Спосіб синтезу нанодисперсного стануму (iv) оксиду

Реферат: Спосіб синтезу нанодисперсного стануму (IV) оксиду включає нагрівання стануму (IV) оксиду в трубчатій печі. Прекурсор стануму (IV) оксиду отримують змішуванням гарячих розчинів стануму (II) хлориду та перекристалізованої оксалатної кислоти, осадженням стануму (II) оксалату, відмиванням утвореного осаду від іонів Сl дистильованою водою, висушуванням при температурі 105 °С протягом 120 хвилин, нагріванням наважки прекурсору стануму (IV) оксиду стануму (II) оксалату в трубчатій печі до температури 850 °С і витримкою впродовж 60 хвилин. UA 98761 U (54) СПОСІБ СИНТЕЗУ НАНОДИСПЕРСНОГО СТАНУМУ (IV) ОКСИДУ UA 98761 U UA 98761 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі нанотехнології, а саме до способів синтезу нанодисперсного стануму (IV) оксиду (SnO2) для використання в газових сенсорах. Сенсори, чутливим елементом в яких є SnO2, знайшли широке застосування як унікальні порогові датчики, що реагують на присутність в атмосфері шкідливих для організму людини або небезпечних газів, таких як CO, NO, NO2, Н2 та ін. Відомо, що найбільші значення сенсорного сигналу характерні для нанокристалічних матеріалів, які мають високу питому поверхню, і, як наслідок, високу адсорбційну здатність. Для одержання нанодисперсного стануму (IV) оксиду застосовують метод газотранспортного синтезу ПРК (пара-рідина-кристал). Відомий метод синтезу, в якому нанопорошок SnO2 одержують з порошкоподібного стануму (II) оксиду (SnO) методом газотранспортного синтезу в трубчатій печі [Стаття: Морфология нанокристаллов оксида олова, полученных методом газотранспортного синтеза, Письма в ЖТФ, 2010, том 36, вып. 12]. Як газ-носій використовують аргон з домішкою 0,5 % кисню, який необхідний для доокислення металічного стануму, що є продуктом реакції диспропорціонування SnO. Синтез проводять при температурі вище 1050 °C. Недоліками цього методу є висока температура проведення синтезу і, як наслідок, високі енергозатрати, а також нестабільність SnO при зберіганні (під час зберігання на повітрі станум (II) оксид поступово окислюється). Найбільш близьким до запропонованої корисної моделі є спосіб газотранспортного синтезу в атмосфері азоту та/або аргону [патент US006940086B2, МПК H01L 29/06 (06.09.2005)], в якому наноструктури SnO2 синтезують з фольги стануму високої чистоти та порошкоподібного стануму (II) оксиду, розміщених шарами в центральному регіоні трубчатої печі. Суміш реагентів нагрівають до температури 1050-1150 °C і витримують при цій температурі до 14 годин. Недоліками цього способу є складність реалізації синтезу, висока температура процесу та довгий час витримки. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення способу синтезу нанодисперсного стануму (IV) оксиду, який дозволить отримувати нанопорошок за нижчої температури та меншої тривалості синтезу. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб синтезу нанодисперсного стануму (IV) оксиду, що включає нагрівання прекурсору стануму (IV) оксиду в трубчатій печі, згідно з запропонованою корисною моделлю, новим є те, що прекурсор стануму (IV) оксиду отримують змішуванням гарячих розчинів стануму (II) хлориду та перекристалізованої оксалатної кислоти, осадженням стануму (II) оксалату, відмиванням утвореного осаду від іонів Сl дистильованою водою, висушуванням при температурі 105 °C протягом 120 хвилин, нагріванням наважки прекурсору стануму (IV) оксиду стануму (II) оксалату в трубчатій печі до температури 850 °C і витримкою впродовж 60 хвилин. На Фіг. 1 показано рентгенограму, одержану рентгенофазовим аналізом. Рентгенограма ілюструє залежність інтенсивності піків (мм) від брегівського кута 20 (град). На Фіг. 2 наведено зображення синтезованого зразка SnO2, зроблене за допомогою просвічуючого електронного мікроскопа (ПЕМ). Спосіб здійснюється наступним чином. Для проведення синтезу оксалатну кислоту попередньо очищають перекристалізацією. Для цього готують насичений розчин оксалатної кислоти в дистильованій воді та нагрівають його до температури 7080 °C. Одержаний гарячий розчин фільтрують і швидко охолоджують. Після охолодження оксалатна кислота випадає в осад, який відфільтровують на лійці Бюхнера і сушать на повітрі протягом доби. Стануму (II) оксалат отримують шляхом прямого осадження: до гарячого розчину (6070 °C) стануму (II) хлориду приливають гарячий розчин (6070 °C) оксалатної кислоти у мольному співвідношенні 1: 1,5, відповідно. Одержаний розчин охолоджують. Осад, що утворився після зливання, відфільтровують, відмивають дистильованою водою від йонів Сl . Наявність йонів СГ перевіряють розчином арґентуму нітрату (AgNO3). Відмитий осад висушують в сушильній шафі при температурі 105 °C протягом двох годин. Для проведення синтезу нанодисперсного стануму (IV) оксиду наважку стануму (II) оксалату поміщають в центральну частину реактора трубчатої печі. Температуру печі доводять до 850 °C і витримують впродовж 1 години. Крізь реактор протягом всього часу синтезу пропускають азот з домішкою 0,005 % кисню. Одержаний зразок досліджують рентгенофазовим і рентгеноструктурним методами аналізу та методом просвічуючої електронної мікроскопії. Згідно з результатами рентгенофазового і рентгеноструктурного методів аналізу, утворюється нанодисперсний стануму (IV) оксид тетрагональної структури з середнім розміром кристалітів 58 нм (див. Фіг. 1). 1 UA 98761 U 5 Виходячи з наведеного ПЕМ-зображення (див. Фіг. 2) частинки одержаного зразка SnO2 мають овальну форму розміром від 40 до 80 нм. Синтез нанодисперсного стануму (IV) оксиду проводять з застосуванням таких реактивів: оксалатної кислоти (перекристалізована), хлориду стануму (II) кваліфікації "чда", азоту газоподібного підвищеної чистоти. Таким чином, запропонований спосіб синтезу нанодисперсного стануму (IV) оксиду дозволяє одержувати матеріал для створення на його основі газових сенсорів. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 Спосіб синтезу нанодисперсного стануму (IV) оксиду, що включає нагрівання стануму (IV) оксиду в трубчатій печі, який відрізняється тим, що прекурсор стануму (IV) оксиду отримують змішуванням гарячих розчинів стануму (II) хлориду та перекристалізованої оксалатної кислоти, осадженням стануму (II) оксалату, відмиванням утвореного осаду від іонів Сl дистильованою водою, висушуванням при температурі 105 °С протягом 120 хвилин, нагріванням наважки прекурсору стануму (IV) оксиду стануму (II) оксалату в трубчатій печі до температури 850 °С і витримкою впродовж 60 хвилин. 2 UA 98761 U Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3