專(zhuān)利名稱(chēng)：一種機(jī)械合金化一步制備單相BiCuSeO熱電材料粉體的方法
一種機(jī)械合金化一步制備單相BiCuSeO熱電材料粉體的方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于新能源材料領(lǐng)域,具體涉及一種BiCuSeO熱電材料粉體的制備方法。
背景技術(shù)：
近十幾年來(lái)，人口急速膨脹，工業(yè)迅猛發(fā)展，能源和環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)逐漸凸顯，以原油價(jià)格暴漲、溫室氣體排放過(guò)量和臭氧層空洞為標(biāo)志的能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)日益引發(fā)關(guān)注。目前，石油、煤炭、天然氣等傳統(tǒng)能源已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求。在此背景下，尋找和開(kāi)發(fā)新能源以及新能源材料成為全球科學(xué)工作者研究的熱點(diǎn)。熱電材料能直接將熱能轉(zhuǎn)換成電能，其作為一種環(huán)境友好型材料在利用工業(yè)余熱及廢熱，汽車(chē)廢氣、地?zé)?、太?yáng)能以及海洋溫差等能量方面有著重要的應(yīng)用前景，因此熱電材料受到人們的廣泛關(guān)注。
BiCuSeO化合物具有較好的電性能和復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，同時(shí)又由于其具有原料儲(chǔ)量豐富、價(jià)值低廉、熱電性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，受到人們的關(guān)注。
目前BiCuSeO熱電材料的合成主要采用機(jī)械球磨結(jié)合兩步固相反應(yīng)的方法，其中機(jī)械球磨工藝一般作為混料或者控制粉體粒度的方法，并有文獻(xiàn)報(bào)道表明，采用一步機(jī)械球磨法或者機(jī)械球磨結(jié)合一次固相反應(yīng)的方法制備BiCuSeO熱電材料粉體時(shí)，合成過(guò)程中容易出現(xiàn)第二相Bi2O3粉或Bi粉,無(wú)法得到單相的BiCuSeO熱電材料粉體,所以機(jī)械球磨結(jié)合兩步固相反應(yīng)是本領(lǐng)域內(nèi)制備BiCuSeO的常用方法，但是固相反應(yīng)過(guò)程繁瑣復(fù)雜，需要消耗的能量較多，因此找到一種簡(jiǎn)單快捷，能耗少，重復(fù)性好的合成方法顯得十分重要。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種機(jī)械合金化一步制備單相BiCuSeO熱電材料粉體的方法，該方法工藝簡(jiǎn)單，且重復(fù)性好。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種機(jī)械合金化一步制備單相BiCuSeO熱電材料粉體的方法，其特征在于它包括如下步驟: 1)以單質(zhì)B1、單質(zhì)Cu、單質(zhì)Se和Bi2O3粉為原料，按單質(zhì)B1、單質(zhì)Cu、單質(zhì)Se和Bi2O3粉摩爾比為1:3:3:1的比例，稱(chēng)取單質(zhì)B1、單質(zhì)Cu、單質(zhì)Se和Bi2O3粉； 2)將單質(zhì)B1、單質(zhì)Cu、單質(zhì)Se和Bi2O3粉裝入高能球磨機(jī)中，進(jìn)行球磨得到單相BiCuSeO熱電材料粉體。
上述單質(zhì)Bi的質(zhì)量純度大于99.9% ； 上述單質(zhì)Cu的質(zhì)量純度大于99.9% ； 上述單質(zhì)Se的質(zhì)量純度大于99.9% ； 上述Bi2O3粉的質(zhì)量純度大于99.9% ； 上述球磨過(guò)程中球料的質(zhì)量比為20:1 60:1，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為35(T800r/min，球磨時(shí)間為8 24小時(shí)。
本發(fā)明克服了 現(xiàn)有技術(shù)在制備BiCuSeO粉體的習(xí)慣性思維和技術(shù)偏見(jiàn)，據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)的報(bào)道表明，利用一步機(jī)械球磨法或者機(jī)械球磨結(jié)合一步固相反應(yīng)的方法制備得到的BiCuSeO粉體中會(huì)存在第二相Bi2O3粉或Bi粉，無(wú)法得到單相BiCuSeO粉體。本發(fā)明通過(guò)提高球磨轉(zhuǎn)速，延長(zhǎng)球磨時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了在常溫下利用一步球磨法制備得到單相BiCuSeO粉體。
本發(fā)明的有益效果是: 1.原材料成本低廉。本發(fā)明主要采用Bi粉、Cu粉、Se粉和Bi2O3粉作為原料，來(lái)源豐富、價(jià)格低廉。
2.利用一步機(jī)械球磨法直接制備得到單相BiCuSeO熱電材料粉體,該方法工藝簡(jiǎn)單、易于控制；與現(xiàn)有技術(shù)相比，減少了固相反應(yīng)過(guò)程，且機(jī)械合金化過(guò)程在常溫條件下進(jìn)行，因此整個(gè)制備過(guò)程中的能耗將大大減少，BiCuSeO熱電材料粉體的制備成本可大幅度降低。


圖1為實(shí)施例1得到的BiCuSeO粉體XRD圖譜。
圖2為實(shí)施例2得到的BiCuSeO粉體XRD圖譜。
圖3為實(shí)施例3得到的BiCuSeO粉體XRD圖譜。
圖4為對(duì)比例得到的BiCuSeO粉體和Bi2O3粉體的XRD圖譜。
具體實(shí)施方式
為了更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容并不僅僅局限于下面的實(shí)施例。
實(shí)施例1: 一種機(jī)械合金化一步制備單相BiCuSeO熱電材料粉體的方法,其步驟如下: 1)以單質(zhì)B1、單質(zhì)Cu、單質(zhì)Se和Bi2O3粉為原料，按單質(zhì)B1、單質(zhì)Cu、單質(zhì)Se和Bi2O3粉摩爾比為1:3:3:1的比例，稱(chēng)取單質(zhì)B1、單質(zhì)Cu、單質(zhì)Se和Bi2O3粉； 2)將單質(zhì)B1、單質(zhì)Cu、單質(zhì)Se和Bi2O3粉裝入高能球磨機(jī)中進(jìn)行球磨,球料比為40:1,球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為350r/min，球磨時(shí)間為24h，得到BiCuSeO的粉體。
本實(shí)施例得到的BiCuSe粉體XRD圖譜見(jiàn)圖1，由圖1可知機(jī)械球磨后得到的為BiCuSeO單相粉體。
實(shí)施例2: 一種機(jī)械合金化一步制備 單相BiCuSeO熱電材料粉體的方法,其步驟如下: 1)以單質(zhì)B1、單質(zhì)Cu、單質(zhì)Se和Bi2O3粉為原料，按單質(zhì)B1、單質(zhì)Cu、單質(zhì)Se和Bi2O3粉摩爾比為1:3:3:1的比例，稱(chēng)取單質(zhì)B1、單質(zhì)Cu、單質(zhì)Se和Bi2O3粉； 2)將單質(zhì)B1、單質(zhì)Cu、單質(zhì)Se和Bi2O3粉裝入高能球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，球料質(zhì)量比60:1,球磨機(jī)轉(zhuǎn)速450r/min,球磨時(shí)間15h,得到BiCuSeO粉體。
本實(shí)施例得到的BiCuSeO粉體XRD圖譜見(jiàn)圖2，由圖2可知機(jī)械球磨后得到的為BiCuSeO單相粉體。
實(shí)施例3: 一種機(jī)械合金化一步制備單相BiCuSeO熱電材料粉體的方法,其步驟如下: I)以單質(zhì)B1、單質(zhì)Cu、單質(zhì)Se和Bi2O3粉為原料，按單質(zhì)B1、單質(zhì)Cu、單質(zhì)Se和Bi2O3粉摩爾比為1:3:3:1的比例，稱(chēng)取單質(zhì)B1、單質(zhì)Cu、單質(zhì)Se和Bi2O3粉； 2)將單質(zhì)B1、單質(zhì)Cu、單質(zhì)Se和Bi2O3粉裝入高能球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，球料質(zhì)量比20:1,球磨機(jī)轉(zhuǎn)速800r/min,球磨時(shí)間8h,得到BiCuSeO粉體。
本實(shí)施例得到的BiCuSeO粉體XRD圖譜見(jiàn)圖3，由圖3可知機(jī)械球磨后得到的為BiCuSeO單相粉體。
對(duì)比例 一種機(jī)械球磨結(jié)合一步固相反應(yīng)制備BiCuSeO熱電材料粉體的方法，其包括如下步驟: 1)以單質(zhì)B1、單質(zhì)Cu、單質(zhì)Se和Bi2O3粉為原料，按單質(zhì)B1、單質(zhì)Cu、單質(zhì)Se和Bi2O3粉摩爾比為1:3:3:1的比例，稱(chēng)取單質(zhì)B1、單質(zhì)Cu、單質(zhì)Se和Bi2O3粉； 2)將單質(zhì)B1、單質(zhì)Cu、單質(zhì)Se和Bi2O3粉裝入高能球磨機(jī)中進(jìn)行球磨,球料比40:1,轉(zhuǎn)速200r/min，球磨時(shí)間8h ;球磨結(jié)束后，將粉體裝入石墨坩堝，在真空氣氛，300°C下固相反應(yīng)10h，得到BiCuSeO粉體。
對(duì)比例得到的BiCuSeO粉體XRD圖譜見(jiàn)圖4,由圖4可知機(jī)械球磨結(jié)合一步固相反應(yīng)得到的BiCuSeO粉體中存在第二相Bi2O3粉體。
顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明所作的實(shí)例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限制。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而因此所引申的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)械合金化一步制備單相BiCuSeO熱電材料粉體的方法,其特征在于它 包括如下步驟: 1)以單質(zhì)B1、單質(zhì)Cu、單質(zhì)Se和Bi2O3粉為原料，按單質(zhì)B1、單質(zhì)Cu、單質(zhì)Se和Bi2O3粉摩爾比為1:3:3:1的比例，稱(chēng)取單質(zhì)B1、單質(zhì)Cu、單質(zhì)Se和Bi2O3粉； 2)將單質(zhì)B1、單質(zhì)Cu、單質(zhì)Se和Bi2O3粉裝入高能球磨機(jī)中，進(jìn)行球磨得到單相BiCuSeO熱電材料粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述單質(zhì)Bi的質(zhì)量純度大于99.9%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述單質(zhì)Cu的質(zhì)量純度大于99.9%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述單質(zhì)Se的質(zhì)量純度大于99.9%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述Bi2O3粉的質(zhì)量純度大于99.9%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述球磨的球料質(zhì)量比為20:f 60:1，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速35(T800r/min ，球磨時(shí)間8 24h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種BiCuSeO熱電材料粉體的制備方法。一種機(jī)械合金化一步制備單相BiCuSeO熱電材料粉體的方法，其特征在于它包括如下步驟1)以單質(zhì)Bi、單質(zhì)Cu、單質(zhì)Se和Bi2O3粉為原料，按單質(zhì)Bi、單質(zhì)Cu、單質(zhì)Se和Bi2O3粉摩爾比為1:3:3:1的比例，稱(chēng)取單質(zhì)Bi、單質(zhì)Cu、單質(zhì)Se和Bi2O3粉；2)將粉體裝入高能球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，得到單相BiCuSeO的熱電材料粉體。球磨過(guò)程中球料質(zhì)量比為20:1~60:1，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為350~800r/min，球磨時(shí)間為8~24小時(shí)。本發(fā)明具有節(jié)省能源、工藝參數(shù)簡(jiǎn)單可控以及重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C22C1/04GK103215466SQ20131012609
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月12日
發(fā)明者唐新峰, 程鑫, 李涵 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)