納米結(jié)構(gòu)ATO和復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)特性.pdf

1、銻摻雜氧化錫(antimony doped tin oxide，ATO)是一種半導(dǎo)體材料，也是一種淺色導(dǎo)電填料，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性及穩(wěn)定性、良好的耐候性、耐高溫性、化學(xué)穩(wěn)定性、光學(xué)性能和機(jī)械磨損性能，在平面顯示器、太陽能電池、鋰離子電池、電磁屏蔽材料和氣敏傳感器等眾多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。目前，關(guān)于Sb摻雜量和焙燒溫度等工藝條件對(duì)ATO電導(dǎo)率的影響還沒有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，ATO的新應(yīng)用還有待進(jìn)一步挖掘，深入研究ATO的結(jié)構(gòu)、性能和導(dǎo)電機(jī)理，探索

2、優(yōu)化制備條件對(duì)殲拓新應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　 國內(nèi)外主要側(cè)重于氣相法制備ATO納米材料，該法設(shè)備相對(duì)昂貴，不適合大規(guī)模作業(yè)?；瘜W(xué)共沉淀法克服了以上缺點(diǎn)，具有經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單、可規(guī)模化生產(chǎn)的特點(diǎn)。本文采用化學(xué)共沉淀法制備ATO納米顆粒，通過水熱法合成了具有一維納米結(jié)構(gòu)的ATO，研究了制備工藝條件對(duì)ATO顆粒和納米棒結(jié)構(gòu)及性能的影響規(guī)律，制備了色淺、高電導(dǎo)率的納米結(jié)構(gòu)ATO。探索了ATO在導(dǎo)電復(fù)合材料中的應(yīng)用，成功制備了ATO/EV

3、A及ATO/PI導(dǎo)電復(fù)合材料。制備了復(fù)合催化劑Pt-ATO/C，在直接甲醇燃料電池陽極催化劑中表現(xiàn)出了良好的催化活性，為制備高效催化劑探索了一條新途徑，對(duì)DMFC的市場(chǎng)化應(yīng)用具有較大的實(shí)際價(jià)值。主要內(nèi)容包括：
　　 1.采用化學(xué)共沉淀法制備了ATO納米顆粒，研究了sb摻雜量、焙燒溫度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)終點(diǎn)pH值和后處理過程等工藝條件對(duì)ATO結(jié)構(gòu)和性能的影響，對(duì)全面了解ATO的導(dǎo)電機(jī)理具有重要的指導(dǎo)意義。運(yùn)用X-射線衍射(XRD)、

4、熱重分析(TG)、掃描電鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，結(jié)果顯示：Sb摻雜量和焙燒溫度對(duì)ATO的結(jié)構(gòu)和性能影響較為顯著，隨著摻雜量的提高，ATO的特征衍射峰逐漸寬化，峰尖銳程度逐漸變?nèi)?；晶粒粒徑逐漸減??；色澤逐漸加深；體積電阻率逐漸降低，摻雜量在5％時(shí)達(dá)到最小值，之后又逐漸升高。隨著焙燒溫度的提高，ATO的特征衍射峰半峰寬逐漸變小，峰形逐漸尖銳；晶粒粒徑逐漸增大；色澤逐漸加深；體積電阻率逐漸降低，當(dāng)焙燒溫度為600℃

5、時(shí)達(dá)到最小值，之后又逐漸升高。
　　 2.運(yùn)用水熱法制備了ATO納米棒簇，探討了反應(yīng)物濃度和反應(yīng)時(shí)間等工藝條件對(duì)納米棒長徑比的影響。利用X-射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)和能譜分析(EDS)等對(duì)納米棒結(jié)構(gòu)和形態(tài)進(jìn)行了表征。并對(duì)納米棒的生成機(jī)理進(jìn)行了論述。得出如下結(jié)論：隨著反應(yīng)物濃度的升高，ATO納米棒的直徑和長度同時(shí)增大，長徑比基本不變。隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，ATO納米棒的直徑基本不變，長度逐漸增大，納米棒逐漸呈分散狀態(tài)。

6、水熱法得到的ATO電阻率較高，為100Ω·cm左右，而共沉淀法得到的ATO經(jīng)過高溫煅燒階段，電阻率較低，為2.3Ω·cm左右。
　　 3.利用熔融共混法和溶液共混法制得了ATO/EVA復(fù)合薄膜，運(yùn)用紫外-可見光譜(UV-Vis)、掃描電鏡(SEM)對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行了表征，分析認(rèn)為溶液共混法得到的復(fù)合材料中ATO分散更加均勻，機(jī)械性能更好。隨著ATO添加量的增加，體積電阻率迅速下降，當(dāng)添加量為15％時(shí)，ATO/EVA的體積電阻率降到

7、105Ω·cm以下，成為導(dǎo)電材料。由此可見，ATO是良好的淺色導(dǎo)電填料，可以制備性能良好的導(dǎo)電復(fù)合材料，對(duì)ATO在導(dǎo)電復(fù)合材料中的廣泛應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。
　　 4.聚酰亞胺是一種介電常數(shù)高、耐溫性好的高分子材料，合成過程需經(jīng)過高溫環(huán)化。而ATO的生成也是將前驅(qū)物經(jīng)過高溫煅燒所得。運(yùn)用原位聚合方法直接將ATO前驅(qū)物添加到基體中，并和添加ATO所得復(fù)合材料對(duì)比發(fā)現(xiàn)，ATO前驅(qū)物在PI環(huán)化過程中結(jié)晶，減弱了ATO的團(tuán)聚，改善了ATO在

8、PI基體中的分散，提高了復(fù)合材料的機(jī)械性能。
　　 5.將ATO代替SnO2，利用化學(xué)共沉淀法和多元醇還原法合成了Pt-ATO/C復(fù)合催化劑，并運(yùn)用X-射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、能譜分析(EDS)和透射電鏡(TEM)對(duì)催化劑的組成和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。結(jié)果顯示：ATO在直接甲醇燃料電池(DMFC)陽極催化劑中表現(xiàn)出了良好的催化活性和穩(wěn)定性，正向掃描時(shí)催化劑Pt-ATO/C的峰電流為8.9 mA cm-2，高于商用催化劑