大尺寸靶材用ITO纳米粉体的制备、堆积行为与烧结性能研究

随着平板显示的快速发展，大尺寸、高密度、高纯度是氧化铟锡（ITO）靶材的发展方向。本项目系统研究粒径可控且分布窄的单分散ITO纳米粉体的低压尿素水热制备过程，不同粒径、形貌纳米粉体的堆积行为以及大尺寸（>500*500*6mm）高密度靶材烧结过程。重点对水热制备不同粒径、形貌的ITO粉体原理进行研究，并从微观的单个粉体内部以及粉体间作用力出发，应用分子动力学－离散颗粒模拟－线性堆积模型方法对纳米粉体的堆积过程进行模拟，结合文献纳米粉体烧结模型，与大尺寸高密度靶材烧结实验结果进行验证，从而预测出适合烧结制备大尺寸高密度靶材的粉体堆积方式。本项目将为大尺寸高致密纳米陶瓷的设计、制备等研究提供理论和实验数据，同时这些结果还可以应用于其他纳米粉体体系。

平板显示的快速发展对 ITO靶材的需求量不断增长，特别是当前高像素4K面板等平面显示器件的发展，对ITO 靶材提出了更高的要求。大尺寸、高密度、高纯度、更稳定的镀膜性能是ITO 靶材的发展方向。本课题以低压尿素水热法制备纳米粉体过程的原理、影响因素和规律为主要研究内容，以ITO纳米粉体的堆积密度为关键问题导向，发展了低压尿素水热法制备具有粒径分布窄，且粒径、形貌可控，单分散ITO 纳米粉体的安全、可规模化的制备方法，在中试条件下获得了平均粒径为分别为70±5nm 和40nm±5nm的高分散性、高纯度的纳米ITO粉体。并以上述粉体为原料和系统进行堆积实验验证，实现了长宽厚分别为500*300*6mm，相对密度大于99.3%的超高密度ITO靶材的制备，掌握了纳米单分散ITO粉体和超高密度ITO靶材制备技术，并通过ITO薄膜制备研究对ITO靶材的性能进行了评估。采用TBMD 从头算法－DEM－线性堆积模型方法对纳米粉体堆积过程进行了模拟。本课题通过制备单分散、粒径可控且分布窄的纳米粉体，并通过对粉体制备技术和靶材成型、烧结技术的研究，获得了纳米ITO粉体的水热反应机理和超高密度ITO靶材的制备技术，对其它纳米粉体的制备和大尺寸高密度靶材的制造具有十分重要的指导和借鉴意义。.得到本国家基金的资助，项目负责人和参与人员共计发表课题相关学术论文13 篇，其中SCI 论文12 篇，申请发明专利6项，授权1项；累积培养硕士研究生6 名，联合培养博士研究生2 名。