一種In₄Se₃熱電化合物粉體的制備方法

專利名稱：一種In₄Se₃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In4Se3-電化合物粉體的制備方法。
背景技術：
熱電材料是一種環境友好型功能材料，在取代傳統石化燃料、改善環境等方面有 巨大的潛力。熱電轉換技術正是利用半導體熱電材料的Seebeck效應和珀耳貼效應將熱能 和電能進行直接轉換的技術。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、壽命長、可靠性高、制造工藝簡單、制造及運行成本低、應用面廣等特點而受到科學工作 者的重視，在諸多領域有著廣闊的發展前景。In4Se3化合物是新近報道的一種η型熱電材料，在室溫至中溫領域極低的熱導率 使該材料具有較其他傳統材料高的ZT值。目前，已報道的In4Se3多晶化合物的制備方法一 般為固相反應法(Solid state reaction，SSR)、熔融法(Melt reaction,MR)等，但是上述 方法普遍存在著重復性差、反應溫度高、周期長，能耗大等問題。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在于提供一種In4Se3熱電化合物粉體的制備方法，該 方法原料廉價易得、工藝簡單易控、反應時間短。為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是一種In4Se3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)根據亞硒酸鈉與銦的水合可溶性鹽中硒元素和銦元素的物質的量比為3 4 3.1 4，稱取銦的水合可溶性鹽與亞硒酸鈉原料，以去離子水作為溶劑，攪拌混合，得到混 合溶液A ；2)在混合溶液A中加入還原劑水合胼，控制反應溫度為50 80°C，反應3 12 小時，得到產物B，此處加入還原劑水合胼的目的在于將亞硒酸鈉中的硒還原為單質硒；3)將產物B進行離心，將離心得到的沉淀進行冷凍干燥，得到暗紅色粉末；4)將步驟3)得到的暗紅色粉末在氫氣氣氛下于450 525°C還原1 3小時，得 到In4Se3熱電化合物粉體。按上述方案，步驟1)所述的銦的水合可溶性鹽為銦的水合氯化物或者銦的水合 硝酸鹽。按上述方案，步驟2)所述的反應是在超聲反應條件下或攪拌狀態下進行反應。按上述方案，步驟2)所述的還原劑水合胼與亞硒酸鈉的物質的量的配比至少為 10 1。按上述方案，步驟3)所述的離心時間為3 5min，離心轉速為8000 12000r/
mirio上述方案中，理論上是按照所合成的In4Se3-電化合物粉體的化學計量比稱取銦 的水合可溶性鹽與亞硒酸鈉原料即可，而在實際過程中，考慮到硒元素在整個反應過程中因揮發存在少量損失，可適當提高亞硒酸鈉的配比，即將亞硒酸鈉中硒元素和銦的水合可 溶性鹽中銦元素的物質的量比調整為3 4 3.1 4。本發明獲得的In4Se3熱電化合物粉體可以應用于制備In4Se3塊體熱電材料。本發明的有益效果與固相反應法或高溫熔融法相比，本發明提供的In4Se3熱電 化合物粉體的制備方法，所采用的原料廉價易得，工藝簡單易控，反應時間短，能耗低，污染 小，重復性好，且適用于大規模制備。


圖1是本發明的制備工藝流程圖。圖2是本發明實施例1制備的In4Se3熱電化合物粉體的XRD圖譜。圖3是本發明實施例1制備的In4Se3熱電化合物粉體的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，一種In4Se3熱電化合物粉體的制備方法，它包括如下步驟1)取400毫升燒杯，依次稱取0. 5865克分析純四水合氯化銦、0. 2681克亞硒酸 鈉，取用200毫升去離子水，攪拌混合均勻，得到混合溶液A ；2)在步驟1)所得混合溶液A中加入ImL市售85%的水合胼溶液作為還原劑，控制 反應溫度為60°C，超聲反應3小時，得到產物B，所述超聲頻率為42KHz，功率為100-400W ；3)將步驟2)得到的產物B進行離心，離心速率為8000r/min，時間為3min，將離心 得到的沉淀在冷凍干燥設備中進行冷凍干燥，冷凍干燥溫度為-80°C，干燥時間為2h，得到 暗紅色粉末；4)將步驟3)得到的暗紅色粉末于氣氛爐中，在氫氣氣氛下于450°C還原1小時， 得到In4Se3熱電化合物粉體。將步驟4)得到的In4Se3產物進行XRD和SEM測試，分別見圖2和圖3，圖2中本 發明制備的In4Se3熱電化合物粉體的衍射峰與In4Se3S準譜圖中的衍射峰一致，這說明所 得最終產物為單相In4Se3熱電化合物；圖3說明所得In4Se3熱電化合物的粒徑約200nm。實施例2 如圖1所示，一種In4Se3熱電化合物粉體的制備方法，它包括如下步驟1)取500毫升燒杯，依次稱取1. 5276克分析純四點五水合硝酸銦、0. 5188克亞硒 酸鈉，取用400毫升去離子水，攪拌混合均勻，得到混合溶液A ；2)在步驟1)所得混合溶液A中加入IOmL市售85%的水合胼溶液作為還原 劑，控制反應溫度為80°C，超聲反應12小時，得到產物B，所述超聲頻率為42KHz、功率為 100-400W ；3)將步驟2)得到的產物B進行離心，離心速率為10000r/min，時間為5min，將離 心得到的沉淀在冷凍干燥設備中冷凍干燥，冷凍干燥溫度為_85°C，干燥時間為6h，得到暗 紅色粉末；
4)將步驟3)得到的粉末置于氣氛爐中，在氫氣氣氛下于525°C還原3小時，得到 In4Se3熱電化合物粉體。將步驟4)得到的In4Se3產物進行XRD和SEM測試，結果說明所得最終產物為單 相In4Se3熱電化合物，粒徑約200nm。實施例3 如圖1所示，一種In4Se3熱電化合物粉體的制備方法，它包括如下步驟1)取400毫升燒杯，依次稱取0. 5865克分析純四水合氯化銦、0. 2594克亞硒酸 鈉，取用200毫升去離子水，攪拌混合均勻，得到混合溶液A ；2)在步驟1)所得混合溶液A中加入3mL市售85%的水合胼溶液作為還原劑，控 制反應溫度為50°C，在攪拌狀態下反應10小時，得到產物B ；3)將步驟2)得到的產物B進行離心，離心速率為12000r/min，時間為3min，將離 心得到的沉淀在冷凍干燥設備中進行冷凍干燥，冷凍干燥溫度為_75°C，干燥時間為2h，得 到暗紅色粉末；4)將步驟3)得到的暗紅色粉末于氣氛爐中，在氫氣氣氛下于475°C還原2小時， 得到In4Se3熱電化合物粉體。將步驟4)得到的In4Se3產物進行XRD和SEM測試，結果說明所得最終產物為單 相In4Se3熱電化合物，粒徑約200nm。本發明所列舉的各具體原料，以及各原料的上下限、區間取值，以及工藝參數(如 溫度、時間等)的上下限、區間取值都能實現本發明，在此不一一列舉實施例。
權利要求
一種In4Se3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)根據亞硒酸鈉與銦的水合可溶性鹽中硒元素和銦元素的物質的量比為3∶4～3.1∶4，稱取銦的水合可溶性鹽與亞硒酸鈉原料，以去離子水作為溶劑，攪拌混合，得到混合溶液A；2)在混合溶液A中加入還原劑水合肼，控制反應溫度為50～80℃，反應3～12小時，得到產物B；3)將產物B進行離心，將離心得到的沉淀進行冷凍干燥，得到暗紅色粉末；4)將步驟3)得到的暗紅色粉末在氫氣氣氛下于450～525℃還原1～3小時，得到In4Se3熱電化合物粉體。
2.根據權利要求1所述的In4Se3熱電化合物粉體的制備方法，其特征在于步驟1)所 述的銦的水合可溶性鹽為銦的水合氯化物或者銦的水合硝酸鹽。
3.根據權利要求1所述的In4Se3熱電化合物粉體的制備方法，其特征在于步驟2)所 述的反應是在超聲反應條件下或攪拌狀態下進行反應。
4.根據權利要求1所述的In4Se3熱電化合物粉體的制備方法，其特征在于步驟2)所 述的還原劑水合胼與亞硒酸鈉的物質的量的配比至少為10 1。
5.根據權利要求1所述的In4Se3熱電化合物粉體的制備方法，其特征在于步驟3)所 述的離心時間為3 5min，離心轉速為8000 12000r/min。
全文摘要
本發明屬于新能源材料領域。一種In4Se3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)根據亞硒酸鈉與銦的水合可溶性鹽中硒元素和銦元素的物質的量比為3∶4～3.1∶4，配制銦的水合可溶性鹽與亞硒酸鈉的混合溶液A；2)在混合溶液A中加入還原劑水合肼，控制反應溫度為50～80℃，反應3～12小時，得到產物B；3)將產物B進行離心，將離心得到的沉淀進行冷凍干燥，得到暗紅色粉末；4)將暗紅色粉末在氫氣氣氛下于450～525℃還原1～3小時，得到In4Se3熱電化合物粉體。本發明所采用的原料廉價易得，工藝簡單易控，反應時間短，能耗低，污染小，重復性好，且適用于大規模制備。
文檔編號C01B19/04GK101913575SQ201010271219
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月31日 優先權日2010年8月31日
發明者劉丹丹, 唐新峰, 張清杰, 李涵 申請人:武漢理工大學