一种Cu₇Te₄纳米带半导体材料的制备方法

专利名称：一种Cu₇Te₄纳米带半导体材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米带半导体材料的制备方法。
背景技术：
近年来，碲化铜半导体材料因具有高热电动势和通过掺杂可获得P型和η型材料 的优点，而广泛应用于热电器件、太阳能电池、超离子导体等领域。现有制备方法一般是采 用将铜粉和碲粉放置在真空管中，控制温度在500 600°C，发生固相反应来获得；或者采 用有恶臭气味的、有毒的碲化氢与水溶液中的金属离子反应制备得到，这样会导致得到的 碲化铜产物不纯，为多种计量比化合物的混合物。并且这些方法存在着设备昂贵，操作复 杂，成本高，危险性大的缺点。纳米带是继纳米线、纳米管之后的又一种纳米结构。纳米带因其尺寸效应具有独 特的物理、化学性能而引起人们高度重视，是未来纳米器件理想的构筑单元，在构建纳米级 电子和光电子器件方面具有巨大应用潜力。目前控制制备得到的Cu7Te4材料主要是纳米颗 粒，一维Cu7Te4纳米带还未见报道。

发明内容
本发明的目的是为了解决现有的纳米态半导体材料制备方法中操作复杂、成本 高、危险性大，得到产品的纯度低的问题，提供一种Cu7Te4纳米带半导体材料的制备方法。本发明的一种Cu7Te4纳米带半导体材料的制备方法按以下步骤进行一、称取亚 碲酸钠，然后依次加入去离子水、二正丙胺和联胺的混合溶液，再加入乙酸铜，搅拌30 60min，搅拌速度为4000 8000r/min，得混合溶液A ；二、将混合溶液A加入到有聚四氟乙 烯内衬的高压反应釜中，密封，然后在160 220°C的条件下热处理12 24h，自然冷却至 室温，得Cu7Te4半导体材料；三、将Cu7Te4半导体材料洗涤和过滤3 5次，然后在60°C的 条件下干燥5 10h，即得到Cu7Te4纳米带半导体材料；步骤一中去离子水与亚碲酸钠的质 量比为15 17 1，二正丙胺与亚碲酸钠的质量比为20 24 1，联胺与亚碲酸钠的质 量比为5 7 1，乙酸铜与亚碲酸钠的质量比为1 2. 5 1 ；步骤二中混合溶液A的加 入量为聚四氟乙烯内衬的高压反应釜容积的60% 80%。使用本发明的方法制得的Cu7Te4纳米带半导体材料为黑色粉末状，结晶度高、颗 粒均勻、产量高，带的宽度在500nm 5 μ m，长度在10 30 μ m。Cu7Te4纳米带半导体材料 的纯度高达99%以上。本发明的制备方法所用时间短，在低温条件下就可控制，设备造价低 并且操作简单，成本低廉，反应压力小且反应温度低，使危险性大大降低。


图1是具体实施方式
十四制备的Cu7Te4纳米带半导体材料的X射线衍射分析图 谱；图2是具体实施方式
十四制备的Cu7Te4纳米带半导体材料的低倍SEM照片；图3是具 体实施方式十四制备的Cu7Te4纳米带半导体材料的高倍SEM照片；图4是是具体实施方式
十四制备的Cu7Te4纳米带半导体材料的能谱图；图5是具体实施方式
十四制备的Cu7Te4纳 米带半导体材料的TEM照片；图6是具体实施方式
十四制备的Cu7Te4纳米带半导体材料的 另一张TEM照片。
具体实施例方式具体实施方式
一本实施方式一种Cu7Te4纳米带半导体材料的制备方法按以下步 骤进行一、称取亚碲酸钠，然后依次加入去离子水、二正丙胺和联胺的混合溶液，再加入乙 酸铜，搅拌30 60min，搅拌速度为4000 8000r/min，得混合溶液A ；二、将混合溶液A加 入到有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，密封，然后在160 220°C的条件下热处理12 24h，自然冷却至室温，得Cu7Te4半导体材料；三、将Cu7Te4半导体材料洗涤和过滤3 5次， 然后在60°C的条件下干燥5 10h，即得到Cu7Te4纳米带半导体材料；步骤一中去离子水与 亚碲酸钠的质量比为15 17 1，二正丙胺与亚碲酸钠的质量比为20 24 1，联胺与 亚碲酸钠的质量比为5 7 1，乙酸铜与亚碲酸钠的质量比为1 2. 5 1 ；步骤二中混 合溶液A的加入量为聚四氟乙烯内衬的高压反应釜容积的60% 80%。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤一中去离子水与 亚碲酸钠的质量比为16 1。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一或二不同的是步骤一中二正丙 胺与亚碲酸钠的质量比为21 23 1。其它与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一至三之一不同的是步骤一中联 胺与亚碲酸钠的质量比为5 7 1。其它与具体实施方式
一至三之一相同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一至四之一不同的是步骤一中乙 酸铜与亚碲酸钠的质量比为2 1。其它与具体实施方式
一至四之一相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一至五之一不同的是步骤一中搅 拌40 50min。其它与具体实施方式
一至五之一相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
一至六之一不同的是步骤一中搅 拌速度为eOOOr/min，其它与具体实施方式
一至六之一相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
一至七之一不同的是步骤二中混 合溶液A的加入量为聚四氟乙烯内衬的高压反应釜容积的70%。其它与具体实施方式
一至 七之一相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
一至八之一不同的是步骤二中在 180 200°C的条件下热处理16 20h。其它与具体实施方式
一至八之一相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
一至九之一不同的是步骤三中的 洗涤是先用乙醇溶液再用去离子水洗涤。其它与具体实施方式
一至九之一相同具体实施方式
十一本实施方式与具体实施方式
一至十之一不同的是步骤三中 洗涤和过滤4次。其它与具体实施方式
一至十之一相同。
具体实施方式
十二 本实施方式与具体实施方式
一至十一之一不同的是步骤三 中在60°C的条件下干燥6 9h。其它与具体实施方式
一至i^一之一相同。
具体实施方式
十三本实施方式与具体实施方式
一至十二之一不同的是步骤三 中在60°C的条件下干燥8h。其它与具体实施方式
一至十二之一相同。
具体实施方式
十四本实施方式一种Cu7Te4纳米带半导体材料的制备方法，按以 下步骤进行一、称取0. 23g亚碲酸钠，然后依次加入5mL去离子水、IOmL 二正丙胺和5mL联 胺的混合溶液，再加入0. 5g乙酸铜，搅拌45min，得混合溶液A ；二、将混合溶液A加入到有 聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，密封，然后在200°C的条件下热处理16h，自然冷却至室 温，得Cu7Te4半导体材料；三、将Cu7Te4半导体材料洗涤和过滤3次，然后在60°C的条件下 干燥8h，即得到Cu7Te4纳米带半导体材料；步骤二中混合溶液A的加入量为聚四氟乙烯内 衬的高压反应釜容积的70%。本实施方式制备的Cu7Te4纳米带半导体材料的纯度为99. 62%。本实施方式制备的Cu7Te4纳米带半导体材料的X射线衍射分析(XRD)图谱如图1 所示，从图1中可以看出，Cu7Te4纳米带半导体材料为六方晶相，结晶度高，纯度高，没有杂 相。本实施方式制备的Cu7Te4纳米带半导体材料的低倍和高倍SEM照片如图2和图 3所示，从图2和图3中可以看出，Cu7Te4纳米带半导体材料为一维带状产物，带的宽度在 500nm ~ 5 μ m,10 ~ 30 μ m。本实施方式制备的Cu7Te4纳米带半导体材料的能谱图如图4所示，从图4中可以 看出Cu7Te4纳米带半导体材料只由Cu和Te两种元素组成。本实施方式制备的Cu7Te4纳米带半导体材料的TEM照片如图5和图6所示，从图 5和图6中可以看出Cu7Te4纳米带半导体材料为超薄的一维带状产物。
具体实施方式
十五本实施方式一种Cu7Te4纳米带半导体材料的制备方法，按以 下步骤进行一、称取0. 25g亚碲酸钠，然后依次加入5mL去离子水、13mL 二正丙胺和5mL联 胺的混合溶液，再加入0. 5g乙酸铜，搅拌45min，得混合溶液A ；二、将混合溶液A加入到有 聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，密封，然后在220°C的条件下热处理18h，自然冷却至室 温，得Cu7Te4半导体材料；三、将Cu7Te4半导体材料洗涤和过滤5次，然后在60°C的条件下 干燥8h，即得到Cu7Te4纳米带半导体材料；步骤二中混合溶液A的加入量为聚四氟乙烯内 衬的高压反应釜容积的80%。本实施方式制备的Cu7Te4纳米带半导体材料的纯度为99. 64%。
权利要求
一种Cu7Te4纳米带半导体材料的制备方法，其特征在于Cu7Te4纳米带半导体材料的制备方法按以下步骤进行一、称取亚碲酸钠，然后依次加入去离子水、二正丙胺和联胺的混合溶液，再加入乙酸铜，搅拌30～60min，搅拌速度为4000～8000r/min，得混合溶液A；二、将混合溶液A加入到有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，密封，然后在160～220℃的条件下热处理12～24h，自然冷却至室温，得Cu7Te4半导体材料；三、将Cu7Te4半导体材料洗涤和过滤3～5次，然后在60℃的条件下干燥5～10h，即得到Cu7Te4纳米带半导体材料；步骤一中去离子水与亚碲酸钠的质量比为15～17∶1，二正丙胺与亚碲酸钠的质量比为20～24∶1，联胺与亚碲酸钠的质量比为5～7∶1，乙酸铜与亚碲酸钠的质量比为1～2.5∶1；步骤二中混合溶液A的加入量为聚四氟乙烯内衬的高压反应釜容积的60％～80％。
2.根据权利要求1所述的一种Cu7Te4纳米带半导体材料的制备方法，其特征在于步骤 一中二正丙胺与亚碲酸钠的质量比为21 23 1。
3.根据权利要求1或2所述的一种Cu7Te4纳米带半导体材料的制备方法，其特征在于 步骤一中乙酸铜与亚碲酸钠的质量比为2 1。
4.根据权利要求3所述的一种Cu7Te4纳米带半导体材料的制备方法，其特征在于步骤 一中搅拌40 50min。
5.根据权利要求1、2或4所述的一种Cu7Te4纳米带半导体材料的制备方法，其特征在 于步骤一中搅拌速度为6000r/min。
6.根据权利要求5所述的一种Cu7Te4纳米带半导体材料的制备方法，其特征在于步骤 二中混合溶液A的加入量为聚四氟乙烯内衬的高压反应釜容积的70%。
7.根据权利要求1、2、4或6所述的一种Cu7Te4纳米带半导体材料的制备方法，其特征 在于步骤二中在180 200°C的条件下热处理16 20h。
8.根据权利要求7所述的一种Cu7Te4纳米带半导体材料的制备方法，其特征在于步骤 三中的洗涤是先用乙醇溶液再用去离子水洗涤。
9.根据权利要求1、2、4、6或8所述的一种Cu7Te4纳米带半导体材料的制备方法，其特 征在于步骤三中洗涤和过滤4次。
10.根据权利要求9所述的一种Cu7Te4纳米带半导体材料的制备方法，其特征在于步 骤三中在60°C的条件下干燥8h。
全文摘要
一种Cu7Te4纳米带半导体材料的制备方法，它涉及一种纳米带半导体材料的制备方法。本发明解决了现有的纳米态半导体材料制备方法中操作复杂、成本高、危险性大，得到产品的纯度低的问题。本方法一、制备混合溶液；二、制备Cu7Te4半导体材料前驱体；三、将Cu7Te4半导体材料洗涤、过滤，干燥，即得到Cu7Te4纳米带半导体材料。本发明的Cu7Te4纳米带半导体材料结晶度高、颗粒均匀、纯度高，带的宽度在500nm～5μm，长度在10～30μm，制备方法操作简单、成本低、危险性低。应用于热电器件、太阳能电池、超离子导体等领域。
文档编号C01B19/04GK101935024SQ201010276638
公开日2011年1月5日 申请日期2010年9月9日 优先权日2010年9月9日
发明者王琳, 王群, 陈刚, 陈大宏 申请人:哈尔滨工业大学