CoSb₃热电化合物纳米粉体的制备方法

专利名称：CoSb₃热电化合物纳米粉体的制备方法
技术领域：
本发明属于新能源材料领域，具体涉及一种C0Sb:,热电化合物纳米粉体的制备方法。
技术背景利用热电材料的塞贝克效应(Seebeck Effect)可以直接将热能转化为电能。作为一种 新型、环境友好的洁净能源转换技术将为缓解能源危机和解决环境污染提供一条重要途径。CoSb:,化合物是一种新型的热电材料，理论和实践表明，通过掺杂和结构纳米化可以大 幅度提高材料的热电性能，在热电发电领域有着广阔的应用前景。由于该材料的热导率偏高 影响到材料的热电性能，当材料的结构纳米化时将使其热导率能大大降低，有望大幅度提高 材料的热电性能指数Z7M直。采用不同的制备方法可获得不同的微结构从而可望调控材料的 热电性能。目前，对于CoSb..,多晶化合物的制备方法有固相反应法(Solid state reaction, SSR)、熔融旋甩法(Melt-Spinning, MS)、共沉淀法(Cross-Coprecipitation' CC)、溶胶 凝胶法(Sol-Gel method, SG)。不同的制备方法得到的CoSt)3多晶材料其微结构和性能不同， 各有其优缺点，但是均难获得颗粒尺寸小于50nm、尺寸均一、重复性好的CoSb:,化合物纳米 粉体。 发明内容本发明的目的在于提供一种CoSb,热电化合物纳米粉体的制备方法，该方法工艺重复性好，制备的CoSb:i热电化合物纳米粉体的粒径细小、均匀、纯度高。为了实现上述目的，本发明的技术方案是 一种C0Sb3热电化合物纳米粉体的制备方法， 其特征在于它包括如下步骤1) .以乙醇为溶剂，配制氯化钴和氯化锑的混合溶液，为A溶液；A溶液中氯化钴的浓度为0. 05mol/L-0. lmol/L， A溶液中氯化锑的浓度为0. 15mol/L-0. 3mol/L;2) .以乙醇为溶剂，配制氢氧化钠和硼氢化钠的混合溶液，为B溶液；B溶液中氢氧化 钠的浓度为0. lmol/L-0. 2mol/L， B溶液中硼氢化钠的浓度为0. lmol/L-0. 2mol/L;3) .按A溶液与B溶液的体积比为1:1-1:4，选取A溶液和B溶液；在超声条件下将A 溶液缓慢滴入B溶液中，超声时间为2-16h;得超声处理后的产物；4) .将步骤3)超声处理后的产物进行离心、干燥，得到Co和Sb的非晶态前驱体粉末；5) .将步骤4)得到的Co和Sb的非晶态前驱体粉末置于H2气氛条件下在管式气氛炉 于370-40(TC反应时间为5min-60min，即得到粒径为30-50nm的CoSb:i热电化合物纳米粉体。所述步骤4)中的离心时间为5min-10min、转速为10000rpm-12000rpm。 本发明获得的CoSb:,热电化合物纳米粉体可用于制备CoSb:,热电材料。 本发明通过对反应原料浓度配比的调节，配制两种溶液，将两种溶液混合后进行超声反 应，离心、干燥得到非晶态前驱体粉末，将所得到的非晶态前驱体粉末置于管式气氛炉中进行反应热处理，得CoSb:,热电化合物纳米粉体。本发明的有益效果是采用超声化学法，该方法原料采用氯化物作为原料较固相反应法或熔融法等方法所用金属单质相比廉价易得；该方法只需超声2h-16h，热处理5min-60rain3较固相反应法长时间退火而言工艺简单易控、反应时间短、能耗低、安全无污染；该方法重 复性好；制备的CoSb:,热电化合物纳米粉体的粒径细小(粒径为30-50nm)、均匀、纯度高。


图l是本发明的工艺流程图。图2是本发明实施例1的XRD图谱。图3是本发明实施例1的SEM形貌图。图4是本发明实施例2的XRD图谱。图5是本发明实施例2的SEM形貌图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实例进一步阐明本发明的内容，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1所示， 一种CoSb3热电化合物纳米粉体的制备方法，它包括如下步骤1) .以乙醇为溶剂，配制氯化钴和氯化锑的混合溶液100ml，为A溶液；A溶液中氯化 钴的浓度为0. 05mol/L， A溶液中氯化锑的浓度为0. 15mol/L;2) .以乙醇为溶剂，配制氢氧化钠和硼氢化钠的混合溶液200ml，为B溶液；B溶液中 氢氧化钠的浓度为0. lmol/L， B溶液中硼氢化钠的浓度为0. lmol/L;3) .按A溶液与B溶液的体积比为1: 2，选取A溶液和B溶液；在超声条件下将A溶 液缓慢滴入B溶液中，超声时间为16h;超声设备为KQ-50DB型数控超声波清洗器；4) .将歩骤3)超声处理后的产物进行离心、在真空干燥箱中进行干燥，离心时间为 5min、转速为10000rpm，得到Co和Sb的非晶态前驱体粉末；5) .将步骤4)得到的Co和Sb的非晶态前驱体粉末置于H2气氛条件下在管式气氛炉 于37(TC反应时间为5min，即得到CoSb3热电化合物纳米粉体(最终产物)。所得到的CoSb:i热电化合物纳米粉体的XRD图谱见图2， CoSba热电化合物纳米粉体的 SEM形貌见图3。如图2所示，经X射线检测粉体为CoSb:,化合物的相，无其它杂相(即纯度 高)。粉体形貌如图3扫描电镜照片所示，CoSb3化合物呈颗粒状，平均粒径为30nm，分布均 匀。实施例2:一种CoSb:,热电化合物纳米粉体的制备方法，它包括如下步骤1) .以乙醇为溶剂，配制氯化钴和氯化锑的混合溶液100ml，为A溶液；A溶液中氯化 钴的浓度为0. 05mol/L， A溶液中氯化锑的浓度为0. 15mol/L;2) .以乙醇为溶剂，配制氢氧化钠和硼氢化钠的混合溶液200ml，为B溶液；B溶液中 氢氧化钠的浓度为0. lmol/L， B溶液中硼氢化钠的浓度为0. lmol/L;3) .按A溶液与B溶液的体积比为1: 2，选取A溶液和B溶液；在超声条件下将A溶 液缓慢滴入B溶液中，超声时间为2h;超声设备为KQ-50DB型数控超声波清洗器；4) .将步骤3)超声处理后的产物进行离心、在真空干燥箱中进行干燥，离心时间为 5min、转速为10000rpm，得到Co和Sb的非晶态前驱体粉末；5) .将步骤4)得到的Co和Sb的非晶态前驱体粉末置于H2气氛条件下在管式气氛炉 于380'C反应时间为5min，即得到CoSb:,热电化合物纳米粉体。所得到的CoSb:,热电化合物纳米粉体的XRD图谱见图4， CoSb:i热电化合物纳米粉体的SEM形貌见图5。如图4所示，经X射线检测粉体为CoSb:,化合物的相，无其它杂相(即纯度 高)。粉体形貌如图5扫描电镜照片所示，CoSb:,化合物呈颗粒状，平均粒径为50nm，分布均 匀。实施例3:一种CoSb3热电化合物纳米粉体的制备方法，它包括如下步骤1) .以乙醇为溶剂，配制氯化钴和氯化锑的混合溶液，为A溶液；A溶液中氯化钴的浓度为0. lmol/L， A溶液中氯化锑的浓度为0. 3mol/L;2) .以乙醇为溶剂，配制氢氧化钠和硼氢化钠的混合溶液，为B溶液；B溶液中氢氧化 钠的浓度为0. 2mol/L， B溶液中硼氢化钠的浓度为0. 2mol/L;3) .按A溶液与B溶液的体积比为1: 2，选取A溶液和B溶液；在超声条件下将A溶 液缓慢滴入B溶液中，超声时间为16h;超声设备为KQ-50DB型数控超声波清洗器；4) .将步骤3)超声处理后的产物进行离心、干燥，离心时间为10min、转速为12000rpm; 得到Co和Sb的非晶态前驱体粉末；5) .将步骤4)得到的Co和Sb的非晶态前驱体粉末置于H2气氛条件下在管式气氛炉 于400'C反应时间为60min，即得到粒径为30-50nm的CoSb:,热电化合物纳米粉体。实施例4:一种CoSb:,热电化合物纳米粉体的制备方法，它包括如下步骤1) .以乙醇为溶剂，配制氯化钴和氯化锑的混合溶液，为A溶液；A溶液中氯化钴的浓度为0. lmol/L， A溶液中氯化锑的浓度为0. 3mol/L;2) .以乙醇为溶剂，配制氢氧化钠和硼氢化钠的混合溶液，为B溶液；B溶液中氢氧化 钠的浓度为0. 1mol/L， B溶液中硼氢化钠的浓度为0. lmol/L;3) .按A溶液与B溶液的体积比为1:4，选取A溶液和B溶液；在超声条件下将A溶液 缓慢滴入B溶液中，超声时间为2h;得超声处理后的产物；超声设备为KQ-50DB型数控超声 波清洗器；4) .将步骤3)超声处理后的产物进行离心、干燥，离心时间为5min、转速为10000rpm， 得到Co和Sb的非晶态前驱体粉末；5) .将步骤4)得到的Co和Sb的非晶态前驱体粉末置于H2气氛条件下在管式气氛炉 于37(TC反应时间为5min，即得到粒径为30-50nm的CoSb3热电化合物纳米粉体。实施例5:一种CoSb:,热电化合物纳米粉体的制备方法，它包括如下步骤1) .以乙醇为溶剂，配制氯化钴和氯化锑的混合溶液，为A溶液；A溶液中氯化钴的浓度为0. 05mol/L， A溶液中氯化锑的浓度为0. 15mol/L;2) .以乙醇为溶剂，配制氢氧化钠和硼氢化钠的混合溶液，为B溶液；B溶液中氢氧化 钠的浓度为0. 2mol/L， B溶液中硼氢化钠的浓度为0. 2mol/L;3) .按A溶液与B溶液的体积比为1:1 ，选取A溶液和B溶液；在超声条件下将A溶液 缓慢滴入B溶液中，超声时间为16h;得超声处理后的产物；超声设备为KQ-50DB型数控超 声波清洗器；4) .将步骤3)超声处理后的产物进行离心、干燥，离心时间为10min、转速为12000rpm， 得到Co和Sb的非晶态前驱体粉末；5) .将步骤4)得到的Co和Sb的非晶态前驱体粉末置于H2气氛条件下在管式气氛炉于400'C反应时间为60min，即得到粒径为30-50nm的CoSb:i热电化合物纳米粉体。
权利要求
1.一种CoSb3热电化合物纳米粉体的制备方法，其特征在于它包括如下步骤1).以乙醇为溶剂，配制氯化钴和氯化锑的混合溶液，为A溶液；A溶液中氯化钴的浓度为0.05mol/L-0.1mol/L，A溶液中氯化锑的浓度为0.15mol/L-0.3mol/L；2).以乙醇为溶剂，配制氢氧化钠和硼氢化钠的混合溶液，为B溶液；B溶液中氢氧化钠的浓度为0.1mol/L-0.2mol/L，B溶液中硼氢化钠的浓度为0.1mol/L-0.2mol/L；3).按A溶液与B溶液的体积比为1∶1-1∶4，选取A溶液和B溶液；在超声条件下将A溶液缓慢滴入B溶液中，超声时间为2-16h；得超声处理后的产物；4).将步骤3)超声处理后的产物进行离心、干燥，得到Co和Sb的非晶态前驱体粉末；5).将步骤4)得到的Co和Sb的非晶态前驱体粉末置于H2气氛条件下在管式气氛炉于370-400℃反应时间为5min-60min，即得到粒径为30-50nm的CoSb3热电化合物纳米粉体。
2. 根据权利要求l所述的一种CoSb3热电化合物纳米粉体的制备方法，其特征在于所 述步骤4)中的离心时间为5min-10min、转速为10000rpm-12000rpm。
全文摘要
本发明涉及一种CoSb₃热电化合物纳米粉体的制备方法。一种CoSb₃热电化合物纳米粉体的制备方法，其特征在于它包括如下步骤1).以乙醇为溶剂，配制氯化钴和氯化锑的混合溶液，为A溶液；2).以乙醇为溶剂，配制氢氧化钠和硼氢化钠的混合溶液，为B溶液；3).在超声条件下将A溶液缓慢滴入B溶液中；4).将步骤3)超声处理后的产物进行离心、干燥，得到非晶态前驱体粉末；5).将非晶态前驱体粉末置于H₂气氛条件下在管式气氛炉于370-400℃反应时间为5min-60min，即得到粒径为30-50nm的CoSb₃热电化合物纳米粉体。该方法工艺简单易控、反应时间短、能耗低、安全无污染、重复性好，制备的CoSb₃热电化合物纳米粉体的粒径细小、均匀、纯度高。
文档编号H01L35/12GK101327518SQ200810048439
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, 张清杰, 源 徐, 陈玉立 申请人:武汉理工大学