喷雾热解法
喷雾热解法制备掺锑二氧化锡薄膜及其性能表征
二 氧化 锡薄 膜是 一 种 ｎ型半 导 体 ， 它具 有 优 良
但 高温稳 定性 能差 ． 掺 ｓ 而 ｂ能 大 幅度 提 高 Ｓ Ｏ 薄 ｎ， 膜 的 电导率 ＿ ， ４ 并且 具有 良好 的热稳 定 性 ， Ｊ 是一 种 很 有 应用潜 力 的低 辐 射 薄 ， 到 了广 泛研 究 ． 得 掺锑 氧化 锡薄 膜 主要 在 玻 璃 片 或者 陶瓷 衬 底 上制 备 ， 几
Ｊｎ ２０ ｕ ｅ， ０ ８
Ｖｏ ２７． ｌ Ｎｏ２
文 章 编 号 ：０ ４— ７ ２ ２ ０ ） ２ １７— ３ １０ ９ ６ （０ ８ ０ —０ ３ ０
喷雾 热解法制备掺锑二氧化锡薄膜及其性能表征
侯 环 宇 王 正德 李保 卫 ， ，
（． １ 内蒙 古 科 技 大 学 材 料 与冶 金 学 院 ， 蒙 古 包 头 内 ０ ４ １ ；． １００２ 内蒙 古 科 技 大 学 生 物 与 化学 工 程 学 院 ， 蒙古 包 头 内 ０４ １） １００
ＨＯＵ ａ — ｕ Ｗ ＡＮＧ ｈ ｎ — ｅ Ｌ ｏ ｗｅ Ｈｕ ｎ ｙ ， Ｚ ｅ ｇ ｄ ， ＩＢａ ｉ
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喷雾热解法制备ITO粉体的研究
喷雾热解法制备ITO粉体的研究周朝金;郭胜惠;张利华;彭金辉;杨兴卫;张利波;张声洲【摘要】以InCl3·4H2O和SnCl2·2H2O为原料、水为溶剂溶解作为前驱体溶液,采用微波管式炉加热联合超声波喷雾热解法制备得到ITO粉体.实验研究了不同微波热解温度和添加无水乙醇对ITO产品的微观形貌的影响,利用TG-DSC、XRD、SEM、EDS、TEM对样品的结构特征和微观形貌进行了表征分析.研究结果表明,合适的前驱液浓度、适宜的温度和适当的添加剂是影响氧化铟锡(ITO)粉体形貌的关键因素.得到粒径较小、分散性好和形貌呈球形的超细粉体的最佳条件为温度650℃,浓度0.01 mol/L,酒精加入量为30％,滤网加入200目.【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2016(047)002【总页数】7页(P2212-2218)【关键词】超声波;喷雾热解法;ITO超细粉体;微波【作者】周朝金;郭胜惠;张利华;彭金辉;杨兴卫;张利波;张声洲【作者单位】昆明理工大学云南省特种冶金重点实验室,昆明650093;昆明理工大学微波能工程应用及装备技术国家地方联合工程实验室,昆明650093;昆明理工大学非常规冶金省部共建教育部重点实验室,昆明650093;昆明理工大学冶金与能源工程学院,昆明650093;昆明理工大学复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室,昆明650093;昆明理工大学云南省特种冶金重点实验室,昆明650093;昆明理工大学微波能工程应用及装备技术国家地方联合工程实验室,昆明650093;昆明理工大学非常规冶金省部共建教育部重点实验室,昆明650093;昆明理工大学冶金与能源工程学院,昆明650093;昆明理工大学复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室,昆明650093;昆明理工大学云南省特种冶金重点实验室,昆明650093;昆明理工大学微波能工程应用及装备技术国家地方联合工程实验室,昆明650093;昆明理工大学非常规冶金省部共建教育部重点实验室,昆明650093;昆明理工大学冶金与能源工程学院,昆明650093;昆明理工大学复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室,昆明650093;昆明理工大学云南省特种冶金重点实验室,昆明650093;昆明理工大学微波能工程应用及装备技术国家地方联合工程实验室,昆明650093;昆明理工大学非常规冶金省部共建教育部重点实验室,昆明650093;昆明理工大学复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室,昆明650093;昆明理工大学云南省特种冶金重点实验室,昆明650093;昆明理工大学微波能工程应用及装备技术国家地方联合工程实验室,昆明650093;昆明理工大学非常规冶金省部共建教育部重点实验室,昆明650093;昆明理工大学冶金与能源工程学院,昆明650093;昆明理工大学云南省特种冶金重点实验室,昆明650093;昆明理工大学微波能工程应用及装备技术国家地方联合工程实验室,昆明650093;昆明理工大学非常规冶金省部共建教育部重点实验室,昆明650093;昆明理工大学冶金与能源工程学院,昆明650093;昆明理工大学复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室,昆明650093;昆明理工大学云南省特种冶金重点实验室,昆明650093;昆明理工大学微波能工程应用及装备技术国家地方联合工程实验室,昆明650093;昆明理工大学非常规冶金省部共建教育部重点实验室,昆明650093;昆明理工大学冶金与能源工程学院,昆明650093;昆明理工大学复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室,昆明650093【正文语种】中文【中图分类】V256;TM925.54;TB51+7铟锡氧化物(ITO)是通过Sn(Ⅳ)在In2O3晶格中的n型掺杂形成的半导体，是一种重要的铟材料，约占铟产品总量的60%以上[1-2]。
喷雾干燥(热解)法
喷雾干燥(热解)法
喷雾干燥（热解）法是一种将液体物质通过喷雾器雾化成小颗粒后，利用热风进行干燥或热解的方法。
下面是该方法的详细步骤：
1. 准备液体物质：将待处理的液体物质准备好，可以是溶液、悬浮液或乳液等。
液体物质的浓度、粘度和温度等参数需要根据具体实验要求进行调整。
2. 准备喷雾器：选择合适的喷雾器，常用的有压缩空气喷雾器、压力喷雾器和超声波喷雾器等。
根据物质的性质和要求，调整喷雾器的参数，如喷嘴直径、喷雾压力和喷雾角度等。
3. 进行喷雾：将液体物质通过喷雾器雾化成小颗粒。
喷雾过程中要注意控制喷雾速度和喷雾量，以确保颗粒大小均匀且适合后续的干燥或热解过程。
4. 干燥或热解：将喷雾后的小颗粒暴露在热风中进行干燥或热解。
热风的温度和流量需要根据物质的特性和要求进行调整，以确保颗粒能够快速干燥或热解，并且不会发生过度热解或燃烧等不良反应。
5. 收集产品：经过干燥或热解后的颗粒会被带走，需要设置合适的收集装置进行收集。
收集装置可以是过滤器、旋风分离器或电除尘器等，根据颗粒的大小和性质选择合适的收集方式。
需要注意的是，喷雾干燥（热解）法在实际应用中还需要考虑一些其他因素，如喷雾器的清洁和维护、热风的净化和排放等。
此外，不同的物质和实验目的可能需要根据具体情况进行一些调整和改进。
喷雾热解法的优点
制备导电薄膜的方法有溅射法、真空镀膜、溶胶一凝胶法或化学气相沉积法。
但溅射法、化学气相沉积法和真空镀膜法制备的
薄膜和玻璃基板的结合强度不够，溶胶一凝胶法制备的导电薄膜电阻较高。
喷雾热分解法(Spray pyrolysis)与_L述提到的方法相比，具
有所需设备简单，成膜速率高，成本低，掺杂容易实现，可实现大面积成膜等优点，而且所镀膜层与基板结合牢固，被认为是制备各种氧化物薄膜的有效方法。
本文采用喷雾热分解方法，
在普通玻璃上喷涂二氧化锡导电薄膜，探讨了材料和喷涂液的
最佳配制和最佳制作工艺，并对其性能进行了表征。
喷雾热解法资料.
金属盐溶液
冻结液滴 溶剂升华
喷 雾 (10~20μm)
热风中溶 高温介质中 溶剂蒸发+
剂蒸发
溶剂蒸发
热分解
金属盐粒子
热分解
分类 冷冻干燥法
氧化物粒子 喷雾干燥法 热煤油法 喷雾热解法
喷雾干燥装置图
喷雾干燥法的特点
原料盐必须能溶于溶剂中 快速干燥，粉体呈球形； 粉体组分均一，纯度高； 可用于造粒。 如镍、铁、锌混合硫酸盐的制备，粒径约10~20μm
盐→200nm软铁氧体微粉
喷雾热解法
较为新颖的方法，最早出现于60年代末； 溶剂蒸发与金属盐热解在瞬间同时发生，生成产物与
原料盐具有不同的化学组成；也称为喷雾焙烧法，火 焰喷雾法，溶液蒸发分解法等。 喷雾可进入加热的反应器或喷至高温火焰两种方法， 一般用可燃性溶剂，以利用其燃烧热
喷雾热解装置图
1m 500nm
0.5M-g2-600
0.5M-g2-700
还原剂种类对粉体形貌的影响
1m
0.5M-g2-500
500nm 500nm
0.5M-u2-500
0.5M-u2-600
烧结体的SEM
0.5M-500
0.5M-g2-500 0.5M-u2-500 0.5M-u2-600
SDC样品的电导率与温度的关系
致密Ni的制备
改变以表面反应(沉淀)为主的反应方式，到以 体内反应(沉淀)为主的反应方式
方法：在Ni(NO3)3溶液中加入一定的氨水，使 之与Ni2+形成络合物
反应方程式
(a) T1 = 200 oC,
T2=400 oC, pure NiO;
(b) T1= 300 oC, T2 . =800oC, containing Ni and NiO;
喷雾热解法制备前驱体材料
喷雾热解法制备前驱体材料【原创版】目录1.喷雾热解法的概念与原理2.喷雾热解法制备三元正极材料前驱体技术3.喷雾热解法制备 SrAl2O4:Eu~(2),Dy~(3) 长余辉发光材料4.喷雾热解法制备稀土氧化物5.结论：喷雾热解法的优势与应用前景正文一、喷雾热解法的概念与原理喷雾热解法是一种制备粉末材料的先进技术，它通过将各种金属盐按照所需的化学计量比配成前驱体溶液，经过雾化器雾化后，由载气带入高温反应炉中。
在反应炉中，瞬间完成溶剂蒸发、溶质沉淀形成固体颗粒、颗粒干燥、颗粒热分解、烧结成型等一系列的物理化学过程，最后形成超细粉末。
二、喷雾热解法制备三元正极材料前驱体技术力合厚浦项目自主研发的喷雾热解法制备三元正极材料前驱体技术，据说可实现零废水排放，能耗降低 50%，成本降低 60%。
这一技术在制备过程中能实现零废水排放，降低了能耗和成本，为碳中和概念的发展提供了有力支持。
三、喷雾热解法制备 SrAl2O4:Eu~(2),Dy~(3) 长余辉发光材料喷雾热解法还可以用于制备 SrAl2O4:Eu~(2),Dy~(3) 长余辉发光材料。
通过这一方法，可以合成球形的 SrAl2O4:Eu~(2),Dy~(3) 长余辉发光材料，并研究不同制备工艺条件对材料性能的影响。
四、喷雾热解法制备稀土氧化物喷雾热解法还可以用于制备稀土氧化物。
2006 年，戚发鑫借鉴国外的喷雾热解法制备稀土发光材料的经验，设计制造了超声喷雾热解装置，并制备了稀土钇铝石榴石荧光粉和非团聚、球形 YAG:Ce 荧光粉。
五、结论：喷雾热解法的优势与应用前景喷雾热解法具有制备过程环保、能耗低、成本低等优势，因此在制备前驱体材料、稀土氧化物等领域具有广泛的应用前景。
喷雾热解法
气氛：N2或15%H2+85%N2
分解反应过程
Ni(NO3)3→NiO +NO2+O2 (300oC)
NiO+H2 →Ni +H2O
(500oC)
即(i)液滴干燥, (ii) NiO 还原为 Ni, 和(iii) Ni晶体的 粒内烧结
NiO随反应温度的变化
(a) T1=200oC, T2=400 oC; (b) T1=400 oC, T2 = 1200oC (c) in N2 atmosphere and a carrier gas flow rate of 3.0 cms-1
JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE 34 (1999) 1313 – 1318
Ni 颗粒形貌随反应温度的关系
(a) T1 =200 oC, T2 =400 oC
(b) T1=400 oC, T2 =800 oC;
(c) T1 =400oC, T2 =1000 oC;
(d) T1 =400 oC, T2 =1200 oC
in H2–N2 atmosphere at a carrier gas flow rate of 3.0 cm s-1
法，凝胶浇注法
液相法：沉淀法，溶胶-凝胶法，喷雾干燥法, 水热合
成法、甘氨酸法，柠檬酸盐法, 燃烧法，喷雾热解法 等
气相法：蒸发法，（磁控，激光）溅射法，等离子
体喷涂法，化学气相淀积(CVD)法，气溶胶法
沉淀法的缺点
沉淀为胶状物，水洗、过滤 困难；
沉淀剂易作为杂质混入沉淀 物或形成络合物；
NiO(Ni)形貌随反应气氛的关系
(a) NiO powder prepared at T1= 200 oC,T2 =400 oC, N2 atmosphere;
喷雾热解法制备球形SrMoO_4∶Eu~(3+)荧光粉及发光性能
子 Ｄ 。 一Ｆ 轨道跃 迁会 发射 出强 的红 光 ， 因此 ， Ｓ ｒ Ｍｏ Ｏ ： Ｅ ｕ 。 荧光 粉 被 广 泛 研 究 ］ 。 目前 ， Ｓ ｒ Ｍｏ Ｏ 荧 光 粉 的制 备方 法 主要 有 高温 固相法［ 、 溶 剂 热法 ｌ ＿ ３ ］ 、 共 沉 淀
按Ｓ ｒ Ｍｏ Ｏ ：Ｅ ｕ 化学计量 比称取原料 ， 用 适 量浓 硝酸 和少 量去 离 子 水 溶解 Ｅ ｕ Ｏ。 ， 缓 慢 加 热 至 去 除多 余 的硝酸 ， 再加 人 一 定 量 去 离子 水 将 其 溶 解 成
Ｅ ｕ （ ＮＯ 。 ） 。溶 液 ， 加 入 称量 好 的 Ｓ ｒ （ ＮＯ。 ） ， 室温 下 搅 拌 均匀 ； 把称 量 好 的 四水 合 钼 酸 铵 溶解 于适 量 的去 离
法ｌ ４ 、 微波 法¨ ｓ ］ 、 溶 胶一 凝 胶 法‘ 、 燃 烧法［ ７ 和 微 乳 液 法ｌ 。 等， 这 些方 法成 功地合 成 了 Ｓ ｒ Ｍｏ Ｏ 荧 光粉 ， 但 很 少 能得 到规则 球形 形貌 的荧光 粉体 。喷 雾热 解 法是 一
种兼 有液 相法 优点 的气相 合成 法 ， 该 法 具有 设备 简 单 、 操作 简便 、 产 物形状 规则 、 尺 寸可控 和粒 径分 布 窄 等特 点 。喷雾热 解法所 制得 的产 物是 由悬 浮在 空 中 的液滴 反 应而 来 ， 因此 制 备 的颗 粒 一 般呈 规则 的球 形 。 目前 国内 外 已有 研 究 者 用 此 法 合 成 Ｙ Ｏ。 ：Ｅ ｕ 。 、
体颗 粒呈 现 实 心球 形 结 构 ； 温度为 ５ ０ ０ ℃ 时 所 得 样 品
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喷雾可进入加热的反应器或喷至高温火焰两种方法， 一般用可燃性溶剂，以利用其燃烧热
喷雾热解装置图
制备过程
雾化→干燥→分解→灼烧 干燥阶段的传热传质过程 1)气相主体向液滴表面传热过程； 2)溶剂向液滴表面蒸发，蒸气由液滴表面向气体扩散； 3)溶剂挥发使液滴体积收缩； 4)溶质由液滴表面向中心扩散； 5)液滴内部的热量传递 一般来说，溶质扩散及液滴收缩过程为控制步骤
加热方式：两段式加热 T1：液滴干燥 (200–600 oC) , T2：固体颗粒分解(400–1400 oC)
气氛：N2或15%H2+85%N2
分解反应过程
Ni(NO3)3→NiO +NO2+O2 (300oC) NiO+H2 →Ni +H2O (50i) NiO 还原为 Ni, 和(iii) Ni晶体的 粒内烧结
0.5M-u2-600
SDC样品的电导率与温度的关系
5
4
800°C的电导率：
U600:0.087s/cm G700:0.072s/cm
u600 g700 g600
ln(T)
3
2
1
G600:0.076s/cm
0 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3
1000/T
喷雾热解法制备Ni粉体
原料： Ni(NO3)3溶液
喷雾热解法制备 陶瓷超微粉体
纳米粉体的制备方法
固相法 ：固相反应法，热分解法，改进的固相反应
法，凝胶浇注法
液相法：沉淀法，溶胶-凝胶法，喷雾干燥法, 水热合
成法、甘氨酸法，柠檬酸盐法 , 燃烧法，喷雾热解法 等
气相法 ：蒸发法，（磁控，激光）溅射法，等离子
体喷涂法，化学气相淀积(CVD)法，气溶胶法
液滴粒子形貌与制备条件的关系(一)
液滴粒子形貌与制备条件的关系(二)
粉体特点
兼具液相法和气相法的优点： 1、不需过滤、洗涤， 2、纯度高，分散性好，粒度均匀可控，可制备 多组分的复合超微粉体
超声喷雾热解制备SDC粉体
主料：Ce(NO3)3 及Sm(NO3)3水溶液 配料：甘氨酸(g)或尿素(u) 载气：空气
考察：溶液浓度、还原剂选择、反应温度等对粉 体形貌的影响
样品制备条件与粒子尺寸
原液组分对粉体形貌的影响
100nm
1m
500nm
硝酸盐
硝酸盐+甘氨酸
硝酸盐+尿素
原料浓度对粉体形貌的影响
500nm
500nm
0.1M-g2-450
0.2 M-g2-450
500nm 0.5M-g2-450
加热温度对粉体形貌的影响
NiO随反应温度的变化
(a) T1=200oC, T2=400 oC; (b) T1=400 oC, T2 = 1200oC in N2 atmosphere and a carrier gas flow rate of 3.0 cms-1
JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE 34 (1999) 1313 – 1318
沉淀法的缺点
沉淀为胶状物，水洗、过滤 困难；
沉淀剂易作为杂质混入沉淀
物或形成络合物；
沉淀过程各成分的偏析； 合适的共沉淀剂寻找困难等
不需沉淀 剂的液相反 应法—溶剂 蒸发法，喷 雾热解法
溶剂蒸发法
重点：溶液被分散成小液滴，使组分偏析体 积最小。 优点： 1) 粒子内各成分比例与原溶液相同，且可形 成多组分氧化物粉末；
喷雾干燥法的特点
原料盐必须能溶于溶剂中 快速干燥，粉体呈球形； 粉体组分均一，纯度高； 可用于造粒。
如镍、铁、锌混合硫酸盐的制备，粒径约10~20μm 盐→200nm软铁氧体微粉
喷雾热解法
较为新颖的方法，最早出现于60年代末；
溶剂蒸发与金属盐热解在瞬间同时发生，生成产物与
原料盐具有不同的化学组成；也称为喷雾焙烧法，火
500nm
1m
1m
500nm
0.5M-g2-450
0.5M-g2-500
0.5M-g2-600
0.5M-g2-700
还原剂种类对粉体形貌的影响
1m
500nm
500nm
0.5M-g2-500
0.5M-u2-500
0.5M-u2-600
烧结体的SEM
0.5M-500
0.5M-g2-500
0.5M-u2-500
NiO(Ni)形貌随反应气氛的关系
(a) NiO powder prepared at T1= 200 oC,T2 =400 oC, N2 atmosphere; (b) NiO powder prepared at T1= 400 oC, T2 =1200 oC, N2 atmosphere; (c) powder containing Ni and NiO, prepared at T1 =200oC, T2 =400 oC, H2–N2 atmosphere; (d) Ni powder prepared at T1=400 oC, T2 =1200 oC, H2–N2 atmosphere.
(a) T1 = 200 oC, T2=400 oC, pure NiO; (b) T1= 300 oC, T2 . =800oC, containing Ni and NiO; (c) T1=400 oC, T2 . 1200 oC, pure Ni.
实际中的粉体形貌
2) 氧化物粒子一般为球形，流动性好；
3)易于连续运转，生产能力较大
喷雾干燥法就是溶剂蒸发法的一种
金属盐溶液
喷
冻结液滴
雾
(10~20μm)
高温介质中 溶剂蒸发 溶剂蒸发+ 热分解
热风中溶 剂蒸发
溶剂升华 金属盐粒子
热分解 氧化物粒子 分类 冷冻干燥法 喷雾干燥法 热煤油法 喷雾热解法
喷雾干燥装置图
致密Ni的制备
改变以表面反应(沉淀)为主的反应方式，到以 体内反应(沉淀)为主的反应方式 方法：在Ni(NO3)3溶液中加入一定的氨水，使 之与Ni2+形成络合物
反应方程式
(a) T1 = 200 oC, T2=400 oC, pure NiO; (b) T1= 300 oC, T2 . =800oC, containing Ni and NiO; (c) T1=400 oC, T2 . 1200 oC, pure Ni.
Ni 颗粒形貌随反应温度的关系
(a) T1 =200 oC, T2 =400 oC (b) T1=400 oC, T2 =800 oC; (c) T1 =400oC, T2 =1000 oC; (d) T1 =400 oC, T2 =1200 oC in H2–N2 atmosphere at a carrier gas flow rate of 3.0 cm s-1