Bi₂Sr₂Co₂O_y热电化合物的制备方法

专利名称：Bi₂Sr₂Co₂O_y热电化合物的制备方法
技术领域：
本发明属于新能源材料领域，具体涉及一种Bi,Sr2CoA热电化合物的制备方法。 背彔技术热电转换技术是利用半导体热电材料的Seebeck效应将热能直接转换成电能的技术。由 于其不含其它发电技术所需要的庞大传动机构，具有体积小、寿命长、可靠性高、制造工艺 简单、制造及运行成本低、应用面广等特点而受到科学工作者的重视，在诸多领域有着广阔 的发展前景。Bi2Sr2Co20,是适用于中、低温区的一类氧化物热电材料，具有独特的耐高温、耐氧化、 高强度、对环境无污染等特点，可以在高温、氧化性气氛下长期工作。但是，目前这种材料 的热电优值相对较小，转换效率较低。因此，需要对其热电性能进行改进。研究表明，对于 Bi2Si"2CoA化合物除通过掺杂外，还可通过优化其微观结构来提高其热电性能。目前，对于 Bi2SraCo;A多晶化合物的制备方法主要为高温固相反应法(Solid state reaction, SSR)和 溶胶一凝胶法(So1-gel method),但是均难获得分布均匀、厚度为纳米尺度的片状Bi2Sr2Co20y 化合物。 发明内容本发明的目的是提供--种分布均匀、厚度为纳米尺度、片状的Bi2SnCo20,热电化合物的 制备方法。为了实现上述目的，本发明的技术方案是Bi2Sr2CoA热电化合物的制备方法，其特征 在于它包括如下歩骤1) .将分析纯冰醋酸与去离子水按照体积比为1:1混合，作为溶剂；然后加入分析纯 的Co(N0》2 , 6H20、 Sr(N0》2和Bi(N0:,)3 5H20，并搅拌混合，形成Co2+、 Sr2+、 Bi''+三种金属 离子浓度均为0. 03 0. 06raol/L的溶液A;2) .按聚乙二醇占聚乙二醇和溶液A的质量百分比为496 6M (溶液A占聚乙二醇和溶 液八的质量百分比为94% 96%)，选取聚乙二醇，将聚乙二醇倒入溶液A中，搅袢，得到混 合溶液B;3) .将混合溶液B于60 100 。C水浴中充分反应5 10小时，得到均匀透明的溶胶； 将溶胶在空气中于60 120 。C加热，使其逐渐变成干凝胶；4) .将步骤3)得到的干凝胶在空气气氛下于300 500。C预烧，得到Bi2Sr2Co20,热电 化合物的前驱体；5) .将步骤4)得到的前驱体置于800 900。C马弗炉中空气气氛下煅烧1 5小时，即 得到均匀纳米片状的Bi2Sr2CoaO,热电化合物(最终产物)。Bi2Sr2CoA中的y为7 9。本发明获得的Bi2Sr2Co20,热电化合物可以应用于制备Bi2Si"2CoA热电材料。 本发明首先以聚乙二醇(PEG)为分散剂，采用溶胶一凝胶法来制备凝胶；凝胶干燥后 在300~500 。C预烧，得到的前驱体在空气气氛下升温至800 900 。C，保温1 5小时后取 出，得最终产物。选择聚乙二醇(PEG)为表面活性剂可以使聚乙二醇长分子链吸附或包覆在 被分散颗粒的表面，产生空间位阻，使得颗粒处于均匀分散状态，阻止颗粒的团聚，减小最 终产物的尺寸，增强产物粉体的均匀性，从而得到分布均匀、厚度为纳米尺度的片状 Bi2Sr2CoA化合物。300 50(TC预烧是为了除去有机物，并得到81251^020,热电化合物的前 驱体。800 900 。C煅烧是为了使前驱体进行固相反应从而最终形成Bi2Sr2CoA热电化合物 晶体。本发明的有益效果是采用的以聚乙二醇为分散剂的溶胶一凝胶法，其方法简单易控、 反应周期短、原材料易得、设备简单、安全无污染；获得的Bi2Sr2CoA热电化合物为片状， 且分布均匀、纯度高，晶片直径为l 3iim，晶片厚度为200 400nm。


图l是本发明的工艺流程图。图2是本发明实施例1制备的Bi2Si"2CoA热电化合物的XRD图谱。 图3是本发明实施例1制备的Bi2Sr2CoA热电化合物的SEM形貌图。 图4是本发明实施例2制备的Bi2Sr2CoA热电化合物的XRD图谱。 图5是本发明实施例2制备的Bi2Sr2CoA热电化合物的SEM形貌图。 图6是本发明实施例2制备的Bi2Sr2Co20y热电化合物的髙倍数SEM形貌图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实例进一歩阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅 仅局限于下面的实施例。 实施例1:如图l所示，Bi2Sr2CoA热电化合物的制备方法，它包括如下步骤1) .将分析纯冰醋酸与去离子水按照体积比为1:1混合，作为溶剂；然后加入分析纯 的Co(N0》2 ■ 6H20、 Sr(N03) )3 , 5H20，并搅拌混合，形成Co2+、 Sr2+、 Br三种金属 离子浓度均为0. 03mol/L的均匀透明溶液A;2) .按聚乙二醇占聚乙二醇和溶液A的质量百分比为5% (溶液A占聚乙二醇和溶液A 的质量百分比为9590 ，选取聚乙二醇，将聚乙二醇倒入溶液A中，搅拌，得到均匀透明的 紫红色混合溶液B;3) .将混合溶液B于80 。C水浴中充分反应7小时，得到均匀透明的溶胶；将溶胶在 空气中于90。C加热，使其逐渐变成干凝胶；4) .将步骤3)得到的干凝胶在空气气氛下于400 。C预烧，得到Bi2Sr2Co20,热电化合 物的前驱体；5) .将步骤4)得到的前驱体置于850。C马弗炉中空气气氛下煅烧3小时，即得到均匀 纳米片状的Bi2Sr2CoA热电化合物(最终产物)。获得的Bi2Sr2CoA热电化合物为片状，且分布均匀，晶片直径约为1 3nm,晶片厚度 约为200 400nm。图2说明所得到的最终产物为单相Bi2Sr2Co^热电化合物(即纯度高)；图3说明所得样 品尺寸分布均匀，均为片状晶，晶片直径约为l 3um,晶片厚度约为200 400nm。 实施例2:Bi2Sr2CoA热电化合物的制备方法，它包括如下步骤1) .将分析纯冰醋酸与去离子水按照体积比为1:1混合，作为溶剂；然后加入分析纯 的Co (N0:,) 2 ■ 6H20、 Sr(N03)2和Bi(亂■ 5H20,并搅拌混合，形成Co Sr2+、 Bi"三种金属 离子浓度均为0. 06mol/L的均匀透明溶液A;2) .按聚乙二醉占聚乙二醇和溶液A的质量百分比为5% (溶液A占聚乙二醇和溶液A 的质量百分比为95%)，选取聚乙二醇，将聚乙二醇倒入溶液A中，搅拌，得到均匀透明的 紫红色混合溶液B;3) .将混合溶液B于80 。C水浴中充分反应7小时，得到均匀透明的溶胶；将溶胶在 空气中于90。C加热，使其逐渐变成干凝胶；4) .将步骤3)得到的干凝胶在空气气氛下于400 。C预烧，得到Bi2Sr2Co20,热电化合 物的前驱体；5) .将步骤4)得到的前驱体置于850。C马弗炉中空气气氛下煅烧3小时，即得到均匀纳米片状的Bi2SnCoA热电化合物(最终产物)。获得的Bi2Sr2CoA热电化合物为片状，且分布均匀，晶片直径为1 3um，晶片厚度为 200 400nm。图4说明所得到的最终产物为单相Bi2Sr2Co20,热电化合物(即纯度高)；图5说明所得最 终产物尺寸分布均匀，均为片状晶，晶片直径约为1 3"m，晶片厚度约为200~400nm;图 6说明所得最终产物的晶片厚度约为200 400nm。实施例3:Bi2Sr,CoA热电化合物的制备方法，它包括如下歩骤1) .将分析纯冰醋酸与去离子水按照体积比为1:1混合，作为溶剂；然后加入分析纯 的Co(N0.，)2 6H20、 Sr(N0:,)2和Bi(N。3):, 5H20,并搅拌混合，形成Co2+、 Sr2+、 B,三种金属 离子浓度均为0. 03mol/L的均匀透明溶液A;2) .按聚乙二醇占聚乙二醇和溶液A的质量百分比为4% (溶液A占聚乙二醇和溶液A 的质量百分比为96%)，选取聚乙二醇，将聚乙二醇倒入溶液A中，搅拌，得到均匀透明的 紫红色混合溶液B;3) .将混合溶液B于60。C水浴中充分反应10小时，得到均匀透明的溶胶；将溶胶在 空气中于60。C加热，使其逐渐变成干凝胶；4) .将步骤3)得到的干凝胶在空气气氛下于300 。C预烧，得到Bi2Sr2CoA热电化合 物的前驱体；5) .将，4)得到的前驱体置于800nC马弗炉中空气气氛下煅烧5小时，即得到均匀纳米片状的Bi2Sr2CoA热电化合物(最终产物)。 实施例4:Bi2Sr2CoA热电化合物的制备方法，它包括如下歩骤1) .将分析纯冰醋酸与去离子水按照体积比为1:1混合，作为溶剂；然后加入分析纯 的Co(NQ，)2 6H20、 Sr(N03)2和Bi(N03)3 5H20，并搅拌混合，形成Co2+、 Sr\ B,三种金属 离子浓度均为0. 04mol/L的均勾透明溶液A;2) .按聚乙二醇占聚乙二醇和溶液A的质量百分比为6% (溶液A占聚乙二醇和溶液A 的质量百分比为9狄)，选取聚乙二醇，将聚乙二醇倒入溶液A中，搅拌，得到均匀透明的 紫红色混合溶液B;3) .将混合溶液B于100。C水浴中充分反应5小时，得到均匀透明的溶胶；将溶胶在 空气中于120 。C加热，使其逐渐变成干凝胶；4) .将步骤3)得到的干凝胶在空气气氛下于500 。C预烧，得到BiaSr2CoA热电化合 物的前驱体；5) .将步骤4)得到的前驱体置于900°C马弗炉中空气气氛下煅烧1小时，即得到均匀 纳米片状的Bi2Sr2CoA热电化合物(最终产物)。
权利要求
1.Bi2Sr2Co2Oy热电化合物的制备方法，其特征在于它包括如下步骤1).将分析纯冰醋酸与去离子水按照体积比为1∶1混合，作为溶剂；然后加入分析纯的Co(NO3)2·6H2O、Sr(NO3)2和Bi(NO3)3·5H2O，并搅拌混合，形成Co2+、Sr2+、Bi3+三种金属离子浓度均为0.03～0.06mol/L的溶液A；2).按聚乙二醇占聚乙二醇和溶液A的质量百分比为4％～6％，选取聚乙二醇，将聚乙二醇倒入溶液A中，搅拌，得到混合溶液B；3).将混合溶液B于60～100℃水浴中充分反应5～10小时，得到均匀透明的溶胶；将溶胶在空气中于60～120℃加热，使其逐渐变成干凝胶；4).将步骤3)得到的干凝胶在空气气氛下于300～500℃预烧，得到Bi2Sr2Co2Oy热电化合物的前驱体；5).将步骤4)得到的前驱体置于800～900℃马弗炉中空气气氛下煅烧1～5小时，即得到均匀纳米片状的Bi2Sr2Co2Oy热电化合物。
全文摘要
本发明涉及一种Bi₂Sr₂Co₂O_y热电化合物的制备方法。Bi₂Sr₂Co₂O_y热电化合物的制备方法，其特征在于首先以聚乙二醇为分散剂，采用溶胶—凝胶法来制备凝胶；凝胶干燥后在300～500℃预烧，得到的前驱体在空气气氛下升温至800～900℃，保温1～5小时后取出，得到均匀纳米片状Bi₂Sr₂Co₂O_y热电化合物。其方法简单易控、反应周期短、原材料易得、设备简单、安全无污染；获得的Bi₂Sr₂Co₂O_y热电化合物为片状，且分布均匀、纯度高，晶片直径为1～3μm，晶片厚度为200～400nm。
文档编号C01G29/00GK101327962SQ200810048440
公开日2008年12月24日 申请日期2008年7月17日 优先权日2008年7月17日
发明者唐新峰, 莉 张, 张清杰, 高文斌 申请人:武汉理工大学