专利名称：一种低温机械合金化制备硫硒化物亚微米粉体材料的方法
技术领域：
本发明涉及ー种低温机械合金化制备硫硒化物亚微米粉体材料的方法，属于材料化学领域，所制备的材料可用于光电器件、薄膜太阳电池等领域。
背景技术：
ZnS> ZnSe> SnSe> SnS> CuS和CuSe等硫硒化物亚微米粉体材料可以用于制备薄膜半导体材料、光电转换器件等。通常情况下，上述材料需要通过溶剂热合成法以盐类为原料经化学合成才能获得，这种反应速率慢且步骤冗繁，在化学合成过程中容易引进杂质，产品的产率不高，因此并不适用于エ业规模化生产。
发明内容
本发明的目的是提供ー种低温机械合金化制备硫硒化物亚微米粉体材料的方法。以单质金属粉和单质非金属粉为原料，加入过程控制剂，控制球料比、球磨转速和球磨时间，低温机械合金化制备硫硒化物亚微米粉体材料。具体步骤如下(I)按摩尔比I : I I. 5称取单质金属粉和单质非金属粉作为原料，称取机械合金化过程所用磨球，磨球与原料的质量比为20 60 1，量取体积为磨罐容积O. 05 O. 2倍的过程控制剂；(2)将步骤(I)称量的原料、磨球和过程控制剂一起加入磨罐中，通入氩气作保护气，密封磨罐，将磨罐转移至行星球磨机中，设定转速为200 600转/分钟，球磨5 72小时；(3)将步骤(2)所得产物用蒸馏水和无水こ醇离心洗涤3 4次，将离心洗涤后的产物在真空干燥箱内70 90°C下真空干燥7 9小时获得目标粉体；所述单质金属粉为Zn粉、Sn粉和Cu粉中的ー种；所述单质非金属粉为S粉或Se粉；所述过程控制剂为醇类和胺类的混合物，醇类和胺类的体积比为I 20 I ;所述醇类为こ醇、こニ醇、正丁醇、异丁醇、异戊醇、叔戊醇和丙三醇中的ー种，所述胺类为こニ胺、异丁胺、ニ异丙胺、己ニ胺和三こ胺中的ー种；所述无水こ醇、こニ醇、正丁醇、异丁醇、异戊醇、叔戊醇、丙三醇、こニ胺、异丁胺、ニ异丙胺、己ニ胺和三こ胺均为分析纯。与常见的溶剂热合成硫硒化物亚微米粉体材料エ艺不同，本发明是采用低温机械合金化方法制备目标粉体，具有以下优点(I)采用单质粉为原料，反应原料易得，大大降低成本，反应过程没有副产物，最大程度上避免了杂质的引入，同时也有利于合成过程中对产物化学计量比的精确控制；(2)实现低温合成硫硒化物亚微米粉体材料，降低了反应能耗的同时，可以避免产物因高温团聚和长大，从而有利于对产物的形貌控制，所制备的微米粉体粒径小且分布窄，活性高；
(3)エ艺简单，操作简便，适用于エ业规模化生产。
图1为本发明的制备エ艺流程图。图2为本发明实施例I制备的ZnS粉体的XRD衍射图谱。图3为本发明实施例I制备的ZnS粉体的SEM形貌图。图4为本发明实施例I制备的ZnS粉体的粒度分析图谱。图5为本发明实施例3制备的SnS粉体的XRD衍射图谱。图6为本发明实施例3制备的SnS粉体的SEM形貌图。图7为本发明实施例3制备的SnS粉体的粒度分析图谱。图8为本发明实施例5制备的CuSe粉体的XRD衍射图谱。图9为本发明实施例5制备的CuSe粉体的SEM形貌图。图10为本发明实施例5制备的CuSe粉体的粒度分析图谱。
具体实施例方式实施例I : (ZnS粉体)(I)以单质Zn粉和单质S粉为原料，按摩尔比I : I称取6. 53克Zn粉，3. 2克S粉，按照磨球与所称量原料的质量比为60 I称取583克磨球，用量筒量取25mL过程控制剂(20mL无水こ醇+5mL分析纯こニ胺)；(2)将步骤(I)称量的原料、磨球和过程控制剂一起加入容积为500mL的磨罐中，通入氩气作保护气，密封磨罐，将磨罐转移至行星球磨机中，设定转速为600转/分钟，球磨时间为72小时；(3)将步骤(2)所得产物用蒸馏水和无水こ醇离心洗涤3次，将离心洗涤后的产物在真空干燥箱内80°C下真空干燥8小时得目标粉体，经XRD分析为ZnS。实施例2 (ZnSe粉体)(I)以单质Zn粉和单质Se粉为原料，按摩尔比I : I. 5称取6. 53克Zn粉，11. 84克Se粉，按照磨球与所称量原料的质量比为20 I称取367克磨球，用量筒量取IOOmL过程控制剂(75mL无水こ醇+25mL分析纯こニ胺)；(2)将步骤(I)称量的原料、磨球和过程控制剂一起加入容积为500mL的磨罐中，通入氩气作保护气，密封磨罐，将磨罐转移至行星球磨机中，设定转速为600转/分钟，球磨时间为5小时；(3)将步骤(2)所得产物用蒸馏水和无水こ醇离心洗涤3次，将离心洗涤后的产物在真空干燥箱内80°C下真空干燥8小时得目标粉体ZnSe。实施例3 (SnS粉体)(I)以单质Sn粉和单质S粉为原料，按摩尔比I : I. 2称取11. 87克Sn粉，3. 84克S粉，按照磨球与所称量原料的质量比为40 I称取628克磨球，用量筒量取IOOmL过程控制剂(75mL无水こ醇+25mL分析纯こニ胺)。(2)将步骤(I)称量的原料、磨球和过程控制剂一起加入容积为500mL的磨罐中，
通入氩气作保护气，密封磨罐，将磨罐转移至行星球磨机中，设定转速为400转/分钟，球磨时间为12小时；(3)将步骤(2)所得产物用蒸馏水和无水こ醇离心洗涤3次，将离心洗涤后的产物在真空干燥箱内80°C下真空干燥8小时得目标粉体，经XRD分析为SnS。实施例4 (SnSe粉体)(I)以单质Sn粉和单质Se粉为原料，按摩尔比I : I称取11. 87克Sn粉，7. 896克Se粉，按照磨球与所称量原料的质量比为30 I称取593克 磨球，用量筒量取50mL过程控制剂(25mL无水こ醇+25mL分析纯こニ胺)；(2)将步骤(I)称量的原料、磨球和过程控制剂一起加入容积为500mL的磨罐中，通入氩气作保护气，密封磨罐，将磨罐转移至行星球磨机中，设定转速为500转/分钟，球磨时间为12小时；(3)将步骤(2)所得产物用蒸馏水和无水こ醇离心洗涤3次，将离心洗涤后的产物在真空干燥箱内80°C下真空干燥8小时得目标粉体SnSe。实施例5 : (CuSe粉体)(I)以单质Cu粉和单质Se粉为原料，按摩尔比I : I. 5称取6. 4克Cu粉，11. 84克Se粉，按照磨球与所称量原料的质量比为30 I称取547克磨球，用量筒量取50mL过程控制剂(25mL无水こ醇+25mL分析纯こニ胺)；(2)将步骤(I)称量的原料、磨球和过程控制剂一起加入容积为500mL的磨罐中，通入氩气作保护气，密封磨罐，将磨罐转移至行星球磨机中，设定转速为600转/分钟，球磨时间为5小时；(3)将步骤(2)所得产物用蒸馏水和无水こ醇离心洗涤3次，将离心洗涤后的产物在真空干燥箱内80°C下真空干燥8小时得目标粉体，经XRD分析为CuSe。实施例6 =CuS粉体)(I)以单质Cu粉和单质S粉为原料，按摩尔比I : I称取6. 4克Cu粉，3. 2克S粉，按照磨球与所称量原料的质量比为50 I称取480克磨球，用量筒量取75mL过程控制剂(50mL无水こ醇+25mL分析纯こニ胺)；(2)将步骤(I)称量的原料、磨球和过程控制剂一起加入容积为500mL的磨罐中，通入氩气作保护气，密封磨罐，将磨罐转移至行星球磨机中，设定转速为600转/分钟，球磨时间为24小时；(3)将步骤(2)所得产物用蒸馏水和无水こ醇离心洗涤3次，将离心洗涤后的产物在真空干燥箱内80°C下真空干燥8小时得目标粉体CuS。
权利要求
1. ー种低温机械合金化制备硫硒化物亚微米粉体材料的方法，其特征在于具体步骤为 (1)按摩尔比I: I I. 5称取单质金属粉和单质非金属粉作为原料，称取积械合金化过程所用磨球，磨球与原料的质量比为20 60 1，量取体积为磨罐容积O. 05 O. 2倍的过程控制剂； (2)将步骤(I)称量的原料、磨球和过程控制剂一起加入磨罐中，通入氩气作保护气，密封磨罐，将磨罐转移至行星球磨机中，设定转速为200 600转/分钟，球磨5 72小时； (3)将步骤(2)所得产物用蒸馏水和无水こ醇离心洗涤3 4次，将离心洗涤后的产物在真空干燥箱内70 90°C下真空干燥7 9小时获得目标粉体材料； 所述单质金属粉为Zn粉、Sn粉和Cu粉中的ー种； 所述单质非金属粉为S粉或Se粉； 所述过程控制剂为醇类和胺类的混合物，醇类和胺类的体积比为I 20 I;所述醇类为こ醇、こニ醇、正丁醇、异丁醇、异戊醇、叔戊醇和丙三醇中的ー种，所述胺类为こニ胺、异丁胺、ニ异丙胺、己ニ胺和三こ胺中的ー种；所述こ醇、こニ醇、正丁醇、异丁醇、异戊醇、叔戊醇、丙三醇、こニ胺、异丁胺、ニ异丙胺、己ニ胺和三こ胺均为分析纯。
全文摘要
本发明公开了一种低温机械合金化制备硫硒化物亚微米粉体材料的方法。将单质金属粉和单质非金属粉加入球磨罐中，以醇类和胺类混合液为过程控制剂，按照额定的球料比、设定转速和球磨时间进行球磨，球磨产物经离心洗涤烘干即可得到目标产物。所述单质金属粉为Zn粉、Sn粉和Cu粉中的一种；所述单质非金属粉为S粉或Se粉；所述过程控制剂是体积比为1～20∶1的醇类和胺类混合物，所述醇类为乙醇、乙二醇、正丁醇、异丁醇、异戊醇、叔戊醇和丙三醇中的一种，所述胺类为乙二胺、异丁胺、二异丙胺、己二胺和三乙胺中的一种。本发明原料易得，产物纯，能耗低，产物形貌易控制，工艺简单，适宜工业生产。
文档编号C01B19/00GK102616753SQ201210107290
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月11日 优先权日2012年4月11日
发明者池上森, 莫淑一, 邹正光, 郑国源, 龙飞 申请人:桂林理工大学