[发明专利]形貌可控的氧化铟纳米晶的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种形貌可控的氧化铟纳米晶的制备方法，更确切地说本发明是一种以铟化合物为原料，利用简单的溶剂热法制备氧化铟纳米立方块或纳米棒的方法，属于纳米材料范畴。

背景技术

氧化铟(In₂O₃)是一种重要的半导体材料，它的直接带隙宽度大约是3.6eV，间接带隙约为2.6eV。氧化铟广泛用于微电子领域，如光电子器件，太阳能电池，液晶显示器和气敏传感器等。纯的氧化铟有比较弱的导电性能。掺Sn后其薄膜可见光透过率大幅提高，从20世纪60年代开始，掺Sn的氧化铟就成为主要的透明导电材料，至今仍没有其他材料能够取代它。进入七十年代后，伴随着液晶显示的发展，用于透明电极的铟锡氧化物的研究开发又进一步推动了对氧化铟的研究。除了用作透明导电薄膜材料，氧化铟在气敏传感器方面也有重要应用，它作为气敏传感器具有较好的稳定性。将氧化铟制成纳米尺寸以后，其比表面积大大增加，使得粒子表面势垒的高度与厚度及晶粒颈部的有效电阻都起了显著变化，晶粒表面活性大大提高，这样就使其对气体的吸附、脱附、及氧化还原反应可以在较低的温度下进行，从而降低工作温度，缩短响应时间，例如，利用溶剂热结合高温退火制备的的氧化铟纳米立方块，边长约在100-200nm，具有极高的气敏度。

过渡金属离子掺杂的氧化铟同时是一种稀磁半导体，即在半导体中由磁性过渡族金属离子或稀土金属离子部分地替代非磁性阳离子所形成的特殊半导体。稀磁半导体在物理学、结晶学、光学、电学等方面表现出一些独特的性质，因而具有广泛的应用前景。同时纳米尺寸的稀磁半导体在微电子器件、自旋电子器件上有潜在的应用。近几年来，掺杂磁性过渡金属离子或稀土金属离子的氧化铟材料引起了广泛的研究兴趣，已经有文献报道合成了具有室温铁磁性的氧化铟薄膜和块体材料，而未见过渡金属离子掺杂的氧化铟纳米材料的报道。

目前，制备纳米氧化铟主要是高温汽相法和液相法。其中液相法所需温度较低，利于大规模生产，而目前文献报道中的液相法主要包括沉淀法和水热/溶剂热法，为了得到最终产品，都需要经过煅烧步骤，同时由于煅烧，样品的形貌很难控制，容易塌陷，且形成的晶体为多晶。

溶剂热法是在一个密封的容器中，加热反应器使其反应温度超过溶剂的沸点。溶剂热法近来已被广泛用于纳米材料的制备。这种方法的优点是所得到的产物通常是高度结晶的，分散性好，同时反应条件容易控制。通过筛选溶剂，调节反应温度，反应时间及前驱物浓度，利用溶剂热法直接合成了形貌均匀的未掺杂和金属离子掺杂的氧化铟纳米立方块和纳米棒，并具有高的产率。

发明内容

针对上述现状，本发明的目的在于提供一种利用简单的溶剂热法高产率制备单分散的不掺杂或掺杂形貌可控氧化铟纳米晶的方法。本发明通过以下工艺过程实施：

不掺杂的氧化铟纳米晶是以铟的化合物的甲醇或乙醇溶液为前驱体，在含NaOH或KoH的甲醇或乙醇溶液中醇解，然后醇解后的悬浮液放入反应釜中通过醇热反应制备而成；

所述的前驱体中铟的质量百分浓度为0.5％-10％；

所述的NaOH或KoH的质量百分浓度为0.4％-7.5％；反应釜的醇热反应温度为200-250℃。

具体制备步骤是：

a)将硝酸铟、氯化铟或醋酸铟中的一种铟的化合物加入到甲醇或乙醇中，磁力搅拌而生成含铟的前驱体；

b)将氢氧化钠或氢氧化钾溶于甲醇或乙醇中，配制成强碱的醇溶液，

c)在室温下将步骤(b)配制的醇溶液缓慢滴入步骤(a)制取的铟化合物的醇溶液中，同时不断的搅拌，进行醇解，形成白色沉淀或胶状物，

d)将步骤(c)得到的白色沉淀或胶状物连同甲醇或乙醇溶剂一起转入反应釜中，密封；

e)将反应釜加热到200-250℃醇热反应；再冷却至室温；

f)收集沉淀物，用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤和真空抽滤后的滤饼于80℃，烘干过筛而制备成氧化铟纳米晶。

醇解后悬浮液占反应釜内衬体积的60％-90％；反应保温时间为10-30h。

反应釜的加热是将其放入烘箱或马弗炉实施的，升温速率为5-10℃/min。

使用甲醇溶液最后制得纳米晶为单晶结构，呈规则的立方块，且在可见光区域内是透明的。