一种Ｂｉ↓［２］Ｔｅ↓［３］基化合物纳米线，其特征是它的组分和含量如下： 由Ｓｂ或／和Ｂｉ元素和Ｓｅ或／和Ｔｅ元素按原子比为１．９～２．１∶２．９～３．１的比例形成的ｐ型或ｎ型Ｂｉ↓［２］Ｔｅ↓［３］基化合物，占材料总原子百分比的９５～１００％； 掺杂元素原子Ｓｎ、Ｐｂ、Ｉ、Ｂｒ、Ａｌ或Ｌｉ中的一种或几种，占材料总原子百分比的０～５％。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
一种Bi2Te3基化合物纳米线及其制备方法
本专利技术涉及一维半导体热电材料及其制备方法。具体说，是关于Bi2Te3基化合物纳米线及其制备方法。
技术介绍
随着科学技术的迅猛发展，作为纳米材料家族的成员之一，纳米线因其在介观领域、纳米器件研制、磁性材料、电子材料、光学材料以及功能复合材料等方面有着重要的应用前景，引起了凝聚态物理界、化学界及材料科学界科学家的广泛兴趣，近年来已成为材料研究的一个热点。Bi2Te3是一种窄带隙(禁带宽度为0.13ev)的半导体材料。Bi2Te3基化合物由于其同时具有高电导率和低热导率而成为目前性能最好的室温型热电材料，但其热电性能仍有待于进一步提高。Bi2Te3是由V、VI族元素构成的化合物，在化学稳定性较好的材料中，它是分子量最大的稳定二元化合物。Bi2Te3具有六面体准层状结构，在该结构的同一层上具有相同的原子种类。原子层间按“-Te-Bi-Te-Bi-Te-”方式排布，相邻两个Te层之间为范德华力结合。理论研究表明，该种纳米线的独特微观结构将可能产生独特的物理、化学特性，从而使该种材料具备特殊的输运特性而可用于制备高性能的热电材料；另外，Bi2Te3基化合物纳米线还将有可能在材料、物理、化学、电子等领域得到其它应用。Bi2Te3基化合物纳米线的制备通常采用电化学法，所需用的设备和工艺均较为复杂，且常常需要借助生长模板，使得制备成本大大提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种Bi2Te3基化合物纳米线及其制备方法。本专利技术的Bi2Te3基化合物纳米线，其组分和含量如下：由Sb或/和Bi元素和Se或/和Te元素按原子比为1.9～2.1∶2.9～3.1的比例形成的p型或n型Bi2Te3基化合物，占材料总原子百分比的95～100％；掺杂元素原子Sn、Pb、I、Br、Al或Li等中的一种或几种，占材料总原子百分比的0～5％。Bi2Te3基化合物纳米线的几何特征是：直径5～150nm，长度50nm～50μm。本专利技术的Bi2Te3基化合物纳米线的制备方法，是采用水热或溶剂热方法，-->包括以下步骤：1)将Sb或/和Bi元素和Se或/和Te元素的单质或化合物和/或掺杂元素的单质或化合物，按照最终产物化学成分所确定的比例混合于水或有机溶剂中；2)将上述混合液置于高压反应釜的反应容器内，添加足够量的还原剂，然后立即密封；3)将反应容器升温至100～300℃范围内的某个温度并保温反应6～50小时后冷却到室温；4)收集反应容器内的固体反应产物，经去离子水、有机溶剂和/或稀酸溶液多次清洗后干燥，得到本专利技术材料。为了控制反应速度和生成产物的粒径，在步骤2)中可添加适量的碱性调节剂和络合剂。所说的碱性调节剂可以是NaOH、KOH等，所说的络合剂可以是EDTA二钠盐、柠檬酸、柠檬酸钠或乙二胺四乙酸等。上述步骤1)中所说的Sb或/和Bi元素和Se或/和Te元素的化合物和掺杂元素的化合物可以是氯化物、氧化物、硝酸盐、硫酸盐或碳酸盐等。其中Sb和Bi是相互取代关系，Se和Te是相互取代关系，其各自的取代比例为任意比。上述步骤1)中所说的有机溶剂可以是乙醇、丙酮、吡啶、乙二胺、苯或甲苯等。上述步骤2)中所说的还原剂可以采用NaBH4、KBH4等碱金属的硼氢化合物或Na、K等碱金属。步骤4)中所说的有机溶剂可以是乙醇、丙酮、四氯化碳等。本专利技术的Bi2Te3基化合物纳米线，其制备采用水热或溶剂热方法，具有工艺设备简便、成本低、合成温度低、周期短、产物纯度高、可控性好等优点。由本方法制得的Bi2Te3基化合物纳米线直径在5～150nm，长度50nm～50μm，可用于制备高性能的热电材料。 具体实施方式以下结合实施例对本专利技术作进一步详细述。实施例11)将分析纯BiCl3，碲粉(＞99.5wt％)，按Bi∶Te原子比2∶3的比例配料后混合于去离子水中，并添加碱性调节剂NaOH。2)将配制好的混合液置于高压反应釜(WDF-0.25型)的反应容器中(装填度为80％)，并在溶液中加入还原剂NaBH4，然后立即密封；3)将反应容器加热升温至180C并保温12小时。-->4)反应完成后自然冷却到室温，收集釜底的粉末状反应产物，依次用去离子水、无水乙醇和丙酮反复清洗数次后，将粉末在100℃下真空干燥6h，得Bi2Te3纳米线。实施例21)原料：将分析纯BiNO3和分析纯TeO2按Bi∶Te原子比为2∶3的比例配料，并按Sn原子含量百分比为3％的比例添加分析纯SnCl2·2H2O。2)将上述原料混合溶解于无水乙醇中，并添加少量络合剂EDTA二钠盐及一定量的KOH。3)将上述混合液置于高压反应釜的反应容器内，添加足量的还原剂KBH4，然后立即密封；4)将反应容器升温至150℃，并保温24小时进行反应，然后冷却到室温；5、收集反应釜内的固体反应产物，经去离子水、无水乙醇、丙酮等有机溶剂的反复洗涤后于100℃下真空干燥6小时，得到Bi2Te3基纳米线。实施例31)将分析纯BiCO3，碲粉，硒粉，按Bi∶Se∶Te原子百分比2∶0.5∶2.5的比例配料后混合于乙二胺中，并添加足量KOH和少量柠檬酸钠。2)将配制好的混合液置于高压反应釜(WDF-0.25型)的反应容器中(装填度为80％)，并在溶液中加入还原剂金属Na，然后立即密封；3)将反应容器加热升温至120℃并保温48小时。4)反应完成后自然冷却到室温，收集釜底的粉末状反应产物，依次用去离子水、无水乙醇和丙酮反复清洗数次后，将粉末在100℃下真空干燥6h，得到Bi2Se0.5Te2.5纳米线。采用Rigaku-D/MAX-2550PC型X射线多晶衍射仪(Cu Kα射线，波长λ＝0.154056nm)分别对上述3个实施例的产物进行成分和结构分析，表明所得的产物分别为Bi2Te3、Bi2Te3和Bi2Se0.5Te2.5。采用JEM-2010(HR)型透射电子显微镜分别观察上述产物的颗粒大小和微观形貌，加速电压为200KV。结果表明3个产物均含有长度在1μm～50μm，直径在20～100nm的纳米线。本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种Bi2Te3基化合物纳米线，其特征是它的组分和含量如下：由Sb或/和Bi元素和Se或/和Te元素按原子比为1.9～2.1∶2.9～3.1的比例形成的p型或n型Bi2Te3基化合物，占材料总原子百分比的95～100％；掺杂元素原子Sn、Pb、I、Br、Al或Li中的一种或几种，占材料总原子百分比的0～5％。2.根据权利要求1所述的Bi2Te3基化合物纳米线，其几何特征是：直径5～150nm，长度50nm～50μm。3.权利要求1所述的Bi2Te3基化合物纳米线的制备方法，其特征是采用水热或溶剂热方法，包括以下步骤：1)将Sb或/和Bi元素和Se或/和Te元素的单质或化合物和/或掺杂元素的单质或化合物，按照最终产物化学成分所确定的比例混合于水或有机溶剂中；2)将上述混合液置于高压反应釜的反应容器内，添加还原剂，然后立即密封；3)将反应容器升温至100～300℃范围内的某个温度，并保温反应6～50小时后冷却到室温；4)收集反应容器内的固体反应产物，经去离子水、有机溶剂和/或稀酸溶...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵新兵，吉晓华，张艳华，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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