[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明涉及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，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，因此并不适用于工业规模化生产。

发明内容

本发明的目的是提供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。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：

(1)按摩尔比1∶1～1.5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0.05～0.2倍的过程控制剂；

(2)将步骤(1)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乙醇离心洗涤3～4次，将离心洗涤后的产物在真空干燥箱内70～90℃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粉中的一种；

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1～20∶1；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；所述无水乙醇、乙二醇、正丁醇、异丁醇、异戊醇、叔戊醇、丙三醇、乙二胺、异丁胺、二异丙胺、己二胺和三乙胺均为分析纯。

与常见的溶剂热合成硫硒化物亚微米粉体材料工艺不同，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：

(1)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)工艺简单，操作简便，适用于工业规模化生产。

附图说明

图1为本发明的制备工艺流程图。

图2为本发明实施例1制备的ZnS粉体的XRD衍射图谱。

图3为本发明实施例1制备的ZnS粉体的SEM形貌图。

图4为本发明实施例1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。

具体实施方式

实施例1：(ZnS粉体)

(1)以单质Zn粉和单质S粉为原料，按摩尔比1∶1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∶1称取583克磨球，用量筒量取25mL过程控制剂(20mL无水乙醇+5mL分析纯乙二胺)；

(2)将步骤(1)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乙醇离心洗涤3次，将离心洗涤后的产物在真空干燥箱内80℃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)

(1)以单质Zn粉和单质Se粉为原料，按摩尔比1∶1.5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∶1称取367克磨球，用量筒量取100mL过程控制剂(75mL无水乙醇+25mL分析纯乙二胺)；