專利名稱：方鈷礦熱電化合物納米粉體交叉共沉淀制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種方鈷礦熱電化合物納米粉體的制備方法，屬于新能源材料領域。
背景技術：
新能源材料和技術是二十一世紀人類可持續(xù)發(fā)展不可缺少的重要物質和技術基礎之一。低維化熱電材料和技術被認為是二十一世紀一種新型的、環(huán)境友好的新能源材料和技術，在熱電發(fā)電及熱電致冷方面顯示出廣闊的應用前景。
方鈷礦熱電化合物由于其有較大的載流子遷移率被認為是具有潛力的中溫熱電材料，但由于其熱導率較大，因而其熱電優(yōu)值及轉換效率還不高。將其結構納米化是大幅度降低其晶格熱導率，增加塞貝克系數(shù)，進而大幅度提高熱電優(yōu)值和轉換效率的有效途徑。目前的制備技術可獲得熱電材料大多數(shù)是微米晶熱電材料。很難廉價地獲得結構均一的納米熱電材料。交叉共沉淀法制備方鈷礦基熱電化合物納米粉體具有原料廉價易得、設備簡單、周期短、能耗低、粉體粒徑細小均勻可控、純度高等優(yōu)點，適合于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，具有很好的應用前景。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種原料廉價易得、設備簡單、周期短、能耗低、粉體粒徑細小均勻可控、純度高，可適用于大規(guī)模制備方鈷礦熱電化合物納米粉體的方法。
本發(fā)明提供的制備方法是以兩種沉淀劑進行交叉共沉淀，通過調節(jié)pH值，并將獲得的沉淀經(jīng)過濾、洗滌、分散、干燥后，于管式氣氛爐中還原熱處理得到方鈷礦熱電化合物納米粉體。其工藝過程如圖1所示。
現(xiàn)將各有關過程詳述如下1.以分析純的可溶性金屬鹽為初始原料，配制成一定濃度的水溶液。
2.以氨水和氫氧化鈉為沉淀劑。采用交叉共沉淀的原理，兩種沉淀劑同時緩慢地加入到可溶性鹽的混合水溶液中，調節(jié)溶液的pH值至5～10，得到的前驅體為Co(OH)2和Sb2O3。沉淀原理如下
3.沉淀產(chǎn)物經(jīng)過濾、洗滌若干次，至完全除去溶液中的其它離子，然后以無水乙醇作分散劑，用超聲波振蕩0.1～1.0h，之后在50～80℃的真空干燥箱中干燥5～10h，真空干燥箱的真空度小于133Pa。
4.將真空干燥后的產(chǎn)物置于管式氣氛爐中，在H2氣氛下升溫至450～600℃，并保溫一定時間，保溫時間2～5h。
本發(fā)明的關鍵步驟是交叉共沉淀工藝參數(shù)的控制優(yōu)化和溶液的pH值調節(jié)、以及還原熱處理過程中的氣氛、熱處理溫度及時間的控制和優(yōu)化。由上所述，本發(fā)明的突出特點是1.原料廉價易得、設備簡單、周期短、能耗低、易于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
2.用本發(fā)明獲得的方鈷礦熱電化合物納米粉體純度很高，無第二相及其它雜質離子存在。
3.用本發(fā)明獲得的方鈷礦熱電化合物納米粉體粒度細小、均勻、粒徑分布范圍窄。平均粒徑為60～70nm。
4.用本發(fā)明獲得的方鈷礦熱電化合物納米粉體粒度可控，通過控制還原熱處理溫度和時間獲得所需要的粒度。


圖1方鈷礦熱電化合物納米粉體交叉共沉淀制備方法的工藝流程圖；圖2本發(fā)明實例1的X射線衍射(XRD)圖；圖3本發(fā)明實例1的透射電鏡(TEM)照片。
具體實施方法下面通過實例來進一步說明本發(fā)明的特點及實現(xiàn)過程。
實例1制備CoSb3熱電化合物納米粉體以CoCl2·6H2O和SbCl3為初始原料，配制一定摩爾濃度的CoCl2和SbCl3水溶液，按比例量取一定體積的溶液置于燒杯中，緩慢加入沉淀劑，調節(jié)溶液pH值至5～10，同時攪拌一定時間使其充分反應得到沉淀產(chǎn)物，沉淀產(chǎn)物經(jīng)過濾、洗滌若干次，至完全除去溶液中的其他離子，然后以無水乙醇作分散劑，用超聲波振蕩0.1～1.0h，之后在50～80℃的真空干燥箱中干燥6h，將真空干燥后的產(chǎn)物置于管式氣氛爐中，在H2氣氛下升溫至450～600℃，并保溫一定時間，保溫時間2～5h，這樣即可得到CoSb3熱電化合物納米粉體。
權利要求
1.一種方鈷礦熱電化合物納米粉體交叉共沉淀制備方法，包括原料配比、沉淀劑的選擇、沉淀工藝參數(shù)、過濾、洗滌、分散、干燥條件及還原熱處理工藝參數(shù)，其特征在于根據(jù)原料比例加入兩種沉淀劑進行交叉共沉淀，通過調節(jié)pH值，并將所獲得的沉淀經(jīng)過濾、洗滌、分散、干燥后，將所得前驅體于管式氣氛爐中還原熱處理。
2.按權力要求1所述方鈷礦熱電化合物納米粉體制備方法，其特征在于所采用的原料配比。
3.按權力要求1所述方鈷礦熱電化合物納米粉體制備方法，其特征在于沉淀劑為NaOH和氨水。
4.按照權力要求1所述的制備方法，其特征在于可溶性金屬鹽溶液為氯化物、硝酸鹽或硫酸鹽中的任一種的水溶液，混合溶液的最終pH值范圍為5～10。
5.按照權力要求1所述的制備方法，其特征在于其所得沉淀經(jīng)過濾、洗滌后，分散過程采用的分散劑是無水乙醇，分散方式是超聲波振蕩。
6.按照權力要求1所述的制備方法，其特征在于真空干燥箱的真空度小于133Pa，溫度為50～80℃，產(chǎn)物在真空箱中處理的時間為5～10h。
7.按照權力要求1所述的制備方法，其特征在于對前驅體進行還原熱處理的氣氛為H2。
8.按照權力要求1所述的制備方法，其特征在于前驅體還原熱處理的溫度為450～600℃之間，在此溫度范圍內前驅體進行還原反應并合金化。
9.按權力要求1所述方鈷礦熱電化合物納米粉體制備方法，其特征在于前驅體還原熱處理過程中，還原并合金化的時間為2～5h。
全文摘要
交叉共沉淀法制備方鈷礦熱電化合物納米粉體的特征在于，采用交叉共沉淀原理，用兩種沉淀劑分別沉淀可溶性金屬鹽，調節(jié)溶液的pH值，攪拌一定時間使其充分反應，得到相應的金屬氧化物或金屬氫氧化物沉淀產(chǎn)物，經(jīng)過濾、洗滌、分散之后，在真空干燥箱中干燥處理，干燥后的前驅體置于管式氣氛爐于450～600℃之間進行還原熱處理，最終得到方鈷礦熱電化合物納米粉體。本發(fā)明具有原料廉價易得、設備簡單、周期短、能耗低、粉體粒徑細小均勻可控、純度高等特點，提供了一種適用于大規(guī)模制備方鈷礦熱電化合物納米粉體技術。
文檔編號C01G51/00GK1762834SQ20051001946
公開日2006年4月26日 申請日期2005年9月21日 優(yōu)先權日2005年9月21日
發(fā)明者唐新峰, 褚穎, 萬玲, 趙文俞, 張清杰 申請人:武漢理工大學