[发明专利]碲化铋纳米管的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体热电纳米材料的制备方法，具体说是碲化铋(Bi₂Te₃)纳米管的制备方法。

背景技术

热电转换技术是半导体材料利用塞贝克效应(Seebeck)和珀尔帖效应(Peltier)将热能和电能进行直接转换的技术，它具有不排放污染物、适用温度范围广、系统体积小、寿命长等特点，已在温差发电机和制冷器等领域得到应用。但由于热电材料的转换效率较低，从而极大限制了其应用范围。热电材料的性能一般可用无量纲值ZT来评价，ZT＝Tα²σ/λ，其中T是绝对温度，α为塞贝克系数，σ为电导率，λ为热导率，ZT值越大，热电转换效率越高。

Bi₂Te₃化合物是目前室温附近性能最优的热电材料，其体材料的ZT值约在1左右。如果能进一步提高其热电转换性能将极大的提高其应用范围。

近年来，理论和实验研究表明，低维的热电半导体材料具有比体材料更高的热电性能，这是因为低维热电材料费米能级附近的能态密度增加提高了材料的Seebeck系数，而界面的声子散射降低了材料的热导率。理论预测表明，一维的Bi₂Te₃纳米线和纳米管的ZT值有可能大于5。其中，Bi₂Te₃纳米管由于中空的结构，能够更好的散射声子，降低热导，因此可能具有比Bi₂Te₃纳米线更好的热电性能。2005年，赵新兵等制得了含有Bi₂Te₃纳米管的Bi₂Te₃基纳米复合材料，结果发现加入的Bi₂Te₃纳米管可以大大降低基体材料的热导(Applied Physics Letters，Vol.86，2005，062111)。

到目前为止，Bi₂Te₃纳米管的制备方法研究得较少，已报道的主要有水热法(中国专利03151274.7，03151276.3；欧洲专利CN1526639，CN1526637)(Solid State Communications，Vol.138，2006，111-113)，低温溶液化学法(Journal of Alloys and Compounds，2007，in press)以及电化学沉积(Journalofthe American Chemical Society，2007，10068-10069)。水热法和低温溶液化学法均是在碱性溶液中反应，反应时间较长(6～50小时)，水热法还对实验条件要求较高(高温高压)，而电化学沉积法产量低，工艺复杂，因此，如能开发一种简单快速制备Bi₂Te₃纳米管的方法，将大大拓展其应用领域。近年来，微波作为一种新型的加热手段被应用于化学反应之中，和传统加热方法相比，微波加热具有加热速度快、能耗低等特点。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种Bi₂Te₃化合物纳米管的制备方法，具体说是采用微波加热技术，在酸性溶液中快速制备出Bi₂Te₃纳米管。

本发明的具体步骤如下：

a)反应物溶液的配制：将含有Bi元素的无机盐溶于有机溶剂中，配制成溶液A；将含有Te元素的无机盐溶于无机酸和有机溶剂的混合溶液中，配制成溶液B；Bi元素和Te元素的摩尔比为(1.5～2.0)∶1；

b)将溶液A放入微波反应器中，搅拌，同时升温至100～200℃，然后快速加入溶液B，在该温度反应10～60min；

c)反应结束后，将产物冷却到室温，离心分离，经去离子水、有机溶剂多次清洗后真空干燥，得到本发明材料。

上述步骤a)中Bi元素或Te元素的无机盐可以是氯化物、氧化物、硝酸盐或硫酸盐。

上述步骤a)中所用的有机溶剂可以为乙二醇、丙三醇或二甲亚砜。

上述步骤a)中所用的无机酸可以是硝酸、盐酸或硫酸。无机酸和有机溶剂的体积比2∶1-1∶1。

上述步骤b)中的升温功率为40W～100W。

本发明所提供的Bi₂Te₃化合物纳米管的微波液相制备方法，具有工艺简单、反应时间短、产物粒径小、纯度高的特点。