以超臨界二氧化碳乾燥搭配溶膠-凝膠法製備結晶性ITO粉末之探討

件下讓溶劑自然揮發或通過減壓使溶劑逸
散,都不可避免地造成凝膠的體積逐漸收縮導
致破裂碎化,最終使得粉體叢聚變大。這是因
為凝膠中毛細管內的流體在乾燥過程中氣頾液
相交界面上產生表面張力的緣故[呂,2006]。
且在加熱乾燥及煆燒過程中,會有成份散失、
有機溶劑揮發對環境的汙染及能源損耗等缺
點。因此,若能找到一個鞄替代上述溶膠溶液在
加熱乾燥及煆燒的過程,來製備結晶性的 ITO
粉末,則不僅能節省能源及資源的浪顄費,更能
提升所製備出奈米級陶瓷粉體的性質
[Reverchon et al.,1998]。因此,本文即探
討以超臨界乾燥搭配溶膠-凝膠法來製備結晶
性 ITO 微粉之可行性,並探討製程條件對所製
備之 ITO 為粉性質之影響。
二、實驗步驟 實驗步驟
取適量的 In(NO3)3.H2O 及 SnCl4,將其
溶解於甲醇溶劑中並攪拌,而 In(NO3)3.H2O
需加入適量的酸觸媒痵。將所得之 In(NO3)3.
H2O 及 SnCl4 溶液分別置於冰浴顑中降溫,直到
熱平衡為止。將兩溶液混合並攪拌,達澄清後
即得穩言定的 ITO 前驅溶膠溶液。
將配製好的 ITO 前驅溶液,置於超臨界
乾燥系統甤(圖一)之反應槽(8)中鎖覠緊,並將反應
槽、氣頾體幫浦顈、儲壓槽等管線連疈接。開啟循環
冷卻裝置(2)及溫控循環機(6),使之達到操作
溫度。打開 CO2 鋼瓶(1)及拴緊閥(4),並調整
高壓幫浦顈(3)的壓力,使儲壓槽(5)內達到所需
圖一 超臨界乾燥系統甤圖
(1)CO2 鋼瓶 (2)冷卻裝置 (3)高壓幫浦顈 (4)拴
緊閥 (5)儲壓槽 (6)溫控循環機 (7)流量控制
閥 (8)反應槽 (9)洩壓閥 (10)油浴顑循環機
的壓力。打開流量控制閥(7)及油浴顑循環機
(10),待溫度壓力達反應條件後,開始靜置反
應並計時頗。當反應時頗間到達後,開啟洩壓閥
(9),使 CO2 持續進入與洩出進行 CO2 置換。
待置換完成後,關詉閉疟洩壓閥(9)再次進行靜置
反應。重複上述靜置反應及 CO2 置換步驟數
次後,關詉閉疟 CO2 鋼瓶及高壓幫浦顈(3),之後開
啟洩壓閥(9)進行洩壓。待緩慢洩壓至常壓
後,打開反應槽(8),取出產瓹物。最疿後以 XRD、
SEM 及粒生徑韬分析儀等設畲備疹,進行所得粉末之性
質量測。
三、結果與討論
結果與討論
圖三為 ITO 前驅溶液經一次靜置反應與
CO2 置換之超臨界乾燥處畗理,及重覆上述步驟
三次之超臨界乾燥處畗理所得粉末之 XRD 圖。
由實驗過程可發現,在超臨界乾燥中若僅進行
一次靜置反應與 CO2 置換,不論超臨界乾燥
之溫度、壓力及時頗間為何,最疿多僅可獲得白色
之非結晶性粉末(圖二(a));但若經過至少三次
靜置反應與 CO2 置換之超臨界乾燥處畗理後,
便可不經煆燒程序,直接由 ITO 前驅溶液製
備疹出黑色結晶性 ITO 粉末(圖二(b))。另外,由
這疄兩種粉末的 SEM 顯微照片(圖三)可看出,
僅經一次靜置反應及 CO2 置換之超臨界乾燥
處畗理所得的粉末(圖三(a)),並無明顯的晶粒生與
晶界,而經三次靜置反應及 CO2 置換之超臨
界乾燥處畗理所得的粉末(圖三(b)),則明顯已有
晶體形成。這疄樣的顯微結構觀察的結果,與
XRD 的結構分析結果相符甛。