一種Bi的製作方法
2023-04-28 04:52:01 1
專利名稱：一種Bi的製作方法
技術領域：
本發明涉及半導體Bi2Te3納米囊及其製備方法。
背景技術：
自1991年日本碳化學家飯島(S.Lijima)首次發現碳納米管(CNTs)以來，人們對碳納米管的合成、結構、性能和應用等進行了廣泛而深入的研究。碳納米管因其具有獨特的一維中空石墨片捲曲成的無縫管狀結構，而具有一系列獨特性質，如高度的化學穩定性、高的機械強度(理論計算表明，其抗拉強度是鋼的100倍，而密度只有鋼的1/6)、特異的電學性能(根據管徑和螺旋度的不同，可以是比銅還好的導體，也可以是半導體)。碳納米管是一類具有良好應用前景的材料，如今已被廣泛應用於物理、化學、材料、電子技術等多個高科技領域。
自碳納米管以來，其它各種一維管狀納米材料由於其特殊的結構和廣泛的應用前景也備受關注，BN、BC3、BC2N、WS2、MoS2等納米管相繼面世，但仍然滿足不了多個研究和應用領域的需求，更多材料和類型的納米管仍有待於開發和研究。
Bi2Te3是目前已知的原子量最大的二元無機化合物之一。Bi2Te3基合金也是目前性能最好的室溫型熱電材料，被用於製作半導體製冷器件或溫差發電器件。已有研究證明，材料的納米化(如超晶格、納米線等)可進一步提高Bi2Te3基材料的熱電性能。已有採用溶劑熱或水熱法合成Bi2Te3納米管，並用於製備高性能熱電材料的研究報導。
發明內容
本發明的目的是為擴大納米材料的應用領域，而提供一種Bi2Te3納米囊及其製備方法。
本發明的Bi2Te3納米囊是長度與直徑比為2～5的無縫中空膠囊，其組分和原子百分含量為Bi 39.8～40.3％，Te 59.7～60.2％。
Bi2Te3納米囊的直徑為50～200納米，壁厚5～20納米，長度200～1000納米。
本發明的Bi2Te3納米囊的製備方法是採用溼化學法，其步驟如下1)將Bi元素的化合物和純Te粉末按照Bi和Te原子百分含量的比例置於反應容器內，添加80～850倍Te重量的去離子水，並攪拌混合；2)在上述混合液中添加相當於Te重量的0.25～2.5倍的絡合劑，添加鹼性調節劑使溶液pH值處於12～14，添加相當於Te重量的0.5～3倍的還原劑；3)加熱到55～85℃範圍內的設定反應溫度，反應6～100小時後，冷卻到室溫，停止攪拌；4)收集反應容器內的固體反應產物，經清洗乾燥後，得到本發明材料。
上述的Bi元素的化合物可以是氯化物、硝酸鹽、硫酸鹽或碳酸鹽；所說的鹼性調節劑可以是NaOH或KOH；絡合劑可採用乙二胺四乙酸二鈉(以下簡稱EDTA)；所說的還原劑可以採用NaBH4或KBH4。
在上述製備過程中，對混合液的攪拌從步驟1)開始，一直持續到反應結束。所用的反應容器可以是玻璃容器或耐酸、耐鹼、耐熱的塑料容器。
本發明開發出了新型的Bi2Te3納米囊，長徑比明顯小於納米管，其獨特的結構有望提高Bi2Te3納米材料的半導體熱電性能，並可廣泛應用於物理、化學、材料、微電子等領域。
圖1是在85℃下合成的Bi2Te3納米囊的場發射掃描電鏡和透射電鏡照片；圖2是在55℃下合成的Bi2Te3納米囊的透射電鏡和高分辨電鏡照片。
具體實施例方式
以下結合實施例對本發明作進一步詳細述。
實施例11)在一個800ml容量的玻璃燒杯中依次加入200ml去離子水，3.83g Te粉(約30毫摩爾，99.99％純度，過30μm篩)，6.31g BiCl3(約20毫摩爾，分析純)，並用磁性攪拌器以120rpm轉速攪拌混合液。
2)在燒杯中添加1g EDTA，並添加NaOH使溶液pH值達到12，然後再加入2g NaBH4。
3)以5℃/min的速度加熱至溶液溫度達到85℃並維持在該溫度。
4)在85℃恆溫反應期間維持120rpm攪拌速度，並用塑料薄膜遮蓋燒杯防止溶劑過度揮發。
5)反應6小時後停止加熱，自然冷卻到室溫。收集燒杯內的粉末狀反應產物，依次用去離子水、無水乙醇和丙酮反覆清洗數次，室溫真空乾燥後得Bi2Te3納米囊。
採用IRIS Intrepid II型XSP等離子體發射光譜分析，結果顯示所合成的納米囊的原子百分含量為40.2％Bi和59.8％Te。採用SIRION-FEI型場發射掃描電鏡和JEM-2010型透射電子顯微鏡觀察納米囊形態，如圖1所示，納米囊長度在200～800nm之間，直徑在50～160nm之間，管壁厚度為8～10nm。採用Rigaku-D/MAX-2550PC型X射線多晶衍射儀分析納米囊晶體結構，結果為單相Bi2Te3結構。
取0.6g採用上述路線合成的Bi2Te3納米囊，通過250℃，50MPa，30min真空熱壓，獲得直徑為10mm，厚度約1.2mm的圓片狀試樣。切割後在室溫下測量電學性能，溫差電係數絕對值為2.1×10-4V/K，電阻率為2.5×10-5Ω.m，具有典型的熱電材料性能特徵。
實施例21)在一個800ml容量的玻璃燒杯中依次加入450ml去離子水，0.765g Te粉(約6毫摩爾，99.99％純度，過30μm篩)，1.58g Bi(NO3)3(約4毫摩爾，分析純)，並用磁性攪拌器以100rpm轉速攪拌混合液。
2)以5℃/min的速度加熱至溶液溫度達到55℃並維持在該溫度。
3)在燒杯中添加1.9g EDTA，並添加KOH使溶液pH值達到14，然後再加入2.3g KBH4。
4)在55℃恆溫反應期間維持100rpm攪拌速度，並用塑料薄膜遮蓋燒杯防止溶劑過度揮發。
5)反應100小時後停止加熱，自然冷卻到室溫。收集燒杯內的粉末狀反應產物，依次用去離子水、無水乙醇和丙酮反覆清洗數次，室溫真空乾燥後得Bi2Te3納米囊。
採用IRIS Intrepid II型XSP等離子體發射光譜分析，結果顯示所合成的納米囊的原子百分含量為39.9％Bi和60.1％Te。採用JEM-2010型透射電子顯微鏡和JEOL-4000EX型高分辨透射電子顯微鏡觀察納米囊形態，如圖2所示，納米囊長度在300～1000nm之間，直徑在80～200nm之間，管壁厚度為5～8nm。採用Rigaku-D/MAX-2550PC型X射線多晶衍射儀分析納米囊晶體結構，結果為單相Bi2Te3結構。
取0.6g採用上述路線合成的Bi2Te3納米囊，通過250℃，50MPa，30min真空熱壓，獲得直徑為10mm，厚度約1.2mm的圓片狀試樣。切割後在室溫下測量電學性能，溫差電係數絕對值為1.4×10-4V/K，電阻率為9.2×10-6Ω·m，具有典型的熱電材料性能特徵。
權利要求
1.一種Bi2Te3納米囊，其特徵在於它是長度與直徑比為2～5的無縫中空膠囊，其組分和原子百分含量為Bi 39.8～40.3％，Te 59.7～60.2％。
2.根據權利要求1所述的Bi2Te3納米囊，其特徵是膠囊的直徑在50～200納米，壁厚5～20納米，長度在200～1000納米。
3.權利要求1所述的Bi2Te3納米囊的製備方法，其步驟如下1)將Bi元素的化合物和純Te粉末按照Bi和Te原子百分含量的比例置於反應容器內，添加80～850倍Te重量的去離子水，並攪拌混合；2)在上述混合液中添加相當於Te重量的0.25～2.5倍的絡合劑，添加鹼性調節劑使溶液pH值處於12～14，添加相當於Te重量的0.5～3倍的還原劑；3)加熱到55～85℃範圍內的設定反應溫度，反應6～100小時後，冷卻到室溫，停止攪拌；4)收集反應容器內的固體反應產物，經清洗乾燥後，得到本發明材料。
4.根據權利要求3所述的Bi2Te3納米囊的製備方法，其特徵是所說的Bi元素的化合物是氯化物、硝酸鹽、硫酸鹽或碳酸鹽。
5.根據權利要求3所述的Bi2Te3納米囊的製備方法，其特徵是所說的還原劑為NaBH4或KBH4。
全文摘要
本發明公開的Bi
文檔編號C01B19/04GK1644509SQ20041007338
公開日2005年7月27日 申請日期2004年12月8日 優先權日2004年12月8日
發明者趙新兵, 孫霆, 朱鐵軍, 吉曉華, 曹一琦 申請人:浙江大學