[发明专利]一种硫化亚铜复合碳化硅块体热电材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种硫化亚铜复合碳化硅块体热电材料的制备方法。其包括如下步骤：（1）在加热条件下，将硫代乙酰胺的二乙二醇溶液滴加到铜盐的二乙二醇溶液中，滴加完毕后，继续保温反应，反应结束后，自然冷却至室温、离心分离、干燥，得到硫化亚铜纳米粉末；（2）称取硫化亚铜纳米粉末和碳化硅粉末加入球磨罐中，再把球磨罐放入星式球磨机中进行球磨，球磨结束后取出样品进行研磨，得到复合粉末；（3）将复合粉末进行真空热压成型，得到硫化亚铜复合碳化硅块体材料。本发明采用化学沉淀法制备硫化亚铜纳米粉末，工艺简单，原料来源广泛；本发明制备硫化亚铜复合碳化硅块体热电材料，将硫化亚铜和碳化硅复合时，球磨速度适中，安全可靠。

技术领域

本发明属于半导体纳米复合材料合成技术领域，特别涉及到一种硫化亚铜复合碳化硅块体热电材料的制备方法。

背景技术

从1963年Ryozi Uyeda等人用冷凝法（又称气体蒸发法）制备出超微粒起，人们就开始了制备纳米结构材料的研究，而半导体纳米材料的制备方法和应用研究一直以来都是热门课题。特别是近年来对节能技术与新能源应用的关注，热电材料的研究益发成为关注的重点。在热电材料中，硫化亚铜半导体纳米材料的制备逐渐成为人们关注的焦点。Cu_2-xS（0≤x≤2）是一种结构复杂的p型半导体。随着x的变化呈现不同的晶体结构，主要结构有单斜相、六方相、立方相等。Cu₂S在自然界中以辉铜矿存在，是一种重要的p型半导体材料，呈黑色或灰黑色，密度为5.6-5.7 g/cm³，能带间隙为1.2-2.0 eV，低毒性，且具有良好的光学和电学性能。Cu₂S硬而脆，导电，对热稳定，不溶于水、丙酮、硫化铵、稀硫酸和稀盐酸，稍溶于氨水且溶于氰化钾溶液，在硝酸和热浓硫酸中会分解。随着温度的升高，在375 K时，Cu₂S从低温相（γ-Cu₂S）转变为中温相（β-Cu₂S）；在723 K时，从中温相转变为高温相（α-Cu2S）。Cu₂S中的Cu离子具有很高的迁移率，在六方相和立方相中，Cu离子在S原子组成的刚性亚点阵具有类液体的迁移行为，成为“液态亚点阵”。液态亚点阵对格波声子的横向传输具有很强的扰动，减少了热传导的横模数目，导致了定容比热、声子平均速率和声子平均自由程的减小，使Cu₂S具有很低的热导率，在热电材料领域，有着很大的发展潜力。迄今为止，硫化亚铜的合成方法有很多种，如高能球磨法、前驱体法和水热法等。然而，这些方法需要多步反应，用到的原材料含有较大危害，所需成本高等不足。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种操作安全，设备要求不高且原料来源广泛的硫化亚铜复合碳化硅块体热电材料的制备方法。

本发明利用化学沉淀法，以铜盐为铜源，硫代乙酰胺为硫源，二乙二醇为还原剂，通过二乙二醇将铜盐中二价铜离子还原成一价铜离子，然后与二价硫离子结合成硫化亚铜；再将得到的硫化亚铜粉末与碳化硅粉末混合，利用机械球磨法（行星式球磨机）进行复合，最后通过真空热压烧结成块体材料。本发明的技术方案具体介绍如下。

一种硫化亚铜复合碳化硅块体热电材料的制备方法，其首先利用化学沉淀法制备出纳米级的硫化亚铜粉末，然后通过机械球磨法将硫化亚铜粉末与碳化硅粉末混合，最后真空热压得到块体复合材料，包括如下步骤：

（1）在加热条件下，将硫代乙酰胺的二乙二醇溶液滴加到铜盐的二乙二醇溶液中，滴加完毕后，继续保温反应，反应结束后，自然冷却至室温、离心分离、干燥，得到硫化亚铜纳米粉末；

（2）称取硫化亚铜纳米粉末和碳化硅粉末加入球磨罐中，再把球磨罐放入星式球磨机中进行球磨，球磨结束后取出样品进行研磨，得到硫化亚铜/碳化硅复合粉末；

（3）将硫化亚铜/碳化硅复合粉末进行真空热压成型，得到硫化亚铜复合碳化硅块体材料。

本发明中，步骤（1）中，铜盐为醋酸铜。