一种纳米材料的制备AgSnO2 - 图文

化学共沉淀法合成AgSnO2纳米复合粉体

采用化学共沉淀法生产获得银氧化锡纳米复合粉体，该方法以锡元素，SnCl2?2H2O和硝酸根作为原料，以碳酸盐溶液作为沉淀剂。氯离子、离子强度和过度饱和对纳米粉体的影响是采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透视映射进行研究。通过化学共沉淀发可获得均匀弥散分布的微观组织。离子强度越高，导致纳米复合材料颗粒越细小。然而不良的氯离子又会导致在接触表面不稳定，可以通过使用锡元素代替SnCl2?2H2O作为初始材料而消除。但随之而来的又是聚集程度的降低。结果显示，增加过度饱和的环境可以提高晶核形成，因此可以使纳米复合颗粒的大小减小到50%。

银金属氧化物复合触头材料广泛应用于各种低压开关。例如，继电器，接触器和断路器[1– 4 ]。直到三十几年前，由于其优良的功能和技术性能，Ag-CdO复合材料成为这一应用的首选材料。然而，由于镉具有毒性，特别是当它蒸发的时候，对此人们已作出相当大的努力使用其他环保材料来取代它，例如Ag-SnO2 [ 2-9]。相比于Ag -CdO材料，AgSnO2除了具有优良的抗电弧侵蚀性和焊接性能外，还具有更高的硬度、接触电阻和温升[10-12]。

生产Ag-SnO2材料有不同的方法[ 13 ]，如粉末冶金、铸造和化学法。最近，因为经济上可行性、颗粒的均匀分布和可能达到纳米粉体的可能性，化学共沉淀法已被广泛用于合成复杂的粉末。本文阐述了采用化学共沉淀法合成了纳米Ag-SnO2粉。为了获得细小均匀分布的纳米颗粒，应满足一下要求：

?较高的过饱和度；

?一个反应器里必须浓度均匀分布； ?所有的颗粒或晶体生长时间必须统一。

锡离子强度和过饱和沉淀剂对材料最终的性能有直接的影响。为探讨初步的化合物、锡离子强度和过饱和沉淀剂的影响，在碳酸钙剂沉淀剂中同时加入硝酸银和锡。然后在400℃温度下烧结4小时。

实验材料和处理方法

化学共沉淀法被认为是一种适合制备Ag-SnO2复合粉体的方法。在碳酸钙沉淀剂中同时加入硝酸银和锡。然后在400 ℃高温下对它们进行煅烧4小时。X射线衍射（XRD）对所制备的样品进行物相分析，X射线衍射（XRD）用Cu 作阳极靶的Kα谱线，操作电压和电流分别为40 kV和40mA。粒度大小通过使用Debye-Schererr方程计算。使用飞利浦XL30型扫描电子显微镜（SEM）观察颗粒的形貌、微观结构和颗粒大小。使用X射线衍射仪对颗粒分布进行研究。

实验方案

两种锡离子（Sn2+和Sn4+）以不同的离子强度存在。使用不同的反应剂初步化合制备AgSnO2纳米颗粒的方法如下：

首先，DPT(II)1方法：将锡粉溶解在热的稀硝酸里并搅拌。由于SnO2粉末形成的非常快，加入几滴盐酸可以防止SnO2的形成。其反应可以用方程（1）来表述。如果SnO2粉末在这个阶段产生，纳米SnO2颗粒在银基体中的均匀分布就不能实现。生成硝酸锡溶液（II）的反应如方程（2）所示。

3Sn+4HNO3?12HCl?3Sn4??12Cl??4NO??8H2O （1）

??2? 2Sn?3H?N3O?2Sn?4? O （2） N?2H其次，DPT(IV)2方法：在温度加热到55摄氏度时，把20毫升浓硝酸溶液加入到硝酸锡（II）溶液中就可以生成硝酸锡(IV)溶液。

最后，DPC3方法：把SnCl2?2H2O粉末溶解在去离子水中并滴入几滴盐酸，主要

目的是使整个溶解过程处在沸腾的环境里。然后加入NaOH溶液就会产生 Sn（OH）2沉淀。当用去离子水冲洗几遍去掉氯离子之后，Sn（OH）2沉淀也随之洗掉，我们最终需要的产物就会溶解在硝酸溶液里。这些反应可以由以下反应式表示：

(SnCl?2H2O)s?HCl?H2O??~(SnCl2)aq （3）

SnCl2?2NaOH?Sn(OH)2??2NaCl （4）

Sn(OH)?2HNO3??~Sn(NO3)2?2H2O （5）

把锡和银的硝酸盐溶液从两个分离的容器缓慢的(0.05 cm3/sec)滴到沉淀剂(Na2CO3, M = 1.9 m/L; NaHCO3,M = 1.3 m/L; K2CO3, M = 7.5 m/L)上。在所有过程中，粉状产物都要用去离子水冲洗几遍，并且要在100℃的温度下干燥两小时和在400℃的温度下烧结四小时。Ag-SnO2粉体的合成条件列于表1。

注：方法1：直接处理锡（II）；方法2：直接处理锡（IV）；方法3：直接处理氯化锡。

表1银氧化锡纳米复合粉体的合成条件。

样本

初始化合物

锡离子 Sn2+ Sn4+ Sn2+ Sn2+ Sn2+

沉淀物

DPT(II) DPT(IV) DPC-I DPC-II

Sn(metal) Sn(metal) SnCl2?2H2O SnCl2?2H2O SnCl2?2H2O

Na2CO3/M = 1. 9 Na2CO3/M = 1. 9 Na2CO3/M = 1. 9 K2CO3/M = 7. 5 NaHCO3/M = 1. 3

DPC-III

DPT: 直接处理锡；DPC：直接处理氯化锡。

结果

离子强度的影响

纳米银颗粒的平均晶粒尺寸计算根据Debye-Scherer的方程如下：

D?K?/?CO?S? （6）

式中D是晶粒尺寸，K是粒子成形系数（0.9），是波长，是衍射角，是

半峰的整个横坐标值（FWHM）。银的晶粒尺寸见表2。银元素最大强度衍射线半峰的宽度比氧化锡的更窄。

表2 实际计算出的粒子尺寸（110）Ag

试样 DPT(II) DPT(IV) DPC-I DPC-II DPC-III

粒子尺寸（nm）

83.1 89.6 29.7 26.3 29.7

DPT:直接处理锡；DPC：直接处理氯化锡。

图1显示的是DPT(II)的XRD图谱。同样的形式也在PDT(IV)中观察得到。由图可以看出，两种粉末的最终成分是相同的，当初始化合物是金属锡的时候，氯化银的峰确认。

图1 DPT(II)粉末的X衍射图。 DPT：直接处理锡

DPT(II) 和DPT(IV)粉末的SEM微观组织见图2。