[發(fā)明專利]銅碲金屬間化合物粉末的固相反應(yīng)合成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610688288.5
• 申請日: 2016-08-18
• 公開（公告）號: CN106348257B
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉穎;葉金文;邱彧沖
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號: C01B19/04
• 分類號: C01B19/04
• 代理公司: 成都科海專利事務(wù)有限責(zé)任公司51202
• 代理人: 黃幼陵,周敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于過渡族金屬碲化物制備領(lǐng)域，特別涉及一種銅碲金屬間化合物粉末的制備方法。

背景技術(shù)

過渡金屬與碲的化合物具有非常豐富的“金屬含量/溫度-導(dǎo)電性”的函數(shù)變化關(guān)系。在這些碲化物當(dāng)中，Cu-Te系列化合物所呈現(xiàn)出的性能將會隨著Cu與Te含量的變化而展現(xiàn)出“金屬→半導(dǎo)體”的特征轉(zhuǎn)變。Cu-Te系列化合物的這種獨特的性質(zhì)使其成為制備“光-電”“熱-電”等功能元器件的理想材料。目前，Cu-Te系列化合物主要是以薄膜的形式應(yīng)用于太陽能電池中，以粉體材料的形式應(yīng)用于光電、熱電等功能材料的制備中。Cu-Te系列化合物粉末的現(xiàn)有制備方法主要為高能球磨法和化學(xué)法。高能球磨法是利用機(jī)械能誘發(fā)原料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，以此來制備粉體材料的一種方法。化學(xué)法則是利用不同的化學(xué)試劑在溶劑中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而制備粉體材料的方法。高能球磨法生產(chǎn)周期長，能耗高，并且由于磨球磨損需要在生產(chǎn)過程中周期性地更換磨球，這些因素都增加了高能球磨法的生產(chǎn)成本，同時，在長時間的球磨過程中易生成少量偏離所制備產(chǎn)物的化學(xué)配比的雜相，甚至還會有磨球磨損下來的雜質(zhì)混入產(chǎn)品中，因此難以實現(xiàn)化學(xué)計量化合物的可控制備。化學(xué)法基本能夠?qū)崿F(xiàn)化學(xué)計量化合物的可控制備，但是在制備過程中所使用的化學(xué)藥品(諸如堿性溶液、液氨、水合肼、乙二胺、丙酮、溴化十六烷基三甲銨等)、工業(yè)生產(chǎn)過程中所需的大型反應(yīng)釜、反應(yīng)廢液排放池、污水處理系統(tǒng)等使得生產(chǎn)成本較高，且環(huán)境不友好。因此，現(xiàn)有的Cu-Te系列化合物的制備方法都無法實現(xiàn)低成本、易操作以及包括化學(xué)計量化合物和非化學(xué)計量化合物的一系列Cu-Te化合物的可控制備，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種銅碲金屬間化合物粉末的固相反應(yīng)合成方法，以實現(xiàn)低成本、易操作、節(jié)能環(huán)保以及包括化學(xué)計量化合物和非化學(xué)計量化合物的一系列Cu-Te化合物的可控制備，以滿足Cu-Te系列化合物的工業(yè)化生產(chǎn)需要。

本發(fā)明所述銅碲金屬間化合物粉末的固相反應(yīng)合成方法，工藝步驟如下：

(1)配料

原料為Cu粉和Te粉，按照銅碲金屬間化合物的化學(xué)式計算出各原料的質(zhì)量百分比進(jìn)行配料，所述銅碲金屬間化合物的化學(xué)式為CuTe、Cu₂Te、Cu₁₃Te₇、Cu₇Te₄、Cu₇Te₅、Cu_2-xTe或Cu_3-xTe₂，其中化學(xué)式為Cu_2-xTe或Cu_3-xTe₂的銅碲金屬間化合物為非化學(xué)計量化合物，Cu_2-xTe中，0<x<0.5，但應(yīng)排除Cu與Te的化學(xué)計量比值點x＝0.14和x＝0.25，Cu_3-xTe₂中，0<x<1，但應(yīng)排除Cu與Te的化學(xué)計量比值點x＝0.2；

(2)混料與干燥

將步驟(1)配好的原料進(jìn)行濕磨，使原料混合均勻，濕磨結(jié)束后過篩分離出研磨球體得混合漿料，將所得的混合漿料進(jìn)行干燥得混合粉料；

(3)固相反應(yīng)合成

將步驟(2)所得混合粉料在真空或保護(hù)氣氛下升溫至300～700℃保溫0.5～4小時進(jìn)行固相反應(yīng)合成，保溫結(jié)束后隨爐冷卻至室溫出爐，得到銅碲金屬間化合物粉末。

上述方法中，在真空下進(jìn)行固相反應(yīng)合成采用真空燒結(jié)爐，真空燒結(jié)爐內(nèi)的真空度控制在低于10Pa。

上述方法中，在保護(hù)氣氛下進(jìn)行固相反應(yīng)合成采用氣氛管式爐，形成保護(hù)氣氛的操作如下：

向氣氛管式爐的石英管內(nèi)通入保護(hù)氣體以排除管內(nèi)空氣，當(dāng)石英管內(nèi)空氣排盡之后同時關(guān)閉石英管的進(jìn)氣口和出氣口，所述保護(hù)氣體的通入速率應(yīng)使位于石英管內(nèi)的原料粉體保持原位穩(wěn)定并能盡快排出空氣；

或向氣氛管式爐的石英管內(nèi)通入保護(hù)氣體以排除管內(nèi)空氣，當(dāng)石英管內(nèi)空氣排盡之后繼續(xù)向石英管內(nèi)通入保護(hù)氣體并通過石英管的出氣口排出保護(hù)氣體，使石英管內(nèi)的保護(hù)氣體處于流動狀態(tài)，在排除管內(nèi)空氣階段，所述保護(hù)氣體的通入速率應(yīng)使位于石英管內(nèi)的原料粉體保持原位穩(wěn)定并能盡快排出空氣，在維持管內(nèi)保護(hù)氣體處于流動狀態(tài)階段，所述保護(hù)氣體的通入速率應(yīng)使位于石英管內(nèi)的粉體保持原位穩(wěn)定并避免空氣通過石英管的出氣口進(jìn)入石英管。