构、性能，研究粉体的晶相、电性能、粒度、团聚度以及表面性质等的控制方法与控制原理具有重要意义。但是目前就ATO纳米粉体的导电机制、掺Sb量和煅烧温度对粉体晶粒生长以及电性能的影响等方面的认识还存在一些不明确的地方，纳米粉体的抗团聚、表面有机化改性等方面需要发展新的方法。 在本论文工作中，作者首先采用共沉淀工艺制备ATO纳米粉体，系统地研究了ATO纳米粉体的晶相结构、晶粒度、电性能等与掺Sb量以及煅烧温度之间的关系；发现了在一定条件下粉体电阻率陡增，以及晶粒显著长大的现象；获得并分析了ATO纳米粉体的Raman散射谱；提出了粉体的晶粒生长模式以及ATO的能带模型。得出如下结论： 1．掺Sb量为0～25at％的粉体经550℃以上的温度煅烧处理后具有较好的结晶性；粉体中存在氧空位，掺入的Sb以Sb3+和Sb5+的形式替位Sn4+而共存于SnO2晶格中；随着掺Sb量的增加以及煅烧处理温度的升高，Sb3+／Sb5+的比例增大，使得晶胞体积增大。但是当掺Sb量超过一定值（～11at％）后，发生反吐，大部分Sb偏析、富集在晶界或晶粒表面，导致晶胞体积减小。偏析、富集在晶界或晶粒表面的Sb与O形成Sb—O配位化合物，这种化合物在掺Sb量高于14at％时，高温煅烧后形成可被XRD检测到的第二相Sb2O4，并且掺Sb量越高，形成Sb2O4相的温度越低。 2．ATO的导电载流子由Sb5+替位Sn4+产生的施主缺陷以及有效氧空位施主共同提供。由于ATO纳米粉体体相中Sb的浓度以及Sb3+／Sb5+的比例随掺Sb量的增加以及煅烧处理温度的升高而发生变化，其电阻率也发生相应的变化。掺入少量Sb可使粉体的电阻率迅速下降，当掺Sb量达到3at％以后，电阻率下降的幅度不大，到～7at％时电阻率最小，随后随掺Sb量的增加电阻率略有增大，在11at％以

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 文献综述
• 1.1 ATO的结构、特性与应用
• 1.2 ATO透明导电薄膜的制备方法及其性能
• 1.3 ATO纳米粉体的制备方法
• 1.4 ATO纳米粉体性能的影响因素
• 1.5 ATO的导电机制以及存在的问题
• 1.6 ATO纳米粉体的特性与应用
• 1.7 纳米粉体的团聚
• 1.8 纳米粉体的表面改性
• 1.9 课题的提出、研究内容、目的及意义
• 第二章 共沉淀法制备的ATO纳米粉体的结构与性能研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验方法
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 ATO纳米粉体的物相
• 2.3.2 ATO纳米粉体的晶粒度
• 2.3.3 ATO纳米粉体的压坯密度
• 2.3.4 ATO纳米粉体的电性能
• 2.3.5 粉体中Sb的化学状态、Sb的表面偏析以及氧空位分析
• 2.4 小结
• 第三章 醇盐水解法制备ATO纳米粉体
• 3.1 前言
• 3.2 实验方法
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 pH值对粉体结构、性能的影响
• 3.3.2 水解温度对粉体结构、性能的影响
• 3.3.3 煅烧温度对粉体性能的影响
• 3.3.4 粉体的形貌特征及比表面积
• 3.4 小结
• 第四章 ATO纳米粉体的粒子生长以及导电机理
• 4.1 前言
• 4.2 ATO纳米粉体的粒子生长机理
• 4.2.1 液相反应阶段胶粒的聚集长大过程
• 4.2.2 煅烧阶段粒子的长大过程
• 4.3 ATO纳米粉体的导电机理
• 4.4 小结
• 第五章 ATO纳米粉体的抗团聚方法以及抗团聚机理研究
• 5.1 纳米粉体抗团聚的理论基础
• 5.2 实验方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 粉体的XRD分析
• 5.3.2 粉体的性能
• 5.3.3 煅烧温度对粉体晶粒度的影响
• 5.3.4 煅烧温度对粉体压坯密度的影响
• 5.3.5 煅烧温度对粉体电阻率的影响
• 5.4 抗团聚机理分析
• 5.5 小结
• 第六章 ATO纳米粉体的表面改性方法以及改性机理研究
• 6.1 前言
• 6.2 实验方法
• 6.3 结果与分析
• 6.4 ATO纳米粉体表面有机化改性机理
• 6.5 小结
• 第七章 低团聚ATO纳米粉体的几种新应用探讨
• 7.1 前言
• 7.2 实验
• 7.3 结果与讨论
• 7.3.1 ATO纳米粉体的微波吸收性能
• 7.3.2 添加ATO纳米粒子对液体石蜡摩擦学性能的影响
• 7.3.3 添加ATO纳米粒子对聚合物性能的影响
• 7.3.4 ATO／EP纳米复合材料的电性能
• 7.4 小结
• 第八章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果