專利名稱：一種In₄Se₃熱電化合物粉體的制備方法
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In4Se3-電化合物粉體的制備方法。
背景技術(shù)：
熱電材料是一種環(huán)境友好型功能材料，在取代傳統(tǒng)石化燃料、改善環(huán)境等方面有 巨大的潛力。熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)正是利用半導(dǎo)體熱電材料的Seebeck效應(yīng)和珀耳貼效應(yīng)將熱能 和電能進(jìn)行直接轉(zhuǎn)換的技術(shù)。由于其不含其它發(fā)電技術(shù)所需要的龐大傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，具有體積 小、壽命長、可靠性高、制造工藝簡單、制造及運(yùn)行成本低、應(yīng)用面廣等特點(diǎn)而受到科學(xué)工作 者的重視，在諸多領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。In4Se3化合物是新近報(bào)道的一種η型熱電材料，在室溫至中溫領(lǐng)域極低的熱導(dǎo)率 使該材料具有較其他傳統(tǒng)材料高的ZT值。目前，已報(bào)道的In4Se3多晶化合物的制備方法一 般為固相反應(yīng)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(fù)性差、反應(yīng)溫度高、周期長，能耗大等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)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(jià)易得、工藝簡單易控、反應(yīng)時(shí)間短。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)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(jù)亞硒酸鈉與銦的水合可溶性鹽中硒元素和銦元素的物質(zhì)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(yīng)溫度為50 80°C，反應(yīng)3 12 小時(shí)，得到產(chǎn)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(zhì)硒；3)將產(chǎn)物B進(jìn)行離心，將離心得到的沉淀進(jìn)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(shí)，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(yīng)是在超聲反應(yīng)條件下或攪拌狀態(tài)下進(jìn)行反應(yīng)。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(zhì)的量的配比至少為 10 1。按上述方案，步驟3)所述的離心時(shí)間為3 5min，離心轉(zhuǎn)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(xué)計(jì)量比稱取銦 的水合可溶性鹽與亞硒酸鈉原料即可，而在實(shí)際過程中，考慮到硒元素在整個(gè)反應(yīng)過程中因揮發(fā)存在少量損失，可適當(dāng)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(zhì)的量比調(diào)整為3 4 3.1 4。本發(fā)明獲得的In4Se3熱電化合物粉體可以應(yīng)用于制備In4Se3塊體熱電材料。本發(fā)明的有益效果與固相反應(yīng)法或高溫熔融法相比，本發(fā)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(jià)易得，工藝簡單易控，反應(yīng)時(shí)間短，能耗低，污染 小，重復(fù)性好，且適用于大規(guī)模制備。


圖1是本發(fā)明的制備工藝流程圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制備的In4Se3熱電化合物粉體的XRD圖譜。圖3是本發(fā)明實(shí)施例1制備的In4Se3熱電化合物粉體的SEM形貌圖。
具體實(shí)施例方式為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi) 容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。實(shí)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(yīng)溫度為60°C，超聲反應(yīng)3小時(shí)，得到產(chǎn)物B，所述超聲頻率為42KHz，功率為100-400W ；3)將步驟2)得到的產(chǎn)物B進(jìn)行離心，離心速率為8000r/min，時(shí)間為3min，將離心 得到的沉淀在冷凍干燥設(shè)備中進(jìn)行冷凍干燥，冷凍干燥溫度為-80°C，干燥時(shí)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(shí)， 得到In4Se3熱電化合物粉體。將步驟4)得到的In4Se3產(chǎn)物進(jìn)行XRD和SEM測試，分別見圖2和圖3，圖2中本 發(fā)明制備的In4Se3熱電化合物粉體的衍射峰與In4Se3S準(zhǔn)譜圖中的衍射峰一致，這說明所 得最終產(chǎn)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(shí)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(diǎn)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(yīng)溫度為80°C，超聲反應(yīng)12小時(shí)，得到產(chǎn)物B，所述超聲頻率為42KHz、功率為 100-400W ；3)將步驟2)得到的產(chǎn)物B進(jìn)行離心，離心速率為10000r/min，時(shí)間為5min，將離 心得到的沉淀在冷凍干燥設(shè)備中冷凍干燥，冷凍干燥溫度為_85°C，干燥時(shí)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(shí)，得到 In4Se3熱電化合物粉體。將步驟4)得到的In4Se3產(chǎn)物進(jìn)行XRD和SEM測試，結(jié)果說明所得最終產(chǎn)物為單 相In4Se3熱電化合物，粒徑約200nm。實(shí)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(yīng)溫度為50°C，在攪拌狀態(tài)下反應(yīng)10小時(shí)，得到產(chǎn)物B ；3)將步驟2)得到的產(chǎn)物B進(jìn)行離心，離心速率為12000r/min，時(shí)間為3min，將離 心得到的沉淀在冷凍干燥設(shè)備中進(jìn)行冷凍干燥，冷凍干燥溫度為_75°C，干燥時(shí)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(shí)， 得到In4Se3熱電化合物粉體。將步驟4)得到的In4Se3產(chǎn)物進(jìn)行XRD和SEM測試，結(jié)果說明所得最終產(chǎn)物為單 相In4Se3熱電化合物，粒徑約200nm。本發(fā)明所列舉的各具體原料，以及各原料的上下限、區(qū)間取值，以及工藝參數(shù)(如 溫度、時(shí)間等)的上下限、區(qū)間取值都能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，在此不一一列舉實(shí)施例。
權(quán)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(jù)亞硒酸鈉與銦的水合可溶性鹽中硒元素和銦元素的物質(zhì)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(yīng)溫度為50～80℃，反應(yīng)3～12小時(shí)，得到產(chǎn)物B；3)將產(chǎn)物B進(jìn)行離心，將離心得到的沉淀進(jìn)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(shí)，得到In4Se3熱電化合物粉體。
2.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(yīng)是在超聲反應(yīng)條件下或攪拌狀態(tài)下進(jìn)行反應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)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(zhì)的量的配比至少為10 1。
5.根據(jù)權(quán)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(shí)間為3 5min，離心轉(zhuǎn)速為8000 12000r/min。
全文摘要
本發(fā)明屬于新能源材料領(lǐng)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(jù)亞硒酸鈉與銦的水合可溶性鹽中硒元素和銦元素的物質(zhì)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(yīng)溫度為50～80℃，反應(yīng)3～12小時(shí)，得到產(chǎn)物B；3)將產(chǎn)物B進(jìn)行離心，將離心得到的沉淀進(jìn)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(shí)，得到In4Se3熱電化合物粉體。本發(fā)明所采用的原料廉價(jià)易得，工藝簡單易控，反應(yīng)時(shí)間短，能耗低，污染小，重復(fù)性好，且適用于大規(guī)模制備。
文檔編號(hào)C01B19/04GK101913575SQ201010271219
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
發(fā)明者劉丹丹, 唐新峰, 張清杰, 李涵 申請人:武漢理工大學(xué)