專利名稱：一種Bi的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體Bi2Te3納米囊及其制備方法。
背景技術(shù)：
自1991年日本碳化學家飯島(S.Lijima)首次發(fā)現(xiàn)碳納米管(CNTs)以來，人們對碳納米管的合成、結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用等進行了廣泛而深入的研究。碳納米管因其具有獨特的一維中空石墨片卷曲成的無縫管狀結(jié)構(gòu)，而具有一系列獨特性質(zhì)，如高度的化學穩(wěn)定性、高的機械強度(理論計算表明，其抗拉強度是鋼的100倍，而密度只有鋼的1/6)、特異的電學性能(根據(jù)管徑和螺旋度的不同，可以是比銅還好的導體，也可以是半導體)。碳納米管是一類具有良好應(yīng)用前景的材料，如今已被廣泛應(yīng)用于物理、化學、材料、電子技術(shù)等多個高科技領(lǐng)域。
自碳納米管以來，其它各種一維管狀納米材料由于其特殊的結(jié)構(gòu)和廣泛的應(yīng)用前景也備受關(guān)注，BN、BC3、BC2N、WS2、MoS2等納米管相繼面世，但仍然滿足不了多個研究和應(yīng)用領(lǐng)域的需求，更多材料和類型的納米管仍有待于開發(fā)和研究。
Bi2Te3是目前已知的原子量最大的二元無機化合物之一。Bi2Te3基合金也是目前性能最好的室溫型熱電材料，被用于制作半導體制冷器件或溫差發(fā)電器件。已有研究證明，材料的納米化(如超晶格、納米線等)可進一步提高Bi2Te3基材料的熱電性能。已有采用溶劑熱或水熱法合成Bi2Te3納米管，并用于制備高性能熱電材料的研究報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為擴大納米材料的應(yīng)用領(lǐng)域，而提供一種Bi2Te3納米囊及其制備方法。
本發(fā)明的Bi2Te3納米囊是長度與直徑比為2～5的無縫中空膠囊，其組分和原子百分含量為Bi 39.8～40.3％，Te 59.7～60.2％。
Bi2Te3納米囊的直徑為50～200納米，壁厚5～20納米，長度200～1000納米。
本發(fā)明的Bi2Te3納米囊的制備方法是采用濕化學法，其步驟如下1)將Bi元素的化合物和純Te粉末按照Bi和Te原子百分含量的比例置于反應(yīng)容器內(nèi)，添加80～850倍Te重量的去離子水，并攪拌混合；2)在上述混合液中添加相當于Te重量的0.25～2.5倍的絡(luò)合劑，添加堿性調(diào)節(jié)劑使溶液pH值處于12～14，添加相當于Te重量的0.5～3倍的還原劑；3)加熱到55～85℃范圍內(nèi)的設(shè)定反應(yīng)溫度，反應(yīng)6～100小時后，冷卻到室溫，停止攪拌；4)收集反應(yīng)容器內(nèi)的固體反應(yīng)產(chǎn)物，經(jīng)清洗干燥后，得到本發(fā)明材料。
上述的Bi元素的化合物可以是氯化物、硝酸鹽、硫酸鹽或碳酸鹽；所說的堿性調(diào)節(jié)劑可以是NaOH或KOH；絡(luò)合劑可采用乙二胺四乙酸二鈉(以下簡稱EDTA)；所說的還原劑可以采用NaBH4或KBH4。
在上述制備過程中，對混合液的攪拌從步驟1)開始，一直持續(xù)到反應(yīng)結(jié)束。所用的反應(yīng)容器可以是玻璃容器或耐酸、耐堿、耐熱的塑料容器。
本發(fā)明開發(fā)出了新型的Bi2Te3納米囊，長徑比明顯小于納米管，其獨特的結(jié)構(gòu)有望提高Bi2Te3納米材料的半導體熱電性能，并可廣泛應(yīng)用于物理、化學、材料、微電子等領(lǐng)域。


圖1是在85℃下合成的Bi2Te3納米囊的場發(fā)射掃描電鏡和透射電鏡照片；圖2是在55℃下合成的Bi2Te3納米囊的透射電鏡和高分辨電鏡照片。
具體實施例方式
以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細述。
實施例11)在一個800ml容量的玻璃燒杯中依次加入200ml去離子水，3.83g Te粉(約30毫摩爾，99.99％純度，過30μm篩)，6.31g BiCl3(約20毫摩爾，分析純)，并用磁性攪拌器以120rpm轉(zhuǎn)速攪拌混合液。
2)在燒杯中添加1g EDTA，并添加NaOH使溶液pH值達到12，然后再加入2g NaBH4。
3)以5℃/min的速度加熱至溶液溫度達到85℃并維持在該溫度。
4)在85℃恒溫反應(yīng)期間維持120rpm攪拌速度，并用塑料薄膜遮蓋燒杯防止溶劑過度揮發(fā)。
5)反應(yīng)6小時后停止加熱，自然冷卻到室溫。收集燒杯內(nèi)的粉末狀反應(yīng)產(chǎn)物，依次用去離子水、無水乙醇和丙酮反復(fù)清洗數(shù)次，室溫真空干燥后得Bi2Te3納米囊。
采用IRIS Intrepid II型XSP等離子體發(fā)射光譜分析，結(jié)果顯示所合成的納米囊的原子百分含量為40.2％Bi和59.8％Te。采用SIRION-FEI型場發(fā)射掃描電鏡和JEM-2010型透射電子顯微鏡觀察納米囊形態(tài)，如圖1所示，納米囊長度在200～800nm之間，直徑在50～160nm之間，管壁厚度為8～10nm。采用Rigaku-D/MAX-2550PC型X射線多晶衍射儀分析納米囊晶體結(jié)構(gòu)，結(jié)果為單相Bi2Te3結(jié)構(gòu)。
取0.6g采用上述路線合成的Bi2Te3納米囊，通過250℃，50MPa，30min真空熱壓，獲得直徑為10mm，厚度約1.2mm的圓片狀試樣。切割后在室溫下測量電學性能，溫差電系數(shù)絕對值為2.1×10-4V/K，電阻率為2.5×10-5Ω.m，具有典型的熱電材料性能特征。
實施例21)在一個800ml容量的玻璃燒杯中依次加入450ml去離子水，0.765g Te粉(約6毫摩爾，99.99％純度，過30μm篩)，1.58g Bi(NO3)3(約4毫摩爾，分析純)，并用磁性攪拌器以100rpm轉(zhuǎn)速攪拌混合液。
2)以5℃/min的速度加熱至溶液溫度達到55℃并維持在該溫度。
3)在燒杯中添加1.9g EDTA，并添加KOH使溶液pH值達到14，然后再加入2.3g KBH4。
4)在55℃恒溫反應(yīng)期間維持100rpm攪拌速度，并用塑料薄膜遮蓋燒杯防止溶劑過度揮發(fā)。
5)反應(yīng)100小時后停止加熱，自然冷卻到室溫。收集燒杯內(nèi)的粉末狀反應(yīng)產(chǎn)物，依次用去離子水、無水乙醇和丙酮反復(fù)清洗數(shù)次，室溫真空干燥后得Bi2Te3納米囊。
采用IRIS Intrepid II型XSP等離子體發(fā)射光譜分析，結(jié)果顯示所合成的納米囊的原子百分含量為39.9％Bi和60.1％Te。采用JEM-2010型透射電子顯微鏡和JEOL-4000EX型高分辨透射電子顯微鏡觀察納米囊形態(tài)，如圖2所示，納米囊長度在300～1000nm之間，直徑在80～200nm之間，管壁厚度為5～8nm。采用Rigaku-D/MAX-2550PC型X射線多晶衍射儀分析納米囊晶體結(jié)構(gòu)，結(jié)果為單相Bi2Te3結(jié)構(gòu)。
取0.6g采用上述路線合成的Bi2Te3納米囊，通過250℃，50MPa，30min真空熱壓，獲得直徑為10mm，厚度約1.2mm的圓片狀試樣。切割后在室溫下測量電學性能，溫差電系數(shù)絕對值為1.4×10-4V/K，電阻率為9.2×10-6Ω·m，具有典型的熱電材料性能特征。
權(quán)利要求
1.一種Bi2Te3納米囊，其特征在于它是長度與直徑比為2～5的無縫中空膠囊，其組分和原子百分含量為Bi 39.8～40.3％，Te 59.7～60.2％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Bi2Te3納米囊，其特征是膠囊的直徑在50～200納米，壁厚5～20納米，長度在200～1000納米。
3.權(quán)利要求1所述的Bi2Te3納米囊的制備方法，其步驟如下1)將Bi元素的化合物和純Te粉末按照Bi和Te原子百分含量的比例置于反應(yīng)容器內(nèi)，添加80～850倍Te重量的去離子水，并攪拌混合；2)在上述混合液中添加相當于Te重量的0.25～2.5倍的絡(luò)合劑，添加堿性調(diào)節(jié)劑使溶液pH值處于12～14，添加相當于Te重量的0.5～3倍的還原劑；3)加熱到55～85℃范圍內(nèi)的設(shè)定反應(yīng)溫度，反應(yīng)6～100小時后，冷卻到室溫，停止攪拌；4)收集反應(yīng)容器內(nèi)的固體反應(yīng)產(chǎn)物，經(jīng)清洗干燥后，得到本發(fā)明材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的Bi2Te3納米囊的制備方法，其特征是所說的Bi元素的化合物是氯化物、硝酸鹽、硫酸鹽或碳酸鹽。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的Bi2Te3納米囊的制備方法，其特征是所說的還原劑為NaBH4或KBH4。
全文摘要
本發(fā)明公開的Bi
文檔編號C01B19/04GK1644509SQ20041007338
公開日2005年7月27日 申請日期2004年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月8日
發(fā)明者趙新兵, 孫霆, 朱鐵軍, 吉曉華, 曹一琦 申請人:浙江大學