本發(fā)明涉及材料合成領(lǐng)域，尤其涉及一種碲化亞銅的制備方法。
背景技術(shù)：
碲化亞銅(Cu2Te)是一種藍(lán)黑色八面體晶體，相對(duì)密度為7.27，熔點(diǎn)約900℃。其溶于溴水，但不溶于水、鹽酸和硫酸。這種半導(dǎo)體材料因具有獨(dú)特的離子導(dǎo)電性和熱電性，從而廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能電池領(lǐng)域。因此，開(kāi)發(fā)碲化亞銅的制備工藝對(duì)于碲化亞銅在未來(lái)的發(fā)展有著很重要的作用。
現(xiàn)有技術(shù)中公開(kāi)的碲化亞銅是由電解銅和純碲在坩堝內(nèi)覆以氯化鈉和氯化鉀保護(hù)層熔化制得。由于制備方法中需要用到氯化鈉和氯化鉀作為保護(hù)層，因而，最終制得的碲化亞銅中不可避免地混有含量較多的鈉和鉀，進(jìn)而影響碲化亞銅產(chǎn)品的純度，使得碲化亞銅的質(zhì)量較差。同時(shí)，這種方法需要在高溫高壓下才能完成，需要使用復(fù)雜且昂貴的設(shè)備，對(duì)設(shè)備的要求較高，操作復(fù)雜，成本高昂。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種碲化亞銅的制備方法，由這種方法制備的碲化亞銅質(zhì)量較優(yōu)，純度較高。
本發(fā)明提供了一種碲化亞銅的制備方法，包括以下步驟：
將單質(zhì)銅和單質(zhì)碲混合，在真空的條件下加熱反應(yīng)，得到碲化亞銅。
優(yōu)選的，所述單質(zhì)銅和所述單質(zhì)碲的摩爾比為2：1。
優(yōu)選的，所述真空的真空度為1×10-3Pa～1×10-2Pa。
優(yōu)選的，所述加熱反應(yīng)在鍍有碳膜的石英管中進(jìn)行。
優(yōu)選的，所述加熱反應(yīng)的加熱方式為三段式梯度加熱。
優(yōu)選的，所述三段式梯度加熱為：
A)加熱至400℃～550℃，保溫1h～2h；
B)加熱至850℃～950℃，保溫1h～3h；
C)加熱至1100℃～1180℃，保溫2h～4h。
優(yōu)選的，
步驟A)中，所述加熱的升溫速率為5℃/min～10℃/min；
步驟B)中，所述加熱的升溫速率為3℃/min～6℃/min；
步驟C)中，所述加熱的升溫速率為3℃/min～6℃/min。
優(yōu)選的，將所述加熱至1100℃～1180℃得到的物料混勻，所述混勻的時(shí)間為2h～4h。
優(yōu)選的，所述混勻的方式為豎直60度左右搖擺。
優(yōu)選的，所述加熱反應(yīng)后，還包括冷卻。
本發(fā)明提供了一種碲化亞銅的制備方法，包括以下步驟：將單質(zhì)銅和單質(zhì)碲混合，在真空的條件下加熱反應(yīng)，得到碲化亞銅。本發(fā)明公開(kāi)的制備方法用到的原料組分較少，在添加了單質(zhì)銅和單質(zhì)碲后，無(wú)需再額外添加其他原料，無(wú)需高壓，就可以制得碲化亞銅，且制得的碲化亞銅質(zhì)量較優(yōu)，純度較高。同時(shí)，制備方法簡(jiǎn)單易行，無(wú)需采用復(fù)雜且昂貴的設(shè)備，制備成本較低。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
本發(fā)明提供了一種碲化亞銅的制備方法，包括以下步驟：
將單質(zhì)銅和單質(zhì)碲混合，在真空的條件下加熱反應(yīng)，得到碲化亞銅。
本發(fā)明對(duì)所述單質(zhì)銅和單質(zhì)碲的來(lái)源并無(wú)特殊的限制，可以為一般市售。本發(fā)明對(duì)所述單質(zhì)銅和單質(zhì)碲的純度并無(wú)特殊的限制，為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的純度即可。本發(fā)明優(yōu)選為純度為5N的單質(zhì)銅和純度為5N的單質(zhì)碲。所述單質(zhì)銅可以為塊狀或粒狀，所述單質(zhì)碲可以為塊狀、粒狀或粉狀。所述單質(zhì)銅和所述單質(zhì)碲的摩爾比優(yōu)選為2：1。
將單質(zhì)銅和單質(zhì)碲混合后，在真空的條件下加熱反應(yīng)。本發(fā)明優(yōu)選將單質(zhì)銅和單質(zhì)碲混合后，在真空的條件下，在密閉環(huán)境中加熱反應(yīng)。
本發(fā)明公開(kāi)的加熱反應(yīng)無(wú)需在高壓進(jìn)行，因而，無(wú)需采用復(fù)雜且昂貴的設(shè)備，制備成本較低，同時(shí)，方法簡(jiǎn)單易行。所述真空的真空度優(yōu)選為1×10-3Pa～1×10-2Pa；在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，所述真空的真空度為1×10-3Pa、2×10-3Pa、5×10-3Pa或1×10-2Pa。
所述加熱反應(yīng)優(yōu)選在鍍有膜的石英管中進(jìn)行。本發(fā)明對(duì)所述膜并無(wú)特殊的限制，只要在所述加熱反應(yīng)中不參與反應(yīng)即可，本發(fā)明優(yōu)選為碳膜、氮化硼膜或鉑膜中的一種，考慮到經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，更優(yōu)選為碳膜。本發(fā)明對(duì)所述加熱反應(yīng)的加熱設(shè)備并無(wú)特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的加熱設(shè)備即可，本發(fā)明優(yōu)選為加熱爐。
所述加熱反應(yīng)的加熱方式優(yōu)選為三段式梯度加熱。優(yōu)選的，所述三段式梯度加熱具體為：
A)加熱至第一溫度，保溫1h～2h；
B)加熱至第二溫度，保溫1h～3h；
C)加熱至第三溫度，保溫2h～4h。
在步驟A)中，所述第一溫度為400℃～550℃；在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，所述第一溫度為400℃、500℃或550℃。所述第一溫度下的保溫時(shí)間為1h～2h；在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，所述保溫時(shí)間為1h、1.5h或2h。所述加熱的升溫速率優(yōu)選為5℃/min～10℃/min；在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，所述加熱的升溫速率為5℃/min、8℃/min、9℃/min或10℃/min。
在步驟B)中，所述第二溫度為850℃～950℃；在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，所述第二溫度為850℃、900℃、920℃或950℃。所述第二溫度下的保溫時(shí)間為1h～3h；在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，所述保溫時(shí)間為1h或2h。所述加熱的升溫速率優(yōu)選為3℃/min～6℃/min；在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，所述加熱的升溫速率為3℃/min、4℃/min或5℃/min。
在步驟C)中，所述第三溫度為1100℃～1180℃；在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，所述第三溫度為1120℃、1130℃、1150℃或1180℃。所述第三溫度下的保溫時(shí)間為2h～4h；在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，所述保溫時(shí)間為2.5h或3h。所述加熱的升溫速率優(yōu)選為3℃/min～6℃/min；在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，所述加熱的升溫速率為3℃/min、4℃/min或5℃/min。
所述加熱至第三溫度時(shí)，將得到的物料混勻，所述混勻的時(shí)間與所述第三溫度下的保溫時(shí)間相同，本發(fā)明優(yōu)選為2h～4h，更優(yōu)選為2.5h～3h。所述混勻的方式優(yōu)選為豎直60度左右搖擺。
上述加熱反應(yīng)完成后，優(yōu)選還包括冷卻，得到碲化亞銅。優(yōu)選的，所述冷卻具體為：加熱反應(yīng)得到的產(chǎn)物隨加熱反應(yīng)的設(shè)備一起冷卻。本發(fā)明對(duì)所述冷卻的方式并無(wú)特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的冷卻方式即可，本發(fā)明優(yōu)選為自然冷卻。所述冷卻的溫度優(yōu)選為35℃以下，更優(yōu)選為25～35℃。
所述冷卻后，優(yōu)選還包括出料，從而得到碲化亞銅。
本發(fā)明提供了一種碲化亞銅的制備方法，包括以下步驟：將單質(zhì)銅和單質(zhì)碲混合，在真空的條件下加熱反應(yīng)，得到碲化亞銅。本發(fā)明公開(kāi)的制備方法用到的原料組分較少，在添加了單質(zhì)銅和單質(zhì)碲后，無(wú)需再額外添加其他原料，無(wú)需高壓，就可以制得碲化亞銅，且制得的碲化亞銅質(zhì)量較優(yōu)，純度較高。同時(shí)，制備方法簡(jiǎn)單易行，無(wú)需采用復(fù)雜且昂貴的設(shè)備，制備成本較低。
為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的一種碲化亞銅的制備方法進(jìn)行詳細(xì)描述，但不能將其理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。
實(shí)施例1
將5N的銅粒和5N的碲塊按摩爾比2：1配料1kg，裝入鍍有碳膜的石英管中，將石英管抽真空，直至真空度為1×10-3Pa后，封管。將封口后的石英管置于加熱爐內(nèi)，以5℃/min的速率升溫至500℃，保溫1h；再以3℃/min的速率升溫至920℃，保溫2h；然后以3℃/min的速率升溫至1120℃，保溫3h。當(dāng)溫度升至1120℃時(shí)，采用豎直60度左右搖擺的方式將石英管中的物料混勻，所述混勻的時(shí)間為3h。之后，將爐腔的溫度自然冷卻至25～35℃后，出料，得到碲化亞銅。
實(shí)施例2
將5N的銅粒和5N的碲塊按摩爾比2：1配料1.5kg，裝入鍍有碳膜的石英管中，將石英管抽真空，直至真空度為5×10-3Pa后，封管。將封口后的石英管置于加熱爐內(nèi)，以8℃/min的速率升溫至500℃，保溫1h；再以4℃/min的速率升溫至900℃，保溫1h；然后以3℃/min的速率升溫至1150℃，保溫3h。當(dāng)溫度升至1150℃時(shí)，采用豎直60度左右搖擺的方式將石英管中的物料混勻，所述混勻的時(shí)間為3h。之后，將爐腔的溫度自然冷卻至25～35℃后，出料，得到碲化亞銅。
實(shí)施例3
將5N的銅粒和5N的碲塊按摩爾比2：1配料2kg，裝入鍍有碳膜的石英管中，將石英管抽真空，直至真空度為2×10-3Pa后，封管。將封口后的石英管置于加熱爐內(nèi)，以10℃/min的速率升溫至500℃，保溫1h；再以3℃/min的速率升溫至920℃，保溫1h；然后以4℃/min的速率升溫至1130℃，保溫3h。當(dāng)溫度升至1130℃時(shí)，采用豎直60度左右搖擺的方式將石英管中的物料混勻，所述混勻的時(shí)間為3h。之后，將爐腔的溫度自然冷卻至25～35℃后，出料，得到碲化亞銅。
實(shí)施例4
將5N的銅粒和5N的碲塊按摩爾比2：1配料2kg，裝入鍍有氮化硼膜的石英管中，將石英管抽真空，直至真空度為1×10-3Pa后，封管。將封口后的石英管置于加熱爐內(nèi)，以5℃/min的速率升溫至550℃，保溫1.5h；再以3℃/min的速率升溫至850℃，保溫2h；然后以5℃/min的速率升溫至1180℃，保溫3h。當(dāng)溫度升至1180℃時(shí)，采用豎直60度左右搖擺的方式將石英管中的物料混勻，所述混勻的時(shí)間為3h。之后，將爐腔的溫度自然冷卻至25～35℃后，出料，得到碲化亞銅。
實(shí)施例5
將5N的銅粒和5N的碲塊按摩爾比2：1配料1.5kg，裝入鍍有鉑膜的石英管中，將石英管抽真空，直至真空度為1×10-2Pa后，封管。將封口后的石英管置于加熱爐內(nèi)，以9℃/min的速率升溫至400℃，保溫2h；再以5℃/min的速率升溫至950℃，保溫1h；然后以5℃/min的速率升溫至1180℃，保溫2.5h。當(dāng)溫度升至1180℃時(shí)，采用豎直60度左右搖擺的方式將石英管中的物料混勻，所述混勻的時(shí)間為2.5h。之后，將爐腔的溫度自然冷卻至25～35℃后，出料，得到碲化亞銅。
實(shí)施例6
對(duì)實(shí)施例1～5得到的碲化亞銅的純度進(jìn)行檢測(cè)：
采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS，生產(chǎn)廠家為PE公司，型號(hào)為DRC-II)進(jìn)行檢測(cè)，該設(shè)備的檢測(cè)的條件為：溫度為18℃～28℃，相對(duì)濕度為30％～70％，潔凈度為1000級(jí)。電感耦合等離子體質(zhì)譜儀檢測(cè)方式：待測(cè)元素經(jīng)過(guò)等離子體高溫電離后，以正電荷形式進(jìn)入質(zhì)量分析器，根據(jù)質(zhì)量/電荷比的差異，被檢測(cè)器接收，產(chǎn)生信號(hào)。待測(cè)元素產(chǎn)生的信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)該元素信號(hào)比值得出待測(cè)元素含量。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1所示。
表1實(shí)施例1～5得到的碲化亞銅含有的雜質(zhì)及其含量(單位：ppm)
從表1可以看出，實(shí)施例1～5制備的碲化亞銅中所含有的雜質(zhì)種類(lèi)及含量較少，純度較高，均在5N以上。
以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。