[发明专利]一种铜基硫族化合物固溶体的室温超快速制备方法

说明书

本发明首次开发了一种铜基硫族化合物固溶体(Cu_2(1+x)Q_1‑yS_y，Q＝Se,Te)的室温超快速制备方法，它以Cu粉、Q粉和S粉为原料，在室温、真空条件下进行摇匀反应而成。本发明在室温下即可实现Cu_2(1+x)Q_1‑yS_y固溶体的快速制备，反应条件极其温和，可有效避免高温条件下S、Se及Te的挥发问题，易于精确控制产物组成；且涉及的原料价格低廉，工艺超简单、制备时间超短，可为铜基硫族化合物固溶体的制备和大规模应用奠定良好的基础。

技术领域

本发明属于材料制备科学领域，具体涉及一种铜基硫族化合物固溶体的室温超快速制备方法。

背景技术

热电转换技术利用热电材料直接将热能与电能进行相互转换，具有系统体积小、可靠性高、不排放污染物质、适用温度范围广、有效利用低密度能量等特点，在工业余废热和汽车尾气废热的回收利用、高精度温控和特种电源技术等领域具有广泛的应用。热电材料的转换效率由无量纲热电优值ZT(ZT＝α²σT/κ，其中α为Seebeck系数、σ为电导率、κ为热导率、T为绝对温度)决定。ZT越大，材料的热电转换效率越高。

近年来Cu_2(1+x)Q_1-yS_y(Q＝Se,Te)固溶体以其优异的热电性能受到研究者的广泛关注；如，史讯等人采用高温固相反应法制备的Cu₂S_0.52Te_0.48固溶体在1000K时，ZT高达2.1；其中采用高温熔融法制备的Cu_1.94S_0.5Se_0.5固溶体在1000K时，ZT高达2.2。虽然这类固溶体的热电性能优越，然而现有的制备工艺主要采用长时间固相反应法、熔融退火法或自蔓延燃烧合成技术，高温处理无法避免S、Se及Te的挥发问题，造成成分的难以控制。而采用低温化学法制备技术，采用的原料通常有毒，对环境造成污染；且目标产物中常常伴随有副产物难以清洗干净。因此，寻求一种简便节能、绿色环保，能够在室温下快速合成Cu_2(1+x)Q_1-yS_y(Q＝Se,Te)固溶体的技术显得意义重大。

发明内容

本发明的目的是提供一种铜基硫族化合物固溶体的室温超快速制备方法，涉及的原料价格低廉，工艺超简单、制备时间超短，可为铜基硫族化合物固溶体的制备和大规模应用奠定良好的基础。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种铜基硫族化合物固溶体的室温超快速制备方法，它以Cu粉、Q粉和S粉为原料，在室温、真空条件下进行摇匀反应而成，其中铜基硫族化合物固溶体的原料按Cu_2(1+x)Q_1-yS_y的化学计量比进行称量，Q＝Se和/或Te。

上述方案中，所述Cu_2(1+x)Q_1-yS_y中，-0.1≤x≤0.1；0.05＜y＜1。

上述方案中，所述真空条件采用的真空度为-0.09MPa以下。

上述方案中，所述摇匀反应步骤采用手动摇匀或采用摇匀器；反应时间为3min以上。

以上述内容为基础，在不脱离本发明基本技术思想的前提下，根据本领域的普通技术知识和手段，对其内容还可以有多种形式的修改、替换或变更。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明首次提出了一种铜基硫族化合物固溶体的室温超快速制备方法，在室温和真空条件下进行简单摇匀反应，即可在短时间内得到Cu_2(1+x)Q_1-yS_y(Q＝Se和/或Te)固溶体。