專利名稱：：一種Bi₂S₃納米粉體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于納米材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種Bi2S3納米粉體的制備方法。技術(shù)背景Bi2S3是一種重要的半導(dǎo)體材料，在熱電、電子和光電子器件以及紅外光譜學(xué)上具有潛在應(yīng)用價(jià)值。另外，它的能帶間隙是1.2-L7電子伏特，可以與光電二極管和光電電池相匹配。對(duì)于納米粒子來(lái)說(shuō)，納米粒子的尺寸大小以及分布情況至關(guān)重要，他們直接影響其表面效應(yīng)、量子效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等，從而導(dǎo)致其在光學(xué)、磁學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)上的特性。可見(jiàn)，粉末的粒徑尺度和形貌對(duì)于材料的性能至關(guān)重要。最近，人們探索用新的手段來(lái)控制Bi2S3納米結(jié)構(gòu)以獲得新的形貌和獨(dú)特的性質(zhì)。例如，采用微波輔助在離子液中合成M2S3(M=Bi，Sb)納米棒[JiangY,ZhuYJ.J.Phys.Chem.B,109(2005)4361-4364];用水熱法以谷胱甘肽[LuQ，GaoF,KomameniS.J.Am.Chem.Soc.,126(2004)54-55]和溶解酵素[GaoF,LuQY,KomarneniS.Chem.Commun.,7(2005)531-533];化學(xué)法制備納米顆粒，如分別用鉍的酸溶液和硫化物直接進(jìn)行反應(yīng)得到BbS3納米顆粒[專利號(hào)CN1974406A]。生物分子作為輔助成分合成雪花狀納米結(jié)構(gòu)以及納米線；離子液輔助模板路線合成Bi2S3納米結(jié)構(gòu)[JiangJ，YuSH.Chem.Mater.,17(2005)6094-6100]等。上述化學(xué)法合成納米材料多數(shù)采用水熱法或微波法，產(chǎn)量小、時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)使其在實(shí)際應(yīng)用上受到限制。尋求更加直接便利且產(chǎn)量大的合成方法，一直是納米材料研究的努力方向之一。機(jī)械合金化方法具有時(shí)間短、易投入生產(chǎn)，制備材料的成分均勻、尺度小等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛的應(yīng)用。機(jī)械合金化方法可以制備合金元素熔點(diǎn)相差較大的合金化合物，避免類似于熔煉法合成的材料中成分不均勻和元素的揮發(fā)等現(xiàn)象。P.Pierrat采用機(jī)械合金化合成了BbTe3納米粉末，分析表明無(wú)論是化學(xué)成分還是晶體結(jié)構(gòu)都表現(xiàn)出了很強(qiáng)的均勻性[P.Pierrat，etal,J.Mater.Sci.,32(1997)3653-3657]。但是采用機(jī)械合金化方法合成熔點(diǎn)相差較大且易揮發(fā)的Bi2S3材料尚未見(jiàn)報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種Bi2S3納米粉體的制備方法，實(shí)現(xiàn)了納米Bi2S3粉體的簡(jiǎn)單制備、成本低、時(shí)間短、顆粒尺寸可控、可以大批量生產(chǎn)。本發(fā)明采用機(jī)械合金化方法合成Bi2S3納米粉體，具體步驟如下1、采用高純的Bi、S單質(zhì)作為初始原料，按Bi:S=2:3原子比配料、混合成粉末；2、將第(1)步混合粉末放入球磨罐中，為了防止在機(jī)械合金化過(guò)程中原料粉末氧化，首先將裝好混合粉末的球磨罐進(jìn)行抽真空處理，真空度小于6Pa。抽完真空后將罐體充入惰性氣體(氬氣)。為了排除罐體中的空氣，將以上抽真空-充氣過(guò)程循環(huán)進(jìn)行3次以上。3、將第(2)步裝有混合粉末的氬氣保護(hù)的球磨罐進(jìn)行球磨，轉(zhuǎn)速為100500rpm，時(shí)間為15min96h;4、為了防止粉末結(jié)塊，使其球磨更加均勻，球磨后加入無(wú)水乙醇作為介質(zhì)濕磨，在進(jìn)氣口通入氬氣的同時(shí)，在出氣口用針管注入無(wú)水乙醇，注射完無(wú)水乙醇后先關(guān)閉出氣口再關(guān)閉進(jìn)氣口；濕磨轉(zhuǎn)速為50300rpm，時(shí)間為15min12h;5、將第(4)步得到的粉末進(jìn)行烘干，烘干溫度為2020(TC，時(shí)間為420h，最終得到Bi2S3粉體；將第(5)步得到的Bi2S3粉體分別進(jìn)行X射線衍射分析和掃描電鏡顆粒形貌分析。圖l表示經(jīng)350rpm轉(zhuǎn)速下球磨15小時(shí)后Bi2S3粉體的X射線衍射圖，從圖1可以看出粉末的所有特征峰均為Bi2S3特征譜線(PDF#17-0320)，表明機(jī)械合金化能合成BbS3化合物。圖2為經(jīng)350rpm轉(zhuǎn)速下球磨15小時(shí)后Bi2S3粉體的掃描電鏡照片。從圖2中我們觀察到Bi2S3粉體的顆粒尺寸在100nm左右。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于與現(xiàn)有技術(shù)相比，Bi2S3粉體材料的合成與時(shí)間短、工藝簡(jiǎn)單、顆粒尺寸可控(調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和球磨時(shí)間)、實(shí)用性強(qiáng)、可進(jìn)行大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。圖l:Bi2S3粉體的X射線衍射特征圖譜；圖2:掃描電鏡下的Bi2S3粉體形貌。具體實(shí)施方式首先用機(jī)械合金化方法制備Bi2S3納米粉末，該方法是將高純Bi和S單質(zhì)粉末按照2:3原子比例配比，一起放入行星式高能球磨機(jī)中在惰性氣體(氬氣)保護(hù)下進(jìn)行機(jī)械合金化，干磨合成化合物后再進(jìn)行濕磨，最后烘干得到Bi2S3粉末；表1給出了本發(fā)明的幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>綜上所述，本發(fā)明通過(guò)機(jī)械合金化合成了Bi2S3納米粉末，通過(guò)調(diào)節(jié)球磨時(shí)間和轉(zhuǎn)速可控制Bi2S3粉末的顆粒尺寸大小。權(quán)利要求1.一種Bi2S3納米粉體的制備方法，其特征在于(1)采用高純的Bi、S單質(zhì)作為初始原料，按Bi∶S＝2∶3原子比配料、混合成粉末；(2)將第(1)步混合粉末放入球磨罐中，為了防止在機(jī)械合金化過(guò)程中原料粉末氧化，首先將裝好混合粉末的球磨罐進(jìn)行抽真空處理，真空度小于6Pa，抽完真空后將罐體充入惰性氣體；為了排除罐體中的空氣，將以上抽真空-充氣過(guò)程循環(huán)進(jìn)行3次；(3)將第(2)步裝有混合粉末的惰性氣體保護(hù)的球磨罐進(jìn)行球磨，轉(zhuǎn)速為100～500rpm，時(shí)間為15min～96h；(4)球磨后加入無(wú)水乙醇作為介質(zhì)濕磨，在進(jìn)氣口通入惰性氣體的同時(shí)，在出氣口用針管注入無(wú)水乙醇，注射完無(wú)水乙醇后先關(guān)閉出氣口再關(guān)閉進(jìn)氣口；濕磨轉(zhuǎn)速為50～300rpm，時(shí)間為15min～12h，防止粉末結(jié)塊，使其球磨更加均勻；(5)將第(4)步得到的粉末進(jìn)行烘干，烘干溫度為20～200℃，時(shí)間為4～20h，最終得到Bi2S3納米粉體。2.如權(quán)利要求l所述一種Bi2S3納米粉體的制備方法，其特征在于惰性氣體為氬氣。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種Bi₂S₃納米粉體的制備方法，屬于納米材料
技術(shù)領(lǐng)域：
。該方法是將高純Bi元素和S元素的單質(zhì)按照最終產(chǎn)物化學(xué)計(jì)量比配置，一起放入行星式高能球磨機(jī)中，在惰性氣保護(hù)下進(jìn)行機(jī)械合金化，在一定轉(zhuǎn)速下進(jìn)行干磨直接合成化合物，然后加入一定量的無(wú)水乙醇進(jìn)行濕磨，最后烘干得到Bi₂S₃微細(xì)粉末。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于操作簡(jiǎn)單、廉價(jià)易得、時(shí)間短、顆粒尺寸可控、適合大批量生產(chǎn)。文檔編號(hào)C01G29/00GK101269837SQ200810106199公開(kāi)日2008年9月24日申請(qǐng)日期2008年5月9日優(yōu)先權(quán)日2008年5月9日發(fā)明者劉瑋書,張波萍,李敬鋒,趙立東申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)