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化学共沉淀法ITO纳米粉末的制备与表征段雨露;周丽旗;肖丹;徐国富【摘要】采用化学共沉淀法来制备ITO纳米粉末,探讨了反应终点pH值(分别为7,8及9)和煅烧温度(分别为350℃,650℃,750℃及850℃)对ITO粉体性能的影响,借助TG-DSC、XRD、SEM、HRTEM、FT-IR等分析手段对粉体进行了表征.得到如下结论:在液相中加入硅酸钠,反应温度为60℃,反应终点pH值为8,老化制度为60 min,煅烧制度为750℃/2 h的工艺条件下,所制得的ITO纳米粉不含SnO2相,呈显著的单相结构,是一种立方结构的In2 O3固溶体；粉体粒径在30～60nm之间,比表面积为34.26 m2/g,形貌为近球形,颗粒均匀,且分散性能良好,在波数840 ～3 164cm-1范围内对红外光的反射率高达66％～ 94％.【期刊名称】《湖南有色金属》【年(卷),期】2013(029)005【总页数】7页(P48-54)【关键词】纳米粉末;化学共沉淀;前驱体;ITO【作者】段雨露;周丽旗;肖丹;徐国富【作者单位】中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙 410083;中南大学有色金属材料科学与工程教育部重点实验室,湖南长沙 410083;中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙 410083;中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙 410083;中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙 410083;中南大学粉末冶金国家重点实验室,湖南长沙 410083;中南大学有色金属材料科学与工程教育部重点实验室,湖南长沙410083【正文语种】中文【中图分类】TG156.8铟锡氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)是一种锡掺杂、高简并的n型半导体材料［1～3］，其ITO膜具有导电性好(电阻率10－4Ω·cm)、对可见光透明(透过率＞85%)、对红外光具有高反射性(反射率＞80%)、对紫外光具有吸收性(吸收率＞85%)等一系列独特的光学电学性能，广泛应用于电子计算机、能源、电子、光电、国防军事、航天航空、核工业和现代信息产业等高科技领域，在国民经济中的作用日趋重要。
实验沉淀法制备纳米氧化锌粉体
本实验采用沉淀法制备纳米氧化锌粉体。
沉淀法是一种化学反应沉淀物形成的方法，
通过控制反应条件和物质浓度，可以制备出不同形状和尺寸的纳米材料。
此方法操作简便，且制备出的产物具有较高的纯度和稳定性。
实验步骤如下：
1.将0.5 mol/L的硝酸锌溶液和0.5 mol/L的氨水溶液分别放入两个棕色草酸烧杯中。
注意要保持溶液的相对浓度相同。
2.将氨水溶液滴加到硝酸锌溶液中，同时使用玻璃搅拌棒搅拌，直到反应液变为乳白
色悬浮液。
搅拌时间约为10分钟。
3.将制备好的纳米氧化锌悬浮液通过滤纸过滤，并使用蒸馏水洗涤几次，以去除余留
的氨水和硝酸离子。
4.将过滤后的纳米氧化锌沉淀用乙醇和热水脱水，然后干燥。
此时产生了均匀的纳米
氧化锌粉末。
5.为了控制氧化锌的粒径，可以改变氨水和硝酸锌的浓度，或者改变反应时间和温度
等反应条件。
实验注意事项：
1.实验过程中要避免吸入或接触硝酸锌、氨水等有害化学物质。
2.制备纳米氧化锌粉末时，要保持反应体系的纯度，避免杂质的干扰。
3.沉淀法制备纳米材料时，反应时间、温度和物质浓度等条件应根据具体情况进行控制，以使产物的形状和尺寸满足要求。
4.实验过程中要注意实验室安全，遵守安全操作规程，配备相应的防护措施。
综上所述，通过沉淀法制备纳米氧化锌粉体的实验步骤简单，产物纯度高，可以通过
调节反应条件控制纳米氧化锌的粒径。
这种方法可以应用于制备其他纳米材料，并具有广
泛的应用前景。
碳化硅粉体的制备及改性技术
碳化硅（SiC）是一种具有广泛应用前景的材料，具有高熔点、高硬度、高热导率、化学稳定性好等特点。
碳化硅粉体的制备及改性技术主要包括传统的化学法制备、物理法制备以及碳化硅的表面改性技术。
1.传统的化学法制备碳化硅粉体：
传统化学法包括共沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法等。
其中，共沉淀法是最常用的一种制备方法之一、该方法包括混合硅源和碳源，通过调节pH值和温度来控制反应过程，得到碳化硅粉体。
共沉淀法制备碳化硅粉体具有操作简便、成本较低等优点，但粒径分布较宽，控制难度较大。
2.物理法制备碳化硅粉体：
物理法包括等离子熔融法、化学气相沉积法等。
其中，等离子熔融法是一种常用的物理法制备碳化硅粉体的方法。
该方法通过在高温等离子体中熔融和冷凝制备碳化硅粉体。
等离子熔融法制备的碳化硅粉体晶粒度均匀，纯度高，但设备复杂，成本较高。
3.碳化硅的表面改性技术：
为了提高碳化硅粉体的分散性、抗聚集性，常采用表面改性技术。
常用的表面改性方法包括表面改性剂包覆、离子注入、化学气相沉积等。
其中，表面改性剂包覆法是较常用的改性技术，通过将表面改性剂包裹在碳化硅粉体颗粒表面，减少颗粒间的吸附力和静电作用力，改善颗粒的分散性。
化学气相沉积是一种在碳化硅颗粒表面沉积一层功能性薄膜来改性的方法，可以改善粉体的分散性和抗聚集性。
以上是碳化硅粉体的制备及改性技术的一些常见方法。
随着科学技术的不断进步，制备技术和改性技术也在不断完善和发展，未来有望实现更高效、可控性更强的制备和改性碳化硅粉体方法。
BiFeO3粉体的水热法制备与表征BiFeO3是一种具有多种优异性能的多铁材料，广泛应用于磁存储、传感器、光电器件等领域。
水热法是一种简单有效的制备方法。
本文将介绍BiFeO3粉体的水热法制备与表征过程。
制备BiFeO3粉体的原料包括Bi(NO3)3·5H2O和Fe(NO3)2·9H2O。
将两种盐按照化学计量比例混合，并加入适量的去离子水进行溶解。
将溶液转移到密封容器中。
然后，将密封容器放入高温高压水热实验装置中。
在一定的温度和压力条件下进行水热反应。
一般来说，反应温度为180-220℃，反应时间为12-48小时。
水热反应完成后，将制得的沉淀物离心分离，并用去离子水洗涤。
然后，将洗涤后的样品在空气中干燥。
将干燥的样品进行煅烧处理，一般温度为600-800℃，时间为2-5小时。
煅烧处理的目的是提高BiFeO3的结晶度和纯度。
接下来，对制备得到的BiFeO3粉体进行表征。
常用的表征方法包括X射线衍射分析（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）。
利用XRD对样品的结晶性进行分析。
XRD分析可以确定样品的晶相结构和晶格常数。
通过与标准晶体卡片进行比对，可以确定BiFeO3的相纯度。
然后，使用SEM观察样品的形貌。
SEM图像可以获得样品的表面形貌和粒径分布情况。
正常情况下，BiFeO3颗粒呈现出均匀致密的结构。
利用TEM对样品的微观结构进行观察。
TEM图像可以获得样品的晶体结构和颗粒的形状。
通过高分辨率TEM，还可以观察到样品的晶格缺陷等信息。
通过以上的水热法制备与表征方法，可以得到高质量的BiFeO3粉体样品。
这些样品可以用于进一步的物性测试和应用研究。
化工系《专题研究训练》实验报告a -FeOOH的制备和表征XXXXXX1、实验背景随着人类活动范围的扩大及工业化进程的加剧，水环境质量日益恶化，被污染的水体，水质复杂，无机离子的种类和数量较多，常规的水处理剂对无机离子的去除效果较差，迫切需要研究、推广和应用绿色环保高效低耗的水处理剂。
a-FeOOH 由于具有超强的吸附能力、极好的流动稳定性、较大的比表面积和较高的羟基密度等优点，可以吸附和共沉淀环境介质中的无机离子。
a-FeOOH制备方法以水溶性的铁盐为铁源，采用水热法合成，制备过程中，通过调节悬浊液的pH值和反应时间，可改变a -FeOOH纳米片的尺寸。
本实验采用空气快速氧化法来制备a-FeOOH纳米粉体，本实验操作简单易行，制得的a-FeOOH粉体粒径相对均匀，分散性较好，结晶度和纯度较高。
2、实验原理2.1 a-FeOOH粉体制备原理研究认为空气氧化法制备a-FeOOH粉体，整个工序有两个紧密相连的反应，反应式如下：Fe2+ + 2OH- f Fe(OH)24Fe(OH)2 + 02f 4FeOOH + 2H2O其中，低价铁的氧化是通过溶解在溶液中的氧来实现的，氧化过程包括空气中的氧溶解于液相，并向液相主体和Fe(OH)2颗粒的表面扩散，亚铁离子吸附氧分子，氧分子裂解为氧原子，亚铁离子与氧原子之间发生电子交换等许多步骤。
各个主要环节用反应式可表示为：Fe2++ 02 f Fe2+. O2吸附Fe2+.02吸附 f F e2+.202吸附Fe2+.2O2吸附f Fe3+. O1-.OFe3+. O1-. O + Fe2+ f 2Fe3+. O2-. O另一个氧原子也将以同样的方式被还原成O2-离子，所形成的O2-会和高价铁离子强烈的结合，形成(Fe-O-Fe)4+这样的络离子。
这个氧化还原反应的产物再与OH- 结合，并进一步脱水缩合，就生成了水合氧化铁，其主要反应式可表示为：4Fe2++ O2 f 2(Fe-O-Fe)4+2(Fe-O-Fe)4++8OH- f 4FeOOH + 2H2O本试验是用Fe SO4-7H2O和氨水反应，采用室温空气缓慢氧化法，从而制备了a-FeOOH纳米粉体，合成之后用SEM和EDS对其表征进行分析。
化学法制备粉体的原理粉体是一种颗粒很细的固体材料，具有较大的比表面积和活性表面。
粉体制备是指通过化学方法制备粉末材料的工艺过程，常见的制备方法包括溶胶-凝胶法、气相法、固相法等。
下面将分别介绍这些化学方法的原理。
溶胶-凝胶法是一种重要的粉体制备方法，它主要是指通过溶胶的化学反应将溶液中的物质聚合成凝胶，然后通过加热或干燥等方法将凝胶转化为粉体。
在溶胶-凝胶法中，首先要准备溶胶，即将原料溶解在适当的溶剂中形成均匀的溶液；然后通过化学反应，如水解、缩聚等，使溶液中的物质发生聚合反应，形成凝胶；最后通过加热、干燥等方式，将凝胶转化为粉体。
这种方法制备的粉体颗粒细小、分散性好，适用于制备纳米级粉体材料。
气相法是指通过气相反应将气态原料物质转化为粉末材料的方法。
在气相法中，通常采用化学气相沉积（CVD）或物理气相沉积（PVD），将气态的原料物质在一定的温度、压力和气氛条件下反应，生成固态的粉末材料。
气相法具有制备工艺简单、粉体形貌可控等优点，适用于制备高纯度、复杂形貌的粉体材料。
固相法是指通过固态反应将固态原料物质转化为粉末材料的方法。
在固相法中，通常采用高温固相反应（例如煅烧、熔融法）将原料固态混合后，在一定的温度条件下进行反应，形成粉体材料。
固相法具有操作简单、适用范围广等优点，适用于制备陶瓷粉体、金属粉体等材料。
除了以上常见的粉体制备方法外，还有一些新型的粉体制备方法，如超声波法、微波法、离子束溅射法等。
这些方法都是通过不同的化学原理和工艺条件将原料物质转化为粉末材料，具有制备工艺简单、粉体性能可调控等优点。
总的来说，粉体的制备方法主要是通过化学反应将原料物质转化为粉末材料。
不同的制备方法具有不同的原理和适用范围，可以根据不同的材料性质和制备要求选择合适的方法进行制备。
通过粉体制备方法，可以制备出具有不同形貌、尺寸和性能的粉体材料，广泛应用于电子材料、陶瓷材料、金属材料等领域。
化学法制备粉体材料及表征此课程是材料学院设置的综合实验课。
通过本实验课的学习与实践，使学生了解和掌握化学法制备（氧化物、碳化物、氮化物、金属和合金）粉体的基本原理、基本方法和相应的工艺流程，并掌握粉体材料常规的表征手段；培养学生的实际动手操作能力，独立思考问题、解决问题的能力；同时为学生提供一个科研实践的平台，为其毕业设计和将来走上工作岗位做好准备。
一、实验目的1．掌握化学法制备粉体材料的原理并了解各种具体的制备方法。
2．熟练掌握固相热分解法和均匀沉淀法制备粉体材料的原理与工艺流程。
3．掌握粉体材料的各种表征方法。
4．对粉体的粒度分布与物相组成进行熟练的测试与分析培养学生的实际动手操作能力和自主设计实验的能力，为毕业论文设计作好理论基础和相应的实验准备。
二、实验要求要求学每个学生能独立查阅文献资料，小组讨论，确定实验方案，并将实验方案提前一天给任课老师审阅；所有的实验必须在我们已有的设备条件和时间条件下完成；实验方案中对每一个工艺必须给出具体的工艺参数，如反应物浓度、温度、反应时间等。
该实验更要求学生发挥自己的主观能动性，自主设计，自主完成实验全过程。
实验完成后认真分析实验结果，撰写实验报告。
三、实验所需仪器设备本实验所需的主要仪器设备有：电子天平，坩埚，烧杯，角匙，恒温水浴锅，电动搅拌器，高温炉，激光粒度分布仪，X射线衍射仪等。
四、实验原理粉体的化学合成：从物质的原子、离子或分子入手，经过化学反应形成晶核以产生晶粒，并使晶粒在控制之下长大到其尺寸达到要求的大小。
按照物质的原始状态分类，可将粉体的化学合成方法分为气相法、液相法和固相法。
化学合成粉体的特点：优点：能得到极微细的颗粒，且颗粒尺寸比较均匀，颗粒的纯度高；缺点：制备过程比较复杂，成本较高。
1．固相反应法：1）化合或还原化合法直接化合的反应通式可写为：Me ＋X ＝MeXMe 、X 分别代表金属和非金属元素。
用这一方法还可以生产多种碳化物、硅化物、氮化物粉体。
如SiC 粉体的制备：SiO 2 + C −−→−加热 SiC + CO ↑2) 自蔓延高温合成法利用金属元素的燃烧反应热形成自蔓延的燃烧过程制取化合物粉体的方法就称之为自蔓延高温合成法（Self －Propagation High －Temperature Systhesis ），即SHS 技术。
由于SHS 技术用的是化学能而不是电能，快速内部自热而不是低速外部加热，用简单的反应装置而不是复杂的高温装置，因此受到重视。
SHS 技术最早于1967年在前苏联科学院物理化学研究所进行研究，得到了很大的成功，并已经能用这一技术生产 400多种化合物粉体，之后在20世纪80年代，美国和日本也进行了积极的研究。
如用镁热还原高温自蔓延制备TiB 2微粉：TiO 2 + B 2O 3 + 5Mg −−→−点火 5MgO + TiB 23）固相热分解法仲钨酸铵5 ( NH 4) 2O·12WO 3 · nH 2O 在空气中热分解可获得性能良好的WO 3粉体：5 ( NH 4) 2O·12WO 3 · nH 2O =12WO 3 + 10NH 3↑ + nH 2O ↑(1)仲钨酸铵热分解机理仲钨酸铵，也称APT ，其分子式为5 ( NH 4) 2O·12WO 3 · nH 2O ，其中n 可能是11, 7, 6和5；结晶水的多少由生产工艺条件决定。
仲钨酸铵是白色透明的晶体，松散，流动性好，在空气中加热时，60℃开始失去氨，100℃开始脱水，450℃开始转变为黄色三氧化钨。
仲钨酸铵热分解机理分为四个单独的阶段，可以表示为表12 液相法1）沉淀法沉淀法是指含一种或多种离子的可溶性盐溶液，加入沉淀剂，或于一定温度下使溶液发生水解，形成不溶性的氢氧化物、水合氧化物或盐类的前驱体沉淀物从溶液中析出，经固液分离，并将沉淀物洗涤以洗去其中的阴离子，经热分解或脱水即得到所需的氧化物粉料。
沉淀法制备粉体材料主要分为共沉淀法、均匀沉淀法等多种。
共沉淀法：含多种阳离子的溶液中加入沉淀剂后，所有离子完全沉淀的方法称共沉淀法。
例如ITO超细粉体的制备：首先将金属铟在硫酸中溶解，然后将所得In2(SO4)3溶液和SnCl4溶液按In2O3∶SnO2=9∶1(质量比)混合，在恒温水浴槽中于70℃下反应。
在高速搅拌下匀速滴加2 mol·L-1的氢氧化钠溶液,调节pH值到7，继续搅拌30 min，使沉淀完全。
将得到的共沉淀前驱体经抽滤、洗涤、干燥、煅烧、研磨，即可获得ITO 超细粉末。
均匀沉淀法：控制溶液中的沉淀剂浓度，使之缓慢地增加，则使溶液中的沉淀处于平衡状态，且沉淀能在整个溶液中均匀地出现，这种方法称为均相沉淀。
通常，通过溶液中的化学反应使沉淀剂慢慢地生成，从而克服了由外部向溶液中加沉淀剂而造成沉淀剂的局部不均匀性，结果沉淀不能在整个溶液中均匀出现的缺点。
例如纳米ZnO粉体的制备：按一定的比例向ZnNO3溶液中加入CO(NH2)2，在一定的温度下，搅拌生成前驱物沉淀，分别用水、乙醇洗涤沉淀，干燥后煅烧前驱物制得纳米氧化锌，反应式为：C O(NH2)2+H2O→CO2+2NH3；NH3+H2O→NH3·H2O;Zn(NO3)2+NH3·H2O→氧化锌前驱物；氧化锌前驱物→ZnO。
2）水热合成法水热合成法是液相中制备纳米颗粒的一种新方法。
一般是在100～350℃温度下和高气压环境下使无机或有机化合物与水化合，通过对加速渗析反应和物理过程的控制，可以得到改进的无机物，再过滤、洗涤、干燥，从而得到高纯、超细的各类微颗粒。
水热合成法可以用两种不同的实验环境进行反应：其一为密闭静态，即将金属盐溶液或其沉淀物置入高压反应釜内，密闭后加以恒温，在静止状态下长时间保温；其二为密闭动态，即在高压釜内加磁性转子，将高压釜置于电磁搅拌器上，在动态的环境下保温。
一般动态反应条件下可以大大加快合成速率。
举例：铜粉末的水热合成3）喷雾热解法原理：是将含所需正离子的某种金属盐的溶液喷成雾状，送入加热设定的反应室内，通过化学反应生成微细的粉末颗粒。
一般情况下，金属盐的溶剂中需加可燃性溶剂，利用其燃烧热分解金属盐。
主要过程：溶液配制、喷雾、反应、收集等四个基本环节。
分类：根据喷雾液滴热处理方式不同，可分为喷雾干燥、喷雾水解、喷雾焙烧和喷雾燃烧等四类。
如喷雾热解法制备ZnO粉体：实验流程由雾化器、反应器、收集器三部分构成，如图所示二水合醋酸锌水溶液经雾化器雾化为气溶胶微液滴，液滴在反应器中经蒸发、干燥、热解、烧结等过程得到产物粒子，粒子由袋式过滤器收集，尾气经检测净化后排空.4）溶胶－凝胶法基本原理：以液体的化学试剂配制成金属无机盐或金属醇盐前驱物，前驱物溶于溶剂中形成均匀的溶液，溶质与溶剂产生水解或醇解反应，反应生成物经聚集后，一般生成1nm左右的粒子并形成溶胶。
通常要求反应物在液相下均匀混合，均匀反应，反应生成物是稳定的溶胶体系。
在凝胶中通常还含有大量的液相，需要借助萃取或蒸发除去液体介质，并在远低于传统的烧结温度下热处理，最后形成相应物质化合物微粒。
用溶胶—凝胶法制备纳米颗粒过程中，最重要的就是溶胶和凝胶的生成，过程中依次要发生水解反应和缩聚反应。
其典型的反应式为M（OR）n十xH2O→M（OH）x（OR）n-x十xROH一M—OH十HO—M→一M—O—M十H2O （失水缩聚）一M—OR十HO—M→一M—O－M十ROH （失醇缩聚）控制溶胶—凝胶化的参数很多，溶液的pH值、溶液的浓度、反应温度和反应时间四个主要参数对溶胶—凝胶化过程有重要影响。
如用溶胶凝胶法制备SnO2粉体：以SnCl4和氨水为原料，其工艺流程可用框图表示如下：3 气相法气相法是直接利用气体，或者通过各种手段将物质变成气态，使之在气体状态一发生物理变化或化学反应，最后在冷却过程中凝聚长大形成超微粉的方法。
利用气相法可以制取纯度高、颗粒分散性好、粒径分布窄、粒度小的超微粉。
尤其是通过控制气氛，可以制备出液相法难以制得的金属、碳化物、氮化物、硼化物等非氧化物超细粉。
化学气相沉积法(CVD)是将原料气化后，使其在气相中通过化学反应，形成构成新物质的基本粒子一－分子、原子、离子等，经过成核和生长两个阶段生成薄膜、颗粒、晶须和晶体等固体材料的工艺过程。
这种方法在制备金属氧化物、氮化物及复合纳米粉体等方面应用广泛。
气相化学反应物系活化方式： 电阻炉加热、化学火焰加热、等离子体加热、激光诱导、γ射线辐射等多种方式。
例如CVD 法制备Si 3N 4粉体：SiCl 4 + NH 3−−−→−法CVD Si 3N 4 + 12HCl五、 粉体表征手段1. 粉体的粒度与粒度分布粒度是指粉体粒子大小的量度。
粒度的表征包括粒子大小的表征(平均直径)和粒度分布的表征。
超细粉体一般为多分散颗粒体系，即体系由粒径大小不等的粒子组成，粒径分布又称粒度分布，分为频率分布(相对分布)和累积分布。
累积分布又分上累积分布和下累积分布。
频率分布表示与各个粒径相对应的粒子占全部颗粒的百分含量;累积分布表示小于某一粒径的粒子占全部颗粒的百分含量，累积分布是频率分布的积分形式。
百分含量一般以颗粒质量、体积、个数为基准。
2．粉体的比表面积由于粒子表面的不平整性，使得测量其表面积变得毫无意义。
一般情况下我们只测定比表面积。
测定比表面积的方法很多，最为常用的是气体吸附法、透过法和浸润热法。
3．粉体的热力学性质热分析是研究物质在加热或冷却过程中产生某些物理变化和化学变化的技术。
热分析技术主要包括：热重分析(Thermogravimetry，TG)、差热分析(differential thermal analysis，DTA)和差示扫描量热(Differential scanning calorimetry，DSC )。
DSC是在DTA基础上发展起来的一种热分析技术，但DSC 热效应变化量的测定比DTA更准确。
TG与DSC联用能够更好地了解材料在热处理过程中化学行为的变化，从而可确定样品热处理的最佳温度点。
4．粉体的晶相组成X射线衍射是确定物质结构的一种简单而有效的实验手段。
可以从衍射峰的强度和位置进行定性分析，判断物质的晶态和结构；也可以进行定量计算，如由测得的θ角和己知X射线的波长，计算晶面间距，进行X射线结构分析。
X射线衍射的位置决定于晶胞的形状和大小，也即决定于各晶面的面间距，而衍射线的相对强度则决定于晶胞内原子的种类、数目以及排列方式。
每种晶态物质都有其特定的结构，因而也就有其独特的衍射花样。
混合物中某相的衍射线强度取决于它在试样中的相对含量，因此，若测定了各种结晶物质的衍射线强度比，还可以推算出它们的相对含量。
