一種Cu₇Te₄納米帶半導體材料的製備方法

2023-06-04 02:11:46 2

專利名稱：一種Cu7Te4納米帶半導體材料的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種納米帶半導體材料的製備方法。
背景技術：
近年來，碲化銅半導體材料因具有高熱電動勢和通過摻雜可獲得P型和η型材料 的優點，而廣泛應用於熱電器件、太陽能電池、超離子導體等領域。現有製備方法一般是採 用將銅粉和碲粉放置在真空管中，控制溫度在500 600°C，發生固相反應來獲得；或者採 用有惡臭氣味的、有毒的碲化氫與水溶液中的金屬離子反應製備得到，這樣會導致得到的 碲化銅產物不純，為多種計量比化合物的混合物。並且這些方法存在著設備昂貴，操作復 雜，成本高，危險性大的缺點。納米帶是繼納米線、納米管之後的又一種納米結構。納米帶因其尺寸效應具有獨 特的物理、化學性能而引起人們高度重視，是未來納米器件理想的構築單元，在構建納米級 電子和光電子器件方面具有巨大應用潛力。目前控制製備得到的Cu7Te4材料主要是納米顆 粒，一維Cu7Te4納米帶還未見報導。

發明內容
本發明的目的是為了解決現有的納米態半導體材料製備方法中操作複雜、成本 高、危險性大，得到產品的純度低的問題，提供一種Cu7Te4納米帶半導體材料的製備方法。本發明的一種Cu7Te4納米帶半導體材料的製備方法按以下步驟進行一、稱取亞 碲酸鈉，然後依次加入去離子水、二正丙胺和聯胺的混合溶液，再加入乙酸銅，攪拌30 60min，攪拌速度為4000 8000r/min，得混合溶液A ；二、將混合溶液A加入到有聚四氟乙 烯內襯的高壓反應釜中，密封，然後在160 220°C的條件下熱處理12 24h，自然冷卻至 室溫，得Cu7Te4半導體材料；三、將Cu7Te4半導體材料洗滌和過濾3 5次，然後在60°C的 條件下乾燥5 10h，即得到Cu7Te4納米帶半導體材料；步驟一中去離子水與亞碲酸鈉的質 量比為15 17 1，二正丙胺與亞碲酸鈉的質量比為20 24 1，聯胺與亞碲酸鈉的質 量比為5 7 1，乙酸銅與亞碲酸鈉的質量比為1 2. 5 1 ；步驟二中混合溶液A的加 入量為聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜容積的60% 80%。使用本發明的方法製得的Cu7Te4納米帶半導體材料為黑色粉末狀，結晶度高、顆 粒均勻、產量高，帶的寬度在500nm 5 μ m，長度在10 30 μ m。Cu7Te4納米帶半導體材料 的純度高達99%以上。本發明的製備方法所用時間短，在低溫條件下就可控制，設備造價低 並且操作簡單，成本低廉，反應壓力小且反應溫度低，使危險性大大降低。


圖1是具體實施方式
十四製備的Cu7Te4納米帶半導體材料的X射線衍射分析圖 譜；圖2是具體實施方式
十四製備的Cu7Te4納米帶半導體材料的低倍SEM照片；圖3是具 體實施方式十四製備的Cu7Te4納米帶半導體材料的高倍SEM照片；圖4是是具體實施方式
十四製備的Cu7Te4納米帶半導體材料的能譜圖；圖5是具體實施方式
十四製備的Cu7Te4納 米帶半導體材料的TEM照片；圖6是具體實施方式
十四製備的Cu7Te4納米帶半導體材料的 另一張TEM照片。
具體實施例方式具體實施方式
一本實施方式一種Cu7Te4納米帶半導體材料的製備方法按以下步 驟進行一、稱取亞碲酸鈉，然後依次加入去離子水、二正丙胺和聯胺的混合溶液，再加入乙 酸銅，攪拌30 60min，攪拌速度為4000 8000r/min，得混合溶液A ；二、將混合溶液A加 入到有聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜中，密封，然後在160 220°C的條件下熱處理12 24h，自然冷卻至室溫，得Cu7Te4半導體材料；三、將Cu7Te4半導體材料洗滌和過濾3 5次， 然後在60°C的條件下乾燥5 10h，即得到Cu7Te4納米帶半導體材料；步驟一中去離子水與 亞碲酸鈉的質量比為15 17 1，二正丙胺與亞碲酸鈉的質量比為20 24 1，聯胺與 亞碲酸鈉的質量比為5 7 1，乙酸銅與亞碲酸鈉的質量比為1 2. 5 1 ；步驟二中混 合溶液A的加入量為聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜容積的60% 80%。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中去離子水與 亞碲酸鈉的質量比為16 1。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一或二不同的是步驟一中二正丙 胺與亞碲酸鈉的質量比為21 23 1。其它與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一至三之一不同的是步驟一中聯 胺與亞碲酸鈉的質量比為5 7 1。其它與具體實施方式
一至三之一相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一至四之一不同的是步驟一中乙 酸銅與亞碲酸鈉的質量比為2 1。其它與具體實施方式
一至四之一相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一至五之一不同的是步驟一中攪 拌40 50min。其它與具體實施方式
一至五之一相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一至六之一不同的是步驟一中攪 拌速度為eOOOr/min，其它與具體實施方式
一至六之一相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一至七之一不同的是步驟二中混 合溶液A的加入量為聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜容積的70%。其它與具體實施方式
一至 七之一相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一至八之一不同的是步驟二中在 180 200°C的條件下熱處理16 20h。其它與具體實施方式
一至八之一相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
一至九之一不同的是步驟三中的 洗滌是先用乙醇溶液再用去離子水洗滌。其它與具體實施方式
一至九之一相同具體實施方式
十一本實施方式與具體實施方式
一至十之一不同的是步驟三中 洗滌和過濾4次。其它與具體實施方式
一至十之一相同。
具體實施方式
十二 本實施方式與具體實施方式
一至十一之一不同的是步驟三 中在60°C的條件下乾燥6 9h。其它與具體實施方式
一至i^一之一相同。
具體實施方式
十三本實施方式與具體實施方式
一至十二之一不同的是步驟三 中在60°C的條件下乾燥8h。其它與具體實施方式
一至十二之一相同。
具體實施方式
十四本實施方式一種Cu7Te4納米帶半導體材料的製備方法，按以 下步驟進行一、稱取0. 23g亞碲酸鈉，然後依次加入5mL去離子水、IOmL 二正丙胺和5mL聯 胺的混合溶液，再加入0. 5g乙酸銅，攪拌45min，得混合溶液A ；二、將混合溶液A加入到有 聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜中，密封，然後在200°C的條件下熱處理16h，自然冷卻至室 溫，得Cu7Te4半導體材料；三、將Cu7Te4半導體材料洗滌和過濾3次，然後在60°C的條件下 乾燥8h，即得到Cu7Te4納米帶半導體材料；步驟二中混合溶液A的加入量為聚四氟乙烯內 襯的高壓反應釜容積的70%。本實施方式製備的Cu7Te4納米帶半導體材料的純度為99. 62%。本實施方式製備的Cu7Te4納米帶半導體材料的X射線衍射分析(XRD)圖譜如圖1 所示，從圖1中可以看出，Cu7Te4納米帶半導體材料為六方晶相，結晶度高，純度高，沒有雜 相。本實施方式製備的Cu7Te4納米帶半導體材料的低倍和高倍SEM照片如圖2和圖 3所示，從圖2和圖3中可以看出，Cu7Te4納米帶半導體材料為一維帶狀產物，帶的寬度在 500nm ~ 5 μ m,10 ~ 30 μ m。本實施方式製備的Cu7Te4納米帶半導體材料的能譜圖如圖4所示，從圖4中可以 看出Cu7Te4納米帶半導體材料只由Cu和Te兩種元素組成。本實施方式製備的Cu7Te4納米帶半導體材料的TEM照片如圖5和圖6所示，從圖 5和圖6中可以看出Cu7Te4納米帶半導體材料為超薄的一維帶狀產物。
具體實施方式
十五本實施方式一種Cu7Te4納米帶半導體材料的製備方法，按以 下步驟進行一、稱取0. 25g亞碲酸鈉，然後依次加入5mL去離子水、13mL 二正丙胺和5mL聯 胺的混合溶液，再加入0. 5g乙酸銅，攪拌45min，得混合溶液A ；二、將混合溶液A加入到有 聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜中，密封，然後在220°C的條件下熱處理18h，自然冷卻至室 溫，得Cu7Te4半導體材料；三、將Cu7Te4半導體材料洗滌和過濾5次，然後在60°C的條件下 乾燥8h，即得到Cu7Te4納米帶半導體材料；步驟二中混合溶液A的加入量為聚四氟乙烯內 襯的高壓反應釜容積的80%。本實施方式製備的Cu7Te4納米帶半導體材料的純度為99. 64%。
權利要求
一種Cu7Te4納米帶半導體材料的製備方法，其特徵在於Cu7Te4納米帶半導體材料的製備方法按以下步驟進行一、稱取亞碲酸鈉，然後依次加入去離子水、二正丙胺和聯胺的混合溶液，再加入乙酸銅，攪拌30～60min，攪拌速度為4000～8000r/min，得混合溶液A；二、將混合溶液A加入到有聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜中，密封，然後在160～220℃的條件下熱處理12～24h，自然冷卻至室溫，得Cu7Te4半導體材料；三、將Cu7Te4半導體材料洗滌和過濾3～5次，然後在60℃的條件下乾燥5～10h，即得到Cu7Te4納米帶半導體材料；步驟一中去離子水與亞碲酸鈉的質量比為15～17∶1，二正丙胺與亞碲酸鈉的質量比為20～24∶1，聯胺與亞碲酸鈉的質量比為5～7∶1，乙酸銅與亞碲酸鈉的質量比為1～2.5∶1；步驟二中混合溶液A的加入量為聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜容積的60％～80％。
2.根據權利要求1所述的一種Cu7Te4納米帶半導體材料的製備方法，其特徵在於步驟 一中二正丙胺與亞碲酸鈉的質量比為21 23 1。
3.根據權利要求1或2所述的一種Cu7Te4納米帶半導體材料的製備方法，其特徵在於 步驟一中乙酸銅與亞碲酸鈉的質量比為2 1。
4.根據權利要求3所述的一種Cu7Te4納米帶半導體材料的製備方法，其特徵在於步驟 一中攪拌40 50min。
5.根據權利要求1、2或4所述的一種Cu7Te4納米帶半導體材料的製備方法，其特徵在 於步驟一中攪拌速度為6000r/min。
6.根據權利要求5所述的一種Cu7Te4納米帶半導體材料的製備方法，其特徵在於步驟 二中混合溶液A的加入量為聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜容積的70%。
7.根據權利要求1、2、4或6所述的一種Cu7Te4納米帶半導體材料的製備方法，其特徵 在於步驟二中在180 200°C的條件下熱處理16 20h。
8.根據權利要求7所述的一種Cu7Te4納米帶半導體材料的製備方法，其特徵在於步驟 三中的洗滌是先用乙醇溶液再用去離子水洗滌。
9.根據權利要求1、2、4、6或8所述的一種Cu7Te4納米帶半導體材料的製備方法，其特 徵在於步驟三中洗滌和過濾4次。
10.根據權利要求9所述的一種Cu7Te4納米帶半導體材料的製備方法，其特徵在於步 驟三中在60°C的條件下乾燥8h。
全文摘要
一種Cu7Te4納米帶半導體材料的製備方法，它涉及一種納米帶半導體材料的製備方法。本發明解決了現有的納米態半導體材料製備方法中操作複雜、成本高、危險性大，得到產品的純度低的問題。本方法一、製備混合溶液；二、製備Cu7Te4半導體材料前驅體；三、將Cu7Te4半導體材料洗滌、過濾，乾燥，即得到Cu7Te4納米帶半導體材料。本發明的Cu7Te4納米帶半導體材料結晶度高、顆粒均勻、純度高，帶的寬度在500nm～5μm，長度在10～30μm，製備方法操作簡單、成本低、危險性低。應用於熱電器件、太陽能電池、超離子導體等領域。
文檔編號C01B19/04GK101935024SQ201010276638
公開日2011年1月5日 申請日期2010年9月9日 優先權日2010年9月9日
發明者王琳, 王群, 陳剛, 陳大宏 申請人:哈爾濱工業大學