[發(fā)明專利]銅鐵礦結(jié)構(gòu)的鋁酸亞銅多晶材料的制備方法及其制備的材料

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200610041202.6
• 申請日: 2006-07-19
• 公開（公告）號: CN101108739A
• 公開（公告）日: 2008-01-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 方曉東;鄧贊紅;李達(dá);董偉偉;陶汝華;趙義平;王濤;朱雪斌
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號: C01F7/02
• 分類號: C01F7/02;C01G3/00
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技術(shù)領(lǐng)域??本發(fā)明涉及一種多晶材料的制法及其制品，尤其是銅鐵礦結(jié)構(gòu)的鋁酸亞銅多晶材料的制備方法及其制備的材料。

背景技術(shù)??銅鐵礦結(jié)構(gòu)的鋁酸亞銅(CuAlO₂)多晶材料因其具有p型透明導(dǎo)電性能、良好的熱電性能以及室溫臭氣傳感特性，在透明電子器件、熱電材料以及室溫臭氣傳感器等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。人們?yōu)榱双@得它，作了一些嘗試和努力，如在2002年4月16日公開的日本發(fā)明專利申請公開說明書JP?2002-114515A中披露的一種“CuAlO₂薄膜的制造方法”。它意欲提供一種制造方法來生產(chǎn)CuAlO₂薄膜；其中，制造方法為先將乙酸銅溶解在乙醇和2→甲氧基乙醇中，再加入烷醇鋁溶液，之后，經(jīng)回流和蒸餾的過程獲得含Cu²⁺+Al³⁺的前驅(qū)體溶液，然后將此前驅(qū)體溶液施加到基片上，經(jīng)干燥和于氬氣中燒結(jié)來制造出CuAlO₂基薄膜。但是，無論是制造方法，還是其制成品，都存在著不足之處，首先，使用該制造方法生產(chǎn)出的制成品僅為薄膜狀，限制了其的應(yīng)用范圍；其次，制造方法的步驟多、操作復(fù)雜，薄膜需在氬氣中燒結(jié)，使生產(chǎn)成本難以降低；再次，制成品CuAlO₂基薄膜不是純相CuAlO₂多晶材料，而是含有CuAlO₂、Cu₂O、CuAl₂O₄、CuO等成分的多相體系。

發(fā)明內(nèi)容??本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種制備方法簡便，制成品為純相鋁酸亞銅多晶材料的銅鐵礦結(jié)構(gòu)的鋁酸亞銅多晶材料的制備方法及其制備的材料。

銅鐵礦結(jié)構(gòu)的鋁酸亞銅多晶材料的制備方法包括溶膠→凝膠法，特別是它是按以下步驟完成的：(a)按銅與鋁的摩爾比為1∶0.99～1.01，稱量乙酸銅和仲丁醇鋁后，將乙酸銅加入檸檬酸、硝酸和乙醇的混合溶液中，攪拌至乙酸銅完全溶解，其中，乙酸銅與檸檬酸的摩爾比為1∶3～7、乙酸銅與硝酸的摩爾比為1∶6～18、硝酸與無水乙醇的體積比為1∶3～7，之后，向乙酸銅混液中加入仲丁醇鋁并攪拌至完全溶解，得到前驅(qū)膠體；(b)先將前驅(qū)膠體依次于100～150℃下干燥至少1小時、250～350℃下熱解0.5～6小時獲得前驅(qū)體粉末，再對前驅(qū)體粉末進(jìn)行球磨；(c)將球磨后的前驅(qū)體粉末于1080～1200℃下燒結(jié)6～20小時，制得銅鐵礦結(jié)構(gòu)的鋁酸亞銅多晶材料。

作為銅鐵礦結(jié)構(gòu)的鋁酸亞銅多晶材料的制備方法的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的球磨為將前驅(qū)體粉末置于球磨罐中在行星式球磨機(jī)上進(jìn)行球磨，其中，球料比為15～30∶1，球磨的轉(zhuǎn)速為300～500rpm、時間為至少20小時；所述的在對球磨后的前驅(qū)體粉末燒結(jié)后，先對其研磨、壓坯，再將其于1080～1200℃下燒結(jié)0.5～6小時，制得塊狀銅鐵礦結(jié)構(gòu)的鋁酸亞銅多晶材料；所述的壓坯為將粉末狀的銅鐵礦結(jié)構(gòu)的鋁酸亞銅多晶材料置于所需形狀的模具中進(jìn)行單軸壓制成形。

使用銅鐵礦結(jié)構(gòu)的鋁酸亞銅多晶材料的制備方法制備的銅鐵礦結(jié)構(gòu)的鋁酸亞銅多晶材料包括銅和鋁元素，特別是(a)所說銅鐵礦結(jié)構(gòu)的鋁酸亞銅多晶材料是由以下比例的原料制成的：按銅與鋁的摩爾比為1∶0.99～1.01，計量乙酸銅和仲丁醇鋁；(b)所說銅鐵礦結(jié)構(gòu)的鋁酸亞銅多晶材料的原子百分比Cu∶Al＝0.95～0.98∶1，其電輸運機(jī)制呈典型的p型半導(dǎo)體行為。

相對于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是，其一，制得的銅鐵礦結(jié)構(gòu)的鋁酸亞銅多晶材料為粉狀，在此基礎(chǔ)上便于根據(jù)需要將其做成所需形狀，以適應(yīng)各種應(yīng)用場合；其二，制備工藝簡單、操作條件易控制，材料的化學(xué)計量比可精確地控制，在制備過程中材料傾向于自發(fā)形成受主缺陷。制備中既不需回流和蒸餾的過程，也不用在氬氣中燒結(jié)，使得生產(chǎn)成本得以大幅度地降低，使其易于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，利于其產(chǎn)品的商業(yè)化應(yīng)用；其三，對多次制得的銅鐵礦結(jié)構(gòu)的鋁酸亞銅多晶材料分別使用場發(fā)射掃描電子顯微鏡、X-射線衍射儀、場發(fā)射掃描電子顯微鏡附帶的X-射線能譜分析儀和電阻測量儀進(jìn)行表征后，從得到的掃描電鏡照片可知，多晶材料的粉體的粒度均勻，分布窄，無任何團(tuán)聚體。由X-射線衍射圖譜可知，多晶材料為銅鐵礦結(jié)構(gòu)的3R-CuAlO₂多晶相，成相均勻，且不含雜相。由X-射線能譜圖可知，多晶材料由銅、鋁和氧三種元素組成；用X-射線能譜圖中的數(shù)據(jù)經(jīng)計算后得到的多晶材料的元素百分含量表如下所示：