專利名稱：一種常壓微波合成法制備碲化銀熱電材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱電材料及制備方法，屬于功能材料中的合金熱電材料領(lǐng)域；具體涉及一種Ag2Te熱電材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
熱電發(fā)電與熱電制冷作為一類固態(tài)能量轉(zhuǎn)換方式，與其它能量轉(zhuǎn)換方式相比，具有無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、無(wú)噪聲、容易微型化、安全可靠、能在惡劣環(huán)境下工作等特點(diǎn)，但由于其轉(zhuǎn)化效率偏低，所以熱電轉(zhuǎn)換裝置僅用于可靠性和方便性比經(jīng)濟(jì)性更重要的有限場(chǎng)合，難以產(chǎn)業(yè)化推廣形成龐大市場(chǎng)。提高熱電轉(zhuǎn)換裝置效率的關(guān)鍵在于制備高性能的熱電材料，近年來(lái)，納米合金熱電材料是各國(guó)科學(xué)家研究的熱點(diǎn)。在眾多納米合金熱電材料中，Ag2Te由于具有較高的ZT值而倍受關(guān)注，是一種優(yōu)良的中低溫?zé)犭姴牧稀Ｄ壳耙延卸喾N制備納米Ag2Te熱電材料的方法，但這些方法大多數(shù)工藝復(fù)雜、耗能、耗時(shí)，與之相比，常壓微波合成具有加熱速度快、熱能利用率高、節(jié)能環(huán)保、反應(yīng)靈敏、產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，在納米材料合成中得到了許多應(yīng)用，而有關(guān)Ag2Te納米線的常壓微波法合成迄今為止未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有方法在制備合金熱電材料過(guò)程中工藝復(fù)雜、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，而提供了一種常壓微波合成法制備碲化銀熱電材料的方法。本發(fā)明的一種常壓微波合成法制備碲化銀熱電材料的方法是按以下步驟實(shí)現(xiàn): 一、將Na2TeO3與乙二醇溶劑按質(zhì)量體積比為0.4 0.5g 35mL的比例在室溫條件下，以 500 600轉(zhuǎn)/分的速度攪拌I 3min，得溶液A ;另將AgNO3與乙二醇溶劑按質(zhì)量體積比為 0. 6 0. 7g IOmL的比例在室溫條件下，以500 600轉(zhuǎn)/分的速度攪拌I 3min，得溶液B ;二、將NaOH與步驟一得到的溶液A按質(zhì)量體積比為0. 2g 30 40mL的比例混合均勻后，放入常壓微波合成儀中，在功率為200 400W，溫度為170°C 180°C的條件下反應(yīng)2 3min，得溶液C ;三、將步驟一得到的溶液B與步驟二得到的溶液C按體積比為10 : 30 40的比例混合均勻，放入常壓微波合成儀中，在功率為200 400W，溫度為170°C 180°C 的條件下反應(yīng)12 15min，得初產(chǎn)物；四、將步驟三得到的初產(chǎn)物用去離子水洗滌4 6次， 在50°C 70°C的溫度下干燥20 30min后，即得碲化銀熱電材料。本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明采用Na2TeOjP AgNO3作為微波合成反應(yīng)的原料，并以乙二醇為溶劑，通過(guò)NaOH調(diào)節(jié)溶液pH值，制得的Ag2Te彎曲納米線形貌均一、粒度分布窄；采用常壓微波合成法制備Ag2Te的合成時(shí)間短13 18min，而現(xiàn)有的水熱法制備Ag2Te的時(shí)間為12h， 樣品純度為99%、能耗小、常溫操作、工藝簡(jiǎn)單、安全性高。從所制備的Ag2Te熱電材料的電學(xué)性能隨溫度變化曲線可以看出，本發(fā)明的Ag2Te熱電材料在180°C時(shí)的功率因子達(dá)到 13. 5 X IO-4WnT1K-2,表現(xiàn)出優(yōu)良的電學(xué)性能。


圖I是試驗(yàn)I制得的Ag2Te粉體的XRD圖譜；圖2是試驗(yàn)I制得的Ag2Te粉體的SEM圖譜；圖3是試驗(yàn)I制得的Ag2Te粉體的電導(dǎo)率圖譜；圖4是試驗(yàn)I制得的Ag2Te粉體的Seebeck系數(shù)圖譜圖5是試驗(yàn)I制得的Ag2Te粉體的功率因子圖譜。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式
，還包括其它具體實(shí)施方式
的任意組合。
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式的一種常壓微波合成法制備締化銀熱電材料的方法是按以下步驟實(shí)現(xiàn)一、將Na2TeO3與乙二醇溶劑按質(zhì)量體積比為0. 4 0. 5g 35mL的比例在室溫條件下，以500 600轉(zhuǎn)/分的速度攪拌I 3min，得溶液A ;另將AgNO3與乙二醇溶劑按質(zhì)量體積比為0.6 0.7g IOmL的比例在室溫條件下，以500 600轉(zhuǎn)/分的速度攪拌I 3min，得溶液B ;二、將NaOH與步驟一得到的溶液A按質(zhì)量體積比為0. 2g : 30 40mL的比例混合均勻后，放入常壓微波合成儀中，在功率為200 400W，溫度為170°C 180°C的條件下反應(yīng)2 3min，得溶液C ;三、將步驟一得到的溶液B與步驟二得到的溶液C 按體積比為10 30 40的比例混合均勻，放入常壓微波合成儀中，在功率為200 400W， 溫度為170°C 180°C的條件下反應(yīng)12 15min，得初產(chǎn)物；四、將步驟三得到的初產(chǎn)物用去離子水洗滌4 6次，在50°C 70°C的溫度下干燥20 30min后，即得碲化銀熱電材料。本實(shí)施方式采用Na2TeO3和AgNO3作為微波合成反應(yīng)的原料，并以乙二醇為溶劑， 通過(guò)NaOH調(diào)節(jié)溶液pH值，制得的Ag2Te彎曲納米線形貌均一、粒度分布窄；采用常壓微波合成法制備Ag2Te的合成時(shí)間短13 18min，而現(xiàn)有的水熱法制備Ag2Te的時(shí)間為12h，樣品純度為99 %、能耗小、常溫操作、工藝簡(jiǎn)單、安全性高。從所制備的Ag2Te熱電材料的電學(xué)性能隨溫度變化曲線可以看出，本實(shí)施方式的Ag2Te熱電材料在180 V時(shí)的功率因子達(dá)到 13. 5 X IO-4WnT1K-2,表現(xiàn)出優(yōu)良的電學(xué)性能。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體是實(shí)施方式一不同的是步驟一所述的 Na2TeO3與乙二醇溶劑按質(zhì)量體積比為0.422g 35mL。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體是實(shí)施方式一至二不同的是步驟一所述的 AgNO3與乙二醇溶劑按質(zhì)量體積比為0.68g 10mL。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至二相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體是實(shí)施方式一至三之一不同的是步驟二所述的NaOH與步驟一得到的溶液A按質(zhì)量體積比為0.2g 35mL。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)
施方式一至三之一相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體是實(shí)施方式一至四之一不同的是步驟二和步驟三所述的溫度為175°C。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至四之一相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體是實(shí)施方式一至五之一不同的是步驟二所述的反應(yīng)時(shí)間為2. 5min。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至五之一相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體是實(shí)施方式一至六之一不同的是步驟三所述的步驟一得到的溶液B與步驟二得到的溶液C按體積比為10 35。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至六之一相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體是實(shí)施方式一至七之一不同的是步驟三所述的反應(yīng)時(shí)間為14min。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至七之一相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體是實(shí)施方式一至八之一不同的是步驟四所述的溫度為60°C。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至八之一相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體是實(shí)施方式一至九之一不同的是步驟四所述的干燥時(shí)間為25min。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至九之一相同。通過(guò)以下試驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明的效果試驗(yàn)I本試驗(yàn)的一種常壓微波合成法制備碲化銀熱電材料的方法是按以下步驟實(shí)現(xiàn): 一、取2mmol的Na2TeO3溶于35mL的乙二醇溶劑中，在室溫下，以600轉(zhuǎn)/分的速度攪拌 2min，得溶液A ;取4mmol的AgNO3溶于IOmL的乙二醇溶劑中，在室溫下，以600轉(zhuǎn)/分的速度攪拌2min，得溶液B ;二、將步驟一得到的溶液A倒入50mL玻璃三口瓶中，加入0. 2g 的NaOH混合均勻后，放入常壓微波合成儀中，在功率為300W，溫度為180°C的條件下，反應(yīng) 3min,得溶液C ;三、將步驟二 35mL的溶液C與步驟一得到的IOmL溶液B混合均勻，放入常壓微波合成儀中，在功率為300W，溫度為180°C的條件下，反應(yīng)15min，得初產(chǎn)物；四、將步驟三得到的初產(chǎn)物用去離子水洗滌5次，在60°C的溫度下干燥干25min后，即得Ag2Te粉體。本試驗(yàn)中使用的常壓微波合成儀為MAS-II型，購(gòu)買(mǎi)自上海新儀微波化學(xué)科技有限公司。本試驗(yàn)中使用的原料均為市售分析純?cè)?。將本試?yàn)得到的Ag2Te粉體進(jìn)行XRD檢測(cè)，結(jié)果如圖I所示，由圖I可知，圖中所有的衍射峰均與單斜相Ag2Te (標(biāo)準(zhǔn)卡片JCPDS 34-0142)的衍射峰吻合，未發(fā)現(xiàn)其它雜質(zhì)的衍射峰，說(shuō)明所制備的樣品為Ag2Te純相。 對(duì)本試驗(yàn)的Ag2Te粉體進(jìn)行SEM檢測(cè)，結(jié)果如圖2所示，由圖2可知，本試驗(yàn)的Ag2Te 粉體形貌為彎曲的納米線，納米線的直徑為100 200nm，長(zhǎng)度為5 10 y m。在常溫16Mpa下，將本試驗(yàn)得到的Ag2Te粉末壓成長(zhǎng)條形塊體，分別對(duì)其進(jìn)行電導(dǎo)率和Seebeck系數(shù)的測(cè)試，并計(jì)算其功率因子。Ag2Te塊體的電導(dǎo)率隨溫度變化曲線圖如圖 3所示，從圖3可以看出，Ag2Te的電導(dǎo)率隨溫度先緩慢下降，然后在400K-500K之間急劇降低，根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，Ag2Te在410K左右會(huì)發(fā)生晶相轉(zhuǎn)變，由低溫單斜相(P-Ag2Te)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷孛嫘牧⒎较?a -Ag2Te)，低溫單斜相屬于窄帶隙半導(dǎo)體，具有良好的導(dǎo)電性，而高溫面心立方相是以無(wú)序Ag+為主的離子導(dǎo)體，Ag+濃度在轉(zhuǎn)變前后相差幾個(gè)數(shù)量級(jí)，這樣電子電導(dǎo)就發(fā)生了較大降低。從圖3中還可以看出，隨著溫度的繼續(xù)升高，電導(dǎo)率在550K左右出現(xiàn)拐點(diǎn)，這可能是由于測(cè)試后期爐體的氣密性不好，樣品發(fā)生了氧化，從而導(dǎo)致電導(dǎo)率降低。Ag2Te塊體的Seebeck系數(shù)隨溫度變化曲線圖如圖4所示，從圖4可以看出，所制備的材料為P型熱電材料，曲線先上升后下降，在400K左右也出現(xiàn)了拐點(diǎn)，這與電導(dǎo)率曲線出現(xiàn)的拐點(diǎn)一致，說(shuō)明Ag2Te在400K左右發(fā)生了晶相轉(zhuǎn)變。
結(jié)合電導(dǎo)率、和Seebeck系數(shù)測(cè)試結(jié)果，我們對(duì)樣品進(jìn)行了功率因子計(jì)算，結(jié)果如圖5所示，從圖5可以看出，Ag2Te的功率因子隨溫度的升高先增大后減小，在450K左右出現(xiàn)最大值，最大值達(dá)到13. 5 X KT4WnT1IT2,說(shuō)明本試驗(yàn)制備的Ag2Te粉體具有較優(yōu)良的電學(xué)性能。
權(quán)利要求
1.一種常壓微波合成法制備締化銀熱電材料的方法，其特征在于常壓微波合成法制備碲化銀熱電材料的方法是按以下步驟進(jìn)行的一、將Na2TeO3與乙二醇溶劑按質(zhì)量體積比為O.4 O. 5g 35mL的比例在室溫條件下，以500 600轉(zhuǎn)/分的速度攪拌I 3min，得溶液A ;另將AgNO3與乙二醇溶劑按質(zhì)量體積比為O. 6 O. 7g IOmL的比例在室溫條件下， 以500 600轉(zhuǎn)/分的速度攪拌I 3min，得溶液B ;二、將NaOH與步驟一得到的溶液A 按質(zhì)量體積比為O. 2g 30 40mL的比例混合均勻后，放入常壓微波合成儀中，在功率為 200 400W，溫度為170°C 180°C的條件下反應(yīng)2 3min，得溶液C ;三、將步驟一得到的溶液B與步驟二得到的溶液C按體積比為10 30 40的比例混合均勻，放入常壓微波合成儀中，在功率為200 400W，溫度為170°C 180°C的條件下反應(yīng)12 15min，得初產(chǎn)物； 四、將步驟三得到的初產(chǎn)物用去離子水洗滌4 6次，在50°C 70°C的溫度下干燥20 30min后，即得碲化銀熱電材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種常壓微波合成法制備碲化銀熱電材料的方法，其特征在于步驟一所述的Na2TeO3與乙二醇溶劑按質(zhì)量體積比為O. 422g 35mL。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種常壓微波合成法制備碲化銀熱電材料的方法，其特征在于步驟一所述的AgNO3與乙二醇溶劑按質(zhì)量體積比為O. 68g 10mL。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種常壓微波合成法制備碲化銀熱電材料的方法，其特征在于步驟二所述的NaOH與步驟一得到的溶液A按質(zhì)量體積比為O. 2g 35mL。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種常壓微波合成法制備碲化銀熱電材料的方法，其特征在于步驟二和步驟三所述的溫度為175°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種常壓微波合成法制備碲化銀熱電材料的方法，其特征在于步驟二所述的反應(yīng)時(shí)間為2. 5min。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種常壓微波合成法制備碲化銀熱電材料的方法，其特征在于步驟三所述的步驟一得到的溶液B與步驟二得到的溶液C按體積比為10 35。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種常壓微波合成法制備碲化銀熱電材料的方法，其特征在于步驟三所述的反應(yīng)時(shí)間為14min。
9.據(jù)權(quán)利要求I所述的一種常壓微波合成法制備碲化銀熱電材料的方法，其特征在于步驟四所述的溫度為60°C。
10.據(jù)權(quán)利要求I所述的一種常壓微波合成法制備碲化銀熱電材料的方法，其特征在于步驟四所述的干燥時(shí)間為25min。
全文摘要
一種常壓微波合成法制備碲化銀熱電材料的方法，它涉及一種熱電材料及其制備方法。本發(fā)明要解決現(xiàn)有方法在制備合金熱電材料過(guò)程中工藝復(fù)雜、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題。本發(fā)明的制備方法如下一、將Na2TeO3和AgNO3，分別溶于乙二醇溶劑中；二、向Na2TeO3的乙二醇溶液加入NaOH放入常壓微波合成儀中，在一定溫度下反應(yīng)至溶液變成藍(lán)色；三、暫停微波合成儀，將預(yù)先配置的AgNO3的乙二醇溶液倒入藍(lán)色溶液中，繼續(xù)反應(yīng)若干分鐘；四、得到的產(chǎn)物經(jīng)去離子水洗滌、干燥，即得。本發(fā)明方法的反應(yīng)溫度低、反應(yīng)時(shí)間短、工藝簡(jiǎn)單、常壓操作、節(jié)能。所制備的材料粉體顆粒均勻、結(jié)晶度好、產(chǎn)率高。本發(fā)明應(yīng)用于合金熱電材料領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C01B19/04GK102583274SQ201210090379
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月30日
發(fā)明者孫博, 王興帥, 董秋實(shí), 裴健, 陳艷 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)