专利名称：一种机械合金化一步制备单相BiCuSeO热电材料粉体的方法
一种机械合金化一步制备单相BiCuSeO热电材料粉体的方法技术领域
本发明属于新能源材料领域,具体涉及一种BiCuSeO热电材料粉体的制备方法。
背景技术：
近十几年来，人口急速膨胀，工业迅猛发展，能源和环境问题已经逐渐凸显，以原油价格暴涨、温室气体排放过量和臭氧层空洞为标志的能源危机和环境危机日益引发关注。目前，石油、煤炭、天然气等传统能源已经无法满足社会和经济发展要求。在此背景下，寻找和开发新能源以及新能源材料成为全球科学工作者研究的热点。热电材料能直接将热能转换成电能，其作为一种环境友好型材料在利用工业余热及废热，汽车废气、地热、太阳能以及海洋温差等能量方面有着重要的应用前景，因此热电材料受到人们的广泛关注。
BiCuSeO化合物具有较好的电性能和复杂的晶体结构，同时又由于其具有原料储量丰富、价值低廉、热电性能优异等优点，受到人们的关注。
目前BiCuSeO热电材料的合成主要采用机械球磨结合两步固相反应的方法，其中机械球磨工艺一般作为混料或者控制粉体粒度的方法，并有文献报道表明，采用一步机械球磨法或者机械球磨结合一次固相反应的方法制备BiCuSeO热电材料粉体时，合成过程中容易出现第二相Bi2O3粉或Bi粉,无法得到单相的BiCuSeO热电材料粉体,所以机械球磨结合两步固相反应是本领域内制备BiCuSeO的常用方法，但是固相反应过程繁琐复杂，需要消耗的能量较多，因此找到一种简单快捷，能耗少，重复性好的合成方法显得十分重要。发明内容
本发明的目的在于提供一种机械合金化一步制备单相BiCuSeO热电材料粉体的方法，该方法工艺简单，且重复性好。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为:一种机械合金化一步制备单相BiCuSeO热电材料粉体的方法，其特征在于它包括如下步骤: 1)以单质B1、单质Cu、单质Se和Bi2O3粉为原料，按单质B1、单质Cu、单质Se和Bi2O3粉摩尔比为1:3:3:1的比例，称取单质B1、单质Cu、单质Se和Bi2O3粉； 2)将单质B1、单质Cu、单质Se和Bi2O3粉装入高能球磨机中，进行球磨得到单相BiCuSeO热电材料粉体。
上述单质Bi的质量纯度大于99.9% ； 上述单质Cu的质量纯度大于99.9% ； 上述单质Se的质量纯度大于99.9% ； 上述Bi2O3粉的质量纯度大于99.9% ； 上述球磨过程中球料的质量比为20:1 60:1，球磨机转速为35(T800r/min，球磨时间为8 24小时。
本发明克服了 现有技术在制备BiCuSeO粉体的习惯性思维和技术偏见，据现有文献的报道表明，利用一步机械球磨法或者机械球磨结合一步固相反应的方法制备得到的BiCuSeO粉体中会存在第二相Bi2O3粉或Bi粉，无法得到单相BiCuSeO粉体。本发明通过提高球磨转速，延长球磨时间，实现了在常温下利用一步球磨法制备得到单相BiCuSeO粉体。
本发明的有益效果是: 1.原材料成本低廉。本发明主要采用Bi粉、Cu粉、Se粉和Bi2O3粉作为原料，来源丰富、价格低廉。
2.利用一步机械球磨法直接制备得到单相BiCuSeO热电材料粉体,该方法工艺简单、易于控制；与现有技术相比，减少了固相反应过程，且机械合金化过程在常温条件下进行，因此整个制备过程中的能耗将大大减少，BiCuSeO热电材料粉体的制备成本可大幅度降低。
图1为实施例1得到的BiCuSeO粉体XRD图谱。
图2为实施例2得到的BiCuSeO粉体XRD图谱。
图3为实施例3得到的BiCuSeO粉体XRD图谱。
图4为对比例得到的BiCuSeO粉体和Bi2O3粉体的XRD图谱。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容并不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1: 一种机械合金化一步制备单相BiCuSeO热电材料粉体的方法,其步骤如下: 1)以单质B1、单质Cu、单质Se和Bi2O3粉为原料，按单质B1、单质Cu、单质Se和Bi2O3粉摩尔比为1:3:3:1的比例，称取单质B1、单质Cu、单质Se和Bi2O3粉； 2)将单质B1、单质Cu、单质Se和Bi2O3粉装入高能球磨机中进行球磨,球料比为40:1,球磨机转速为350r/min，球磨时间为24h，得到BiCuSeO的粉体。
本实施例得到的BiCuSe粉体XRD图谱见图1，由图1可知机械球磨后得到的为BiCuSeO单相粉体。
实施例2: 一种机械合金化一步制备 单相BiCuSeO热电材料粉体的方法,其步骤如下: 1)以单质B1、单质Cu、单质Se和Bi2O3粉为原料，按单质B1、单质Cu、单质Se和Bi2O3粉摩尔比为1:3:3:1的比例，称取单质B1、单质Cu、单质Se和Bi2O3粉； 2)将单质B1、单质Cu、单质Se和Bi2O3粉装入高能球磨机中进行球磨，球料质量比60:1,球磨机转速450r/min,球磨时间15h,得到BiCuSeO粉体。
本实施例得到的BiCuSeO粉体XRD图谱见图2，由图2可知机械球磨后得到的为BiCuSeO单相粉体。
实施例3: 一种机械合金化一步制备单相BiCuSeO热电材料粉体的方法,其步骤如下: I)以单质B1、单质Cu、单质Se和Bi2O3粉为原料，按单质B1、单质Cu、单质Se和Bi2O3粉摩尔比为1:3:3:1的比例，称取单质B1、单质Cu、单质Se和Bi2O3粉； 2)将单质B1、单质Cu、单质Se和Bi2O3粉装入高能球磨机中进行球磨，球料质量比20:1,球磨机转速800r/min,球磨时间8h,得到BiCuSeO粉体。
本实施例得到的BiCuSeO粉体XRD图谱见图3，由图3可知机械球磨后得到的为BiCuSeO单相粉体。
对比例 一种机械球磨结合一步固相反应制备BiCuSeO热电材料粉体的方法，其包括如下步骤: 1)以单质B1、单质Cu、单质Se和Bi2O3粉为原料，按单质B1、单质Cu、单质Se和Bi2O3粉摩尔比为1:3:3:1的比例，称取单质B1、单质Cu、单质Se和Bi2O3粉； 2)将单质B1、单质Cu、单质Se和Bi2O3粉装入高能球磨机中进行球磨,球料比40:1,转速200r/min，球磨时间8h ;球磨结束后，将粉体装入石墨坩埚，在真空气氛，300°C下固相反应10h，得到BiCuSeO粉体。
对比例得到的BiCuSeO粉体XRD图谱见图4,由图4可知机械球磨结合一步固相反应得到的BiCuSeO粉体中存在第二相Bi2O3粉体。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造 的保护范围之内。
权利要求
1.一种机械合金化一步制备单相BiCuSeO热电材料粉体的方法,其特征在于它 包括如下步骤: 1)以单质B1、单质Cu、单质Se和Bi2O3粉为原料，按单质B1、单质Cu、单质Se和Bi2O3粉摩尔比为1:3:3:1的比例，称取单质B1、单质Cu、单质Se和Bi2O3粉； 2)将单质B1、单质Cu、单质Se和Bi2O3粉装入高能球磨机中，进行球磨得到单相BiCuSeO热电材料粉体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述单质Bi的质量纯度大于99.9%。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述单质Cu的质量纯度大于99.9%。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述单质Se的质量纯度大于99.9%。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述Bi2O3粉的质量纯度大于99.9%。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述球磨的球料质量比为20:f 60:1，球磨机转速35(T800r/min ，球磨时间8 24h。
全文摘要
本发明涉及一种BiCuSeO热电材料粉体的制备方法。一种机械合金化一步制备单相BiCuSeO热电材料粉体的方法，其特征在于它包括如下步骤1)以单质Bi、单质Cu、单质Se和Bi2O3粉为原料，按单质Bi、单质Cu、单质Se和Bi2O3粉摩尔比为1:3:3:1的比例，称取单质Bi、单质Cu、单质Se和Bi2O3粉；2)将粉体装入高能球磨机中进行球磨，得到单相BiCuSeO的热电材料粉体。球磨过程中球料质量比为20:1~60:1，球磨机转速为350~800r/min，球磨时间为8~24小时。本发明具有节省能源、工艺参数简单可控以及重复性好等优点。
文档编号C22C1/04GK103215466SQ20131012609
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月12日 优先权日2013年4月12日
发明者唐新峰, 程鑫, 李涵 申请人:武汉理工大学