[发明专利]一种基于光电效应的复合型导电粉的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于光电效应的掺杂型氧化锡/二氧化钛复合导电粉体的制备方法，所述导电粉是一种由二氧化钛作为载体和掺杂型氧化锡作为导电层组成的核壳结构半导体导电粉，在利用氧化共沉积法构建具有异质结构的复合导电粉后，进一步通过光化学反应提高半导体导电粉体的掺杂效率，改善其导电性能。该方法简单易行、节约原料且不受产量的限制，有利于解决现有复合导电粉在工业化放大生产过程中导电性能不佳且不稳定的问题。本发明得到的复合型导电粉具有：导电性好，白度高，化学惰性优异，可大规模生产的优点，可用于油墨、涂料、橡胶、塑料、造纸及其他功能性复合材料领域。

技术领域

本发明涉及一种基于光电效应的复合型导电粉的制备方法，涉及导电及光电纳米材料技术领域。

背景技术

常用的导电粉体可分为几大类：碳系、金属系、金属氧化物系和本征导电聚合物系列。这几类导电填料都有一定的不足，比如碳系和金属氧化物系填料的颜色偏深；金属系填料价格高、易氧化、易发生离子迁移；本征导电聚合物系填料生产工艺复杂、不易实现工业化。因此以核壳结构为代表的复合型浅色导电填料应运而生。这样不仅可大大降低生产成本，而且兼具芯层的浅色和壳层导电的优点，具有良好的工业化应用价值。

锑掺杂二氧化锡(ATO)和铟掺杂氧化锡(ITO)是一种n型掺杂半导体，具有良好的导电性、稳定性和隔热性能等，多用于透明导电材料的工业化生产。TiO2是一种性能优异的消光材料，还具有光反应活性高、无毒、遮盖性好、理化性质稳定的特点，但由于其电阻率高，限制了在抗静电领域的应用。因此国内外有很多在二氧化钛表面包覆ATO或ITO来制备复合型浅色导电粉的报道。

现有技术中，通常采用液相共沉积法构建复合导电结构，该方法对设备要求低，工艺简单，最具工业化生产前景。但是，液相共沉积反应主要发生在双料滴定的过程且对溶液pH值控制要求高，因此如果放大生产后，很难保证对共沉积反应的精确控制，影响二氧化锡的掺杂效果，最终导致产物的导电性能下降。此外，一般来说，锑掺杂二氧化锡(ATO)和铟掺杂氧化锡(ITO)的理论最优掺杂量仅为5％左右，但目前相关报道所述的添加量往往远大于这一数值(10-15％)，因为需要过量的添加量才能实现充分掺杂从而获得理想导电效果，造成原料浪费和重金属污染。由于掺杂二氧化锡和二氧化钛均为宽禁带半导体材料，具有光化学反应特性，可通过光电效应改变其能带结构，达到光增益效果，提升导电性能。CN202111522106.4公开了一种碳纤维/二氧化钛光电型复合材料及其制备方法与应用，但方法需要持续不断的光照来提升其电化性能，光照结束后电化学性能无法保持。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的目的在于开发一种不仅适用于实验室制备，且适用于工业化生产的复合型导电粉的制备方法，该方法在放大生产后可以保持导电性能的稳定，且掺杂剂添加量少、制备工艺简单、成本低廉，在油墨、涂料、橡胶、塑料、造纸及其他功能性复合材料领域有广泛的应用前景。

本发明采用的技术方案包括以下步骤：

1.一种基于光电效应的复合型导电粉的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将双氧水、锡盐、锑盐或铟盐中的一种或两种添加到酸性溶液中并充分溶解，得混合溶液A；其中，混合溶液A中锑盐或铟盐和锡盐的摩尔比为1：100～180，双氧水的浓度为30％。

(2)将二氧化钛在水中搅拌打浆，二氧化钛浓度控制在500～2000g/L，搅拌线速度为100～250m/min，再将步骤1)得到的混合溶液滴入二氧化钛悬浮液中，滴定过程中用碱溶液控制pH值，使pH值恒定在1～8之间，溶液温度为40～80℃，滴定时间为40～80min，得到乳白色悬浊液；其中，锡盐和二氧化钛的摩尔比为1：50～100。

(3)将悬浊液过滤、洗涤、干燥、粉碎后，进行高温煅烧处理。其中，煅烧温度为400～800℃，煅烧时间为2～5h。

(4)将步骤3)得到的粉体置于一定光照条件下照射1～24h，即可得到复合导电粉。其中，照射过程不断搅拌粉体。