[发明专利]一种用作热电材料的钙的硅化物的制备方法

说明书

本发明公开了一种用作热电材料的钙的硅化物的制备方法，其是在氮气气氛中，在不锈钢高压釜中放入氟硅酸钠和氯化钙，将其混合均匀后投入金属钾颗粒，经600~900℃加热10~12小时后分别用盐酸、稀碱溶液、蒸馏水以及无水乙醇洗涤以去除杂质，再经真空干燥得到所述钙的硅化物。本发明得到的钙的硅化物是一种纳米材料，其制备方法简单，适合大规模生产，且其可用于作为热电材料。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种用作热电材料的钙的硅化物的制备方法。

背景技术

金属硅化物具有价格低廉、高温时抗氧化性能好以及化学性能稳定等优点，因此颇受到研究者们的青睐。碱土金属硅化物是一类最为重要的金属硅化物，其广泛运用在热电材料、光电材料以及新型电子设备中。Mg₂Si是一种优良的中温热电材料。目前实验报道，Mg₂Si_1-xSn_x固溶体的热电优值可达到1.4。当然Sr₂Si以及BaSi₂在热点领域也有着运用价值。

钙的硅化物是碱土金属硅化物中常见的一类硅化物，目前实验已经成功合成钙的硅化物有8种，分别为Ca₂Si、Ca₅Si₃、CaSi、Ca₃Si₄、Ca₁₄Si₁₉、CaSi₂、CaSi₃和CaSi₆。其中Ca₂Si和Ca₃Si₄是半导体材料，它们的带隙值分别为0.61eV和0.34eV；Ca₅Si₃和CaSi很有可能是下一代的储氢材料；而CaSi₆和CaSi₂在高压下是一种超导材料。因此，钙的硅化物在热电领域、光电子设备以及超导材料中拥有着巨大的运用价值。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种用作热电材料的钙的硅化物的制备方法，所得粉末状钙的硅化物纯度较高，且其制备方法简单，适合大规模生产。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用作热电材料的钙的硅化物的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）在氮气气氛中，向不锈钢高压釜中加入0.005~0.02mol氟硅酸钠，然后加入0.01~0.02mol的氯化钙，将两者混合均匀；

（2）在步骤（1）得到的均匀混合粉末中投入1.6~5g的金属钾颗粒；

（3）将高压釜密封，于炉内600~900℃加热10~12小时，然后冷却至室温；

（4）分别用盐酸、稀碱溶液、蒸馏水以及无水乙醇洗涤，以去除杂质；

（5）将步骤（4）得到的物质于50~60 ℃真空干燥10~12 小时，即得。

所述金属钾颗粒的粒径为0.05~0.1 cm。

所述稀碱溶液是浓度为0.1mol/L的氢氧化钠溶液。

所述钙的硅化物具体为Ca₂Si、CaSi或CaSi₂。

本发明的有益效果在于：

（1）Ca-Si二元合金存在多种相，现有制备方法制备得到的单一钙的硅化物的产品纯度较低，常伴随着Ca₅Si₃等钙的硅化物副产物生成。本发明通过严格控制反应物的比例及反应条件，使制备得到的钙的硅化物的纯度较高，且其颗粒可以达到纳米级别。