一種納米級棒狀碲化鉍納米材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是一種納米級棒狀碲化鉍納米材料的制備方法，屬于熱電材料的制備技術領域。
技術背景
[0002]熱電材料，即一種能夠將熱能轉化成電能的材料，由于其在軍工和民用領域都有著巨大的應用潛力，近年來得到了人們越來越多的關注。
[0003]在目前研究的眾多熱電材料中，碲化鉍是公認的在室溫條件下最佳的熱電材料，現有的理論與實踐充分證明，制備納米級的碲化鉍材料是碲化鉍材料熱電性能提高的有效途徑之一。
【發明內容】
[0004]本發明目的在于克服現有技術存在的不足，而提供一種納米級棒狀碲化鉍納米材料的制備方法，以便得到具有形貌統一，熱電性能高的碲化鉍納米材料。
[0005]本發明的目的是通過如下技術方案來完成的，所述的一種納米級棒狀碲化鉍納米材料的制備方法，它包括如下步驟:
A)在乙二醇溶液中，加入一定量的亞碲酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮、氫氧化鈉三種原料，并在加熱條件下磁力攪拌溶解，制成混合溶液a;其中所述亞碲酸鈉在乙二醇溶液中的濃度為0.58—11.6g/L，亞碲酸鈉與聚乙烯吡咯烷酮的質量比是0.116—11.6:1，亞碲酸鈉和氫氧化鈉的質量比是0.001—0.116:1 ；
B)在加熱條件下，在步驟A)所得混合溶液a中，加入水合肼溶液作為還原劑，加入的水合肼溶液的濃度為4一400g/L，水合肼溶液加入后還原反應0.5—48小時，得到混合溶液b ；
C)在乙二醇溶液中加入氯化鉍，在加熱條件下經磁力攪拌后待氯化鉍完全溶解后，得到氯化鉍的乙二醇溶液，將該溶液加入到步驟B)所得混合溶液b中，反應0.5-48小時，得到混合溶液c ；
D)將反應所得混合溶液c室溫冷卻、清洗、離心后，經真空干燥12— 48小時，得到碲化秘納米棒。
[0006]所述步驟A)中，所述亞碲酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮、氫氧化鈉加入到乙二醇溶液中加熱溶解的溫度控制在140— 180°C之間，通過磁力攪拌加速其溶解，得到透明澄清的混合溶液a ;所述步驟B)中加入水合肼溶液進行還原反應的溫度控制在140— 160°C之間；所述步驟C)中反應的溫度控制在140—1601:之間。
[0007]所述步驟A)中的聚乙烯吡咯烷酮平均分子質量為40000— 58000 ;所述步驟B)中所采用水合肼溶液中的水合肼含量為50— 80%。
[0008]所述步驟D)中所述混合溶液c冷卻后先后用去離子水和乙醇清洗并離心2— 3次后進行真空干燥，得到碲化鉍納米棒，干燥溫度控制在50— 90°C。
[0009]所述碲化鉍納米棒的長度范圍在90— 2000nm，直徑范圍在20— 120nm ;優選長度范圍在1400— 1900nm，直徑范圍在80 — llOnm。
[0010]本發明以亞碲酸鈉，氯化鉍為原料，置于乙二醇溶液中，以水合肼作為還原劑，聚乙烯吡咯烷酮作為生長模板，氫氧化鈉作為生長調節劑，采用熱溶劑法得到形貌均一的碲化秘納米棒。
[0011]本發明所制備得到的碲化鉍納米材料的優點如下:
a納米級碲化鉍材料是目前室溫熱電材料中熱電轉化性能最好的熱電材料；b制備過程中，可以通過調節各組分配比，得到不同長短粗細的碲化鉍納米棒材料，從而得到不同性能的碲化鉍納米材料；
c同一配比條件下，制備的碲化鉍納米線形貌均一性較好； d生產簡單，設備投入少。
【具體實施方式】
[0012]下面將結合具體實施例對本發明做詳細的介紹:本發明所述的一種納米級棒狀碲化鉍納米材料的制備方法，該制備方法包括如下步驟:
A)在乙二醇溶液中，加入一定量的亞碲酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮、氫氧化鈉三種原料，并在加熱條件下磁力攪拌溶解，制成混合溶液a;其中所述亞碲酸鈉在乙二醇溶液中的濃度為0.58—11.6g/L，亞碲酸鈉與聚乙烯吡咯烷酮的質量比是0.116—11.6:1，亞碲酸鈉和氫氧化鈉的質量比是0.001—0.116:1 ；
B)在加熱條件下，在步驟A)所得混合溶液a中，加入水合肼溶液作為還原劑，加入的水合肼溶液的濃度為4一400g/L，水合肼溶液加入后還原反應0.5—48小時，得到混合溶液b ；
C)在乙二醇溶液中加入氯化鉍，在加熱條件下經磁力攪拌后待氯化鉍完全溶解后，得到氯化鉍的乙二醇溶液，將該溶液加入到步驟B)所得混合溶液b中，反應0.5-48小時，得到混合溶液c ；
D)將反應所得混合溶液c室溫冷卻、清洗、離心后，經真空干燥12— 48小時，得到碲化秘納米棒。
[0013]所述步驟A)中，所述亞碲酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮、氫氧化鈉加入到乙二醇溶液中加熱溶解的溫度控制在140— 180°C之間，通過磁力攪拌加速其溶解，得到透明澄清的混合溶液a ;所述步驟B)中加入水合肼溶液進行還原反應的溫度控制在140— 160°C之間；所述步驟C)中反應的溫度控制在140— 160°C之間。
[0014]所述步驟A)中的聚乙烯吡咯烷酮平均分子質量為40000— 58000 ;所述步驟B)中所采用水合肼溶液中的水合肼含量為50— 80%。
[0015]所述步驟D)中所述混合溶液c冷卻后先后用去離子水和乙醇清洗并離心2— 3次后進行真空干燥，得到碲化鉍納米棒，干燥溫度控制在50— 90°C。
[0016]所述碲化鉍納米棒的長度范圍在90— 2000nm，直徑范圍在20— 120nm。
[0017]本發明所述的實施例并不限于以下幾種，凡是通過具體的數值或類似組份的替換所得到的技術方案，均在本發明的保護范圍之內，以下幾種實施例僅僅只是本發明無數個實施例中的幾個代表實例。
[0018]實施例1:本發明所述的一種納米級棒狀碲化鉍納米材料的制備方法，該制備方法包括如下步驟:
A)在乙二醇溶液中，加入一定量的亞碲酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮、氫氧化鈉三種原料，并在加熱條件下磁力攪拌溶解，制成透明澄清的混合溶液a，加熱溶解的溫度控制在140°C;其中所述亞碲酸鈉在乙二醇溶液中的濃度為0.58g/L，亞碲酸鈉與聚乙烯吡咯烷酮的質量比是0.116:1，亞碲酸鈉和氫氧化鈉的質量比是0.001:1 ;其中所述聚乙烯吡咯烷酮的平均分子質量為40000 ；
B)在加熱溫度控制在140°C之間的條件下，在步驟A)所得混合溶液a中，加入水合肼溶液作為還原劑，加入的水合肼溶液的濃度為4g/L,水合肼溶液加入后還原反應0.5小時，得到混合溶液b ;其中所采用水合肼溶液中的水合肼含量為50% ；
C)在乙二醇溶液中加入氯化鉍，在加熱溫度控制在140°C的條件下，經磁力攪拌后待氯化鉍完全溶解后，得到氯化鉍的乙二醇溶液，將該溶液加入到步驟B)所得混合溶液b中，反應0.5小時，得到混合溶液c ；
D)將反應所得混合溶液c經室溫冷卻后，先后用去離子水和乙醇清洗并離心2次后進行真空干燥12小時，得到碲化鉍納米棒，干燥溫度控制在50°C。
[0019]實施例2:本發明所述的一種納米級棒狀碲化鉍納米材料的制備方法，該制備方法包括如下步驟:
A)在乙二醇溶液中，加入一定量的亞碲酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮、氫氧化鈉三種原料，并在加熱條件下磁力攪拌溶解，制成透明澄清的混合溶液a，加熱溶解的溫度控制在180°C之間；其中所述亞碲酸鈉在乙二醇溶液中的濃度為11.6g/L，亞碲酸鈉與聚乙烯吡咯烷酮的質量比是11.6:1，亞碲酸鈉和氫氧化鈉的質量比是0.116:1 ;其中所述聚乙烯吡咯烷酮的平均分子質量為58000 ；
B)在加熱溫度控制在160°C的條件下，在步驟A)所得混合溶液a中，加入水合肼溶液作為還原劑，加入的水合肼溶液的濃度為400g/L,水合肼溶液加入后還原反應48小時,得到混合溶液b ;其中所采用水合肼溶液中的水合肼含量為80% ；
C)在乙二醇溶液中加入氯化鉍，在加熱溫度控制在160°C之間的條件下經磁力攪拌后待氯化鉍完全溶解后，得到氯化鉍的乙二醇溶液，將該溶液加入到步驟B)所得混合溶液b中，反應48小時,得到混合溶液c ；
D)將反應所得混合溶液c經室溫冷卻后，先后用去離子水和乙醇清洗并離心3次后進行真空干燥48小時，得到碲化鉍納米棒，干燥溫度控制在90°C。
[0020]實施例3:本發明所述的一種納米級棒狀碲化鉍納米材料的制備方法，該制備方法包括如下步驟:
A)在乙二醇溶液中，加入一定量的亞碲酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮、氫氧化鈉三種原料，并在加熱條件下磁力攪拌溶解，制成透明澄清的混合溶液a，加熱溶解的溫度控制在160°C ；其中所述亞碲酸鈉在乙二醇溶液中的濃度為6g/L，亞碲酸鈉與聚乙烯吡咯烷酮的質量比是6:1，亞碲酸鈉和氫氧化鈉的質量比是0.06:1 ;其中所述聚乙烯吡咯烷酮的平均分子質量為 49000 ；
B)在加熱溫度控制在