专利名称：一种不同化学计量比的硫化铜纳米粉体的制备方法
技术领域：
本发明属于纳米材料技术领域，特别涉及一种制备不同化学计量比的硫化铜纳米粉体的方法，涉及到机械合金化技术。
背景技术：
纳米材料相比于传统材料具有优异的磁、光、电、声及力学性能，越来越受到人们的关注。过渡金属硫化物是一类用途广泛的功能材料。纳米尺寸的硫化铜粉体粒径小、比表面积大，由于量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，其半导体纳米晶体在分子实体和微晶之间有传导电子的媒介作用，具有块体材料无法比拟的光电特性，硫化铜纳米粉体是一种重要的光电材料，在太阳能电池材料，光热转变的覆盖层，聚合物表面的导电层， 光学过滤器，室温下的氨气传感器等领域中被广泛应用，同时在制备发光二极管，光催化和电化学电池方面也具有潜在的应用。不同化学计量比的硫化铜，按照通式Cu2_xS(-0.5)存在一系列能够稳定存在的铜硫化合物，比如富铜的Cu2S,随着Cu缺位的增减逐渐出现CUl.96S，Cul8S, Cul75S, Cul6S, Cu1.4S以及CuS等一系列化合物。由于铜原子占位不同，这些化合物能形成具有包括属于立方晶系、正交晶系、六方晶系等不同的晶胞结构，其物理性质和化学性质也有所不同，禁带宽度根据χ值变化，比如Cu2S的禁带宽度是1. 2 eV, Cul8S的禁带宽度是1. 5 eV, 而CuS是禁带宽度是2 eV。可调控的禁带宽度对于光电方面的应用有着非常重要的意义。目前制备硫化铜纳米粉体的方法有沉淀法、固相反应法、水热法、乳液法、模板法等。常新红等人(专利公开号CN101798104A)先制备铜源分散溶液和硫源分散溶液，将制得的硫源分散溶液和铜源分散溶液均勻混合生成黑色沉淀，反应10 60min后将反应物送入离心机，分离出的沉淀物依次经过与蒸馏水、乙醇水溶液和无水乙醇先混勻再离心分离等步骤后，送入干燥箱干燥后制得硫化铜纳米粉末。该工艺需要制备前驱分散液，且分离步骤繁琐。马广跃等人(专利公开号CN101367M1)以离子液体为溶剂，用低温溶剂热方法合成纳米硫化铜，在[BMIM][BF4]或1-正丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐中，按照摩尔比添加硫脲和醋酸铜，然后在反应釜中于120度的温度下反应M小时，得到纳米尺寸的棒状硫化铜。该方法反应时间长，且使用的原料复杂、昂贵。总之，目前已有的合成硫化铜纳米粉体的方法存在以下缺点原料昂贵，工艺繁琐，耗时长，产品难于分离，产率不高，而且这些制备方法只适合于制备某一种化学计量比，比如，CuS或者Cu2S纳米粉体，很难有一种方法能够同时制备分属不同晶体类型的、不同化学计量比的一系列硫化铜纳米粉体。
发明内容
本发明提供的一种制备不同化学计量比硫化铜纳米粉体的方法，采用非平衡态的机械合金化法，以单质Cu粉和S粉为原料，通过原料的不同配比来控制所得产品的化学计量比，所需设备简单，时间短，产品无需分离，纯度高，产率高，适合大规模工业生产。一种不同化学计量比的硫化铜纳米粉体的制备方法，其特征是以金属单质铜粉(质量分数大于99. 9%)和单质硫粉(质量分数大于99. 8%)为原料，按照Cu2_xS (-0. 5彡χ彡1. 5)配比，在氩气气氛保护下，球磨转速100 425 rpm球磨5 600 min，可获得尺寸为广500 nm的不同化学计量比的单相硫化铜均勻纳米粉体。本发明采用机械合金化法，制备不同化学计量比的Cu2_xS，纳米粉体，具有化学计量比可控，原料易得，设备简单，工艺流程短，耗时少，产率高的优点。本发明的技术特征是机械合金化非平衡态、快速合成不同化学计量比的硫化铜纳米粉体，无湿磨过程，无需分离，直接取料，产品纯度高，产率高。该方法能够简单、方便、 快捷地制备出具有广500 nm的不同化学计量比的硫化铜纳米粉体。
图1 所制备的一种硫化铜纳米粉体的XRD图谱。
具体实施例方式实例1
按照摩尔比单质铜单质硫=2. 5:1配置，称量相应质量的铜粉和硫粉，置于球磨罐中，放入球料比20 1的不锈钢球，密封，抽真空后，充入氩气保护气体后，在行星球磨机器上450 rpm,球磨5 min后可得粒径400 500 nm的硫化铜(Cu2.5S)纳米粉体。实例2
按照摩尔比单质铜单质硫=2. 2:1配置，称量相应质量的铜粉和硫粉，置于球磨罐中，放入球料比20 1的不锈钢球，密封，抽真空后，充入氩气保护气体后，在行星球磨机器上420 rpm,球磨30 min后可得粒径200 400 nm的硫化铜(Cu2.2S)纳米粉体。实例3
按照摩尔比单质铜单质硫=2:1配置，称量相应质量的铜粉和硫粉，置于球磨罐中， 放入球料比20 1的不锈钢球，密封，抽真空后，充入氩气保护气体后，在行星球磨机器上 450 rpm,球磨100 min后可得粒径200 300 nm的硫化铜(Cu2S)纳米粉体。实例4
按照摩尔比单质铜单质硫=1.8:1配置，称量相应质量的铜粉和硫粉，置于球磨罐中，放入球料比20 1的不锈钢球，密封，抽真空后，充入氩气保护气体后，在行星球磨机器上300 rpm,球磨200 min后可得粒径150 300 nm的硫化铜(Cu1^S)纳米粉体。实例 5
按照摩尔比单质铜单质硫=1. 75:1配置，称量相应质量的铜粉和硫粉，置于球磨罐中，放入球料比20 1的不锈钢球，密封，抽真空后，充入氩气保护气体后，在行星球磨机器上350 rpm,球磨300 min后可得粒径100 300 nm的硫化铜(Cu1.75S)纳米粉体。实例6
按照摩尔比单质铜单质硫=1.6:1配置，称量相应质量的铜粉和硫粉，置于球磨罐中，放入球料比20 1的不锈钢球，密封，抽真空后，充入氩气保护气体后，在行星球磨机器上400 rpm,球磨400 min后可得粒径40 250 nm的硫化铜(Ci^6S)纳米粉体。实例7
按照摩尔比单质铜单质硫=1:1配置，称量相应质量的铜粉和硫粉，置于球磨罐中，放入球料比20 1的不锈钢球，密封，抽真空后，充入氩气保护气体后，在行星球磨机器上 425 rpm,球磨500 min后可得粒径20 160 nm的硫化铜(CuS)纳米粉体。实例8
按照摩尔比单质铜单质硫=0.8:1配置，称量相应质量的铜粉和硫粉，置于球磨罐中，放入球料比20 1的不锈钢球，密封，抽真空后，充入氩气保护气体后，在行星球磨机器上100 rpm,球磨600 min后可得粒径广100 nm的硫化铜(Cua8S)纳米粉体。实例9
按照摩尔比单质铜单质硫=0. 5:1配置，称量相应质量的铜粉和硫粉，置于球磨罐中，放入球料比20 1的不锈钢球，密封，抽真空后，充入氩气保护气体后，在行星球磨机器上200 rpm,球磨80 min后可得粒径250 400 nm的硫化铜(CuQ. 5S)纳米粉体。
权利要求
1.一种不同化学计量比的硫化铜纳米粉体的制备方法，其特征是按照化学通式 Cu2_xS配置，χ为摩尔数，其取值范围为-0. 5彡χ彡1. 5 ；以质量分数大于99. 9%的金属单质铜粉和质量分数大于99. 8%单质硫粉为原料，在氩气气氛保护下，球磨转速为10(T425 rpm 球磨5飞00 min，制备不同化学计量比的硫化铜纳米粉体。
2.如权利要求1所述的不同化学计量比的硫化铜纳米粉体的制备方法，其特征是所获得的单相硫化铜纳米粉体的化学计量比可控，颗粒均勻其尺寸为广500 nm。
全文摘要
一种不同化学计量比的硫化铜纳米粉体的制备方法，属于纳米材料技术领域。其特征是以金属单质铜粉(质量分数大于99.9%)和单质硫粉(质量分数大于99.8%)为原料，按照化学通式Cu2-xS配置，x表示(-0.5≤x≤1.5)配比，在氩气气氛保护下，球磨转速为100~425rpm球磨5~600min，获得化学计量比可调的单相硫化铜纳米粉体，尺寸为1~500nm。该方法所需原料廉价易得，设备简单易操作，工艺流程短，能够方便、快速地大规模生产不同化学计量比的硫化铜纳米粉体，具有很大的应用前景。
文档编号B82Y40/00GK102320647SQ201110236749
公开日2012年1月18日 申请日期2011年8月17日 优先权日2011年8月17日
发明者于昭新, 刘勇, 张波萍, 葛振华 申请人:北京科技大学