納米Bi₂Sr₂Co₂O_y熱電化合物粉體的制備方法

專利名稱：納米Bi₂Sr₂Co₂O_y熱電化合物粉體的制備方法
技術領域：
本發明屬于新能源材料領域，具體涉及一種納米Bi2Sr2CoA熱電化合物粉體的制備方法。
背景技術：
熱電轉換技術是利用半導體熱電材料的Seebeck效應將熱能直接轉換成電能的技術。由 于其不含其它發電技術所需要的龐大傳動機構，具有體積小、可靠性高、制造及運行成本低、
壽命長、制造工藝簡單、應用面非常廣等特點，因而受到科學工作者的重視。
Bi2Sr2Co20y是氧化物熱電材料的一種，其晶體結構屬于二維層狀結構，具有獨特的高強 度、對環境無污染，并且可以在高溫、氧化性氣氛下長期工作等特點，是適用于中、高溫區 的一類熱電材料。但是，目前這種材料的熱電優值相對較小，轉換效率較低。因此，需要對 其熱電性能進行改進。研究表明，微觀結構對熱電材料的熱電性能有非常顯著的影響。目前， 對于Bi2Sr2Co20y多晶化合物的制備方法主要為高溫固相反應法(Solid state reaction, SSR) 和溶膠一凝膠法(Sol-gel method),但是均難獲得分布均勻、微觀結構為納米尺度的 Bi2Sr2CoA化合物。

發明內容
本發明的目的是提供一種分布均勻、微觀結構為納米尺度的納米Bi2Sr2CoA熱電化合物 粉體的制備方法。
為了實現上述目的，本發明的技術方案是納米Bi2Sr2CoA熱電化合物粉體的制備方法， 其特征在于它包括如下步驟
1) .將冰醋酸與去離子水按照體積比為l:l混合，得到冰醋酸溶液(作為溶劑)； 按冰醋酸溶液、Co(N03)2 6H20中的Co3+、 Sr(N0》2中的Sr2+、 Bi(N03)3 5H20中的Bi3+
的配比為1L : 0.06raol : 0.06mol : 0.06mol，選取冰醋酸溶液、Co(N03)2 6H20、 Sr(N0》2和 Bi(N03)3 5H20，備用；
然后向冰醋酸溶液中加入Co(N03)2 6H20、 Sr(N03)2和Bi(冊3)3 5H20，并攪拌混合，形 成混合溶液A;
2) .將混合溶液A于60 100 。C水浴中充分反應5 10小時，得到均勻透明的溶膠； 將溶膠在空氣中于60 120 。C加熱8 12小時，使其逐漸變成干凝膠，得到干凝膠；
3) .將步驟2)得到的干凝膠在空氣氣氛下于置于800 900°C馬弗爐中保溫1 5小時， 得到單相Bi2Sr2Co20y熱電化合物粉體；
4) .將步驟3)得到的單相Bi2Sr2CoA熱電化合物粉體置于無水乙醇中超聲10 20小 時后取出干燥，即得到納米Bi2Sr2CoA熱電化合物粉體(最終產物)。
Bi2Sr2Co20y中的y為7 9。超聲的頻率為40KHz、功率為100-4000W。 本發明獲得的納米Bi2Sr2Co20y熱電化合物粉體可以應用于制備Bi2Sr2CoA熱電材料。本發明首先以冰醋酸溶液為溶劑，采用溶膠一凝膠法來制備凝膠；凝膠干燥后在空氣氣 氛下升溫至800 900 。C，保溫1 5小時后取出得到單相Bi2Sr2CoA熱電化合物粉體；粉體 置于無水乙醇中超聲10 20小時后取出干燥，即得到最終產物。800 90(TC保溫是為了使 千凝膠進行固相反應從而最終形成Bi2Sr2CoA熱電化合物晶體。將保溫得到的粉體超聲，是 因為超聲波可以在介質中產生空化氣泡，空化氣泡在十分迅速的潰陷過程中瞬間產生高壓和 沖擊波，可以對粉體中晶粒的表面和邊緣產生強烈的沖擊，導致晶粒破碎，從而產生納米尺 寸針狀晶和小晶片，得到納米Bi2Sr2CoA熱電化合物粉體。
本發明的有益效果是采用的溶膠一凝膠法及后續的超聲工藝，其方法簡單易控、反應 周期短、原材料易得、設備簡單、安全無污染；獲得的Bi2Sr2CoA熱電化合物為納米尺寸的 針狀晶和小晶片，針狀晶長度約為200 300nm，寬度約為50nm，小晶片尺寸約為250咖，分 布均勻、純度高。


圖l是本發明的工藝流程圖。
圖2是本發明實施例1制備的Bi2SrA)A熱電化合物的XRD圖譜。 圖3是本發明實施例1制備的Bi2Sr2CoA熱電化合物的SEM形貌圖。 圖4是本發明實施例2制備的Bi2Sr2CoA熱電化合物的XRD圖譜。 圖5是本發明實施例2制備的Bi2Sr2CoA熱電化合物的SEM形貌圖。
具體實施例方式
為了更好地理解本發明，下面結合實例進一步闡明本發明的內容，但本發明的內容不僅 僅局限于下面的實施例。 實施例1:
如圖1所示，納米Bi2Sr2CoA熱電化合物粉體的制備方法，它包括如下步驟
1) .將分析純冰醋酸與去離子水按照體積比為1:1混合，得到冰醋酸溶液(作為溶劑)； 按冰醋酸溶液、分析純Co (N03) 2 6H20中的(:03+、分析純Sr (N03) 2中的Sr、分析純Bi (N03) 3
5H20中的B廣的配比為1L : 0. 06mol : 0. 06mol : 0. 06mol，選取冰醋酸溶液、Co(N03)2 6H20、 Sr(N03)2和Bi(N0丄 5H20，備用；
然后向冰醋酸溶液中加入Co(N03)2 6H20、 Sr(冊3)2和Bi(N。3)3 5H20，并攪拌混合，形 成混合溶液A (Co3+、 Sr2+、 B,三種金屬離子濃度均為0.06mol/L);
2) .將混合溶液A于70 。C水浴中充分反應6小時，得到均勻透明的溶膠；將溶膠在 空氣中于80 。C加熱8小時，使其逐漸變成干凝膠，得到干凝膠；
3) .煅燒將步驟2)得到的干凝膠在空氣氣氛下于置于820°C馬弗爐中保溫2小時， 得到單相Bi2Sr2CoA熱電化合物粉體；
4) .將步驟3)得到的單相Bi2Sr2CoA熱電化合物粉體置于無水乙醇中超聲12小時后 取出干燥，即得到納米Bi2Sr2Co20y熱電化合物粉體(最終產物)。圖2說明所得到的最終產物為單相Bi2Sr2CoA熱電化合物(即純度高)；圖3說明獲得的 納米Bi2Sr2CoA熱電化合物粉體為納米尺寸的針狀晶和小晶片，針狀晶長度約為200 300mn， 寬度約為50nm，小晶片尺寸約為250nm，分布均勻、純度高。
實施例2:
納米Bi2Sr2CoA熱電化合物粉體的制備方法，它包括如下步驟
1) .將分析純冰醋酸與去離子水按照體積比為1:1混合，得到冰醋酸溶液(作為溶劑)； 按冰醋酸溶液、分析純Co (N03) 2 6H20中的Co3+、分析純Sr (N03) 2中的Sr2+、分析純Bi (N03) 3
5H20中的B廣的配比為1L : 0. 06mol : 0. 06mol : 0. 06mol，選取冰醋酸溶液、Co(N03)2' 6H20、 Sr(N0丄和Bi(N03)3 5H20，備用；
然后向冰醋酸溶液中加入Co(N03)2 6H20、 Sr(N0丄和Bi(N03)3 5H20，并攪拌混合，形 成混合溶液A (Co3+、 Sr2+、 Bi"三種金屬離子濃度均為0.06mol/L);
2) .將混合溶液A于90 。C水浴中充分反應9小時，得到均勻透明的溶膠；將溶膠在 空氣中于110 。C加熱12小時，使其逐漸變成干凝膠，得到干凝膠；
3) .將步驟2)得到的干凝膠在空氣氣氛下于置于860°C馬弗爐中保溫4小時，得到單 相B"Sr2CoA熱電化合物粉體；
4) .將步驟3)得到的單相Bi2Sr2CoA熱電化合物粉體置于無水乙醇中超聲15小時后 取出干燥，即得到納米Bi2Sr2CoA熱電化合物粉體(最終產物)。
圖4說明所得到的最終產物為單相Bi2Sr2CoA熱電化合物(即純度高)；圖5說明獲得的 納米Bi2Sr2CoA熱電化合物粉體為納米尺寸的針狀晶和小晶片，針狀晶長度約為200 300nm， 寬度約為50nm，小晶片尺寸約為250nm，分布均勻、純度高。
實施例3:
納米Bi2Sr2Co20y熱電化合物粉體的制備方法，它包括如下步驟
1) .將冰醋酸與去離子水按照體積比為1:1混合，得到冰醋酸溶液(作為溶劑)； 按冰醋酸溶液、Co(N03)2 6H20中的Co3+、 Sr(N0》2中的Sr2+、 Bi(N03)3 5H20中的Bi3+
的配比為1L : 0. 06mol : 0.06mol : 0.06mol，選取冰醋酸溶液、Co(N03)2 6H20、 Sr(N0》2和 Bi(N03)3 5H20，備用；
然后向冰醋酸溶液中加入Co(N03)2 6H20、 Sr(N03)2和Bi(N03)3 5H20，并攪拌混合，形 成混合溶液A;
2) .將混合溶液A于60 °(:水浴中充分反應5小時，得到均勻透明的溶膠；將溶膠在 空氣中于60 。C加熱10小時，使其逐漸變成干凝膠，得到干凝膠；
3) .將步驟2)得到的干凝膠在空氣氣氛下于置于800°C馬弗爐中保溫1小時，得到單 相Bi2Sr2CoA熱電化合物粉體；
4) .將步驟3)得到的單相Bi2Sr2CoA熱電化合物粉體置于無水乙醇中超聲10小時后 取出干燥，即得到納米Bi2Sr2CoA熱電化合物粉體(最終產物)。
獲得的納米Bi2Sr2CoA熱電化合物粉體為納米尺寸的針狀晶和小晶片，針狀晶長度約為 200 300nm，寬度約為50nm，小晶片尺寸約為250nm,分布均勻、純度高。
5實施例4:
納米Bi2S^Co20y熱電化合物粉體的制備方法，它包括如下步驟-
1) .將冰醋酸與去離子水按照體積比為1:1混合，得到冰醋酸溶液(作為溶劑)； 按冰醋酸溶液、Co(N03)2 6H20中的Co3+、 Sr(冊3)2中的Sr2+、 Bi(N03)3 . 5H20中的Bi3+
的配比為1L : 0. 06mol : 0.06mol : 0. 06mol，選取冰醋酸溶液、Co(N03)2 6H20、 Sr(亂和 Bi(N03)3 5H20，備用；
然后向冰醋酸溶液中加入Co(N03)2 6H20、 Sr(N03)2和Bi(N03)3 5H20，并攪拌混合，形 成混合溶液A;
2) .將混合溶液A于100 。C水浴中充分反應10小時，得到均勻透明的溶膠；將溶膠 在空氣中于120 。C加熱ll小時，使其逐漸變成干凝膠，得到干凝膠；
3) .將步驟2)得到的干凝膠在空氣氣氛下于置于900。C馬弗爐中保溫5小時，得到單 相B"Sr2CoA熱電化合物粉體；
4) .將步驟3)得到的單相Bi2Sr2CoA熱電化合物粉體置于無水乙醇中超聲20小時后 取出干燥，即得到納米Bi2Sr2CoA熱電化合物粉體(最終產物)。
獲得的納米Bi2Sr2CoA熱電化合物粉體為納米尺寸的針狀晶和小晶片，針狀晶長度約為 200 300nm，寬度約為50nm，小晶片尺寸約為250nm，分布均勻、純度高。
權利要求
1.納米Bi2Sr2Co2Oy熱電化合物粉體的制備方法，其特征在于它包括如下步驟1).將冰醋酸與去離子水按照體積比為1∶1混合，得到冰醋酸溶液；按冰醋酸溶液、Co(NO3)2·6H2O中的Co3+、Sr(NO3)2中的Sr2+、Bi(NO3)3·5H2O中的Bi3+的配比為1L∶0.06mol∶0.06mol∶0.06mol，選取冰醋酸溶液、Co(NO3)2·6H2O、Sr(NO3)2和Bi(NO3)3·5H2O，備用；然后向冰醋酸溶液中加入Co(NO3)2·6H2O、Sr(NO3)2和Bi(NO3)3·5H2O，并攪拌混合，形成混合溶液A；2).將混合溶液A于60～100℃水浴中反應5～10小時，得到均勻透明的溶膠；將溶膠在空氣中于60～120℃加熱8～12小時，使其逐漸變成干凝膠，得到干凝膠；3).將步驟2)得到的干凝膠在空氣氣氛下于置于800～900℃馬弗爐中保溫1～5小時，得到單相Bi2Sr2Co2Oy熱電化合物粉體；4).將步驟3)得到的單相Bi2Sr2Co2Oy熱電化合物粉體置于無水乙醇中超聲10～20小時后取出干燥，即得到納米Bi2Sr2Co2Oy熱電化合物粉體。
全文摘要
本發明涉及一種納米Bi₂Sr₂Co₂O_y熱電化合物粉體的制備方法。納米Bi₂Sr₂Co₂O_y熱電化合物粉體的制備方法，其特征在于它包括如下步驟1)將冰醋酸與去離子水按照體積比為1∶1混合，得到冰醋酸溶液；按冰醋酸溶液、Co(NO₃)₂·6H₂O中的Co³⁺、Sr(NO₃)₂中的Sr²⁺、Bi(NO₃)₃·5H₂O中的Bi³⁺的配比為1L∶0.06mol∶0.06mol∶0.06mol，選取，然后向冰醋酸溶液中加入Co(NO₃)₂·6H₂O、Sr(NO₃)₂和Bi(NO₃)₃·5H₂O，并攪拌混合，形成混合溶液A；2)制成干凝膠；3)煅燒，得到單相Bi₂Sr₂Co₂O_y熱電化合物粉體；4)超聲、干燥，即得到納米Bi₂Sr₂Co₂O_y熱電化合物粉體。其方法簡單易控、反應周期短、原材料易得、設備簡單、安全無污染；最終產物分布均勻、微觀結構為納米尺度。
文檔編號C01G51/00GK101597088SQ200910063059
公開日2009年12月9日 申請日期2009年7月6日 優先權日2009年7月6日
發明者唐新峰, 莉 張, 張清杰, 高文斌 申請人:武漢理工大學