专利名称：纳米Bi<sub>2</sub>Sr<sub>2</sub>Co<sub>2</sub>O<sub>y</sub>热电化合物粉体的制备方法
技术领域：
本发明属于新能源材料领域，具体涉及一种纳米Bi2Sr2CoA热电化合物粉体的制备方法。
背景技术：
热电转换技术是利用半导体热电材料的Seebeck效应将热能直接转换成电能的技术。由 于其不含其它发电技术所需要的庞大传动机构，具有体积小、可靠性高、制造及运行成本低、
寿命长、制造工艺简单、应用面非常广等特点，因而受到科学工作者的重视。
Bi2Sr2Co20y是氧化物热电材料的一种，其晶体结构属于二维层状结构，具有独特的高强 度、对环境无污染，并且可以在高温、氧化性气氛下长期工作等特点，是适用于中、高温区 的一类热电材料。但是，目前这种材料的热电优值相对较小，转换效率较低。因此，需要对 其热电性能进行改进。研究表明，微观结构对热电材料的热电性能有非常显著的影响。目前， 对于Bi2Sr2Co20y多晶化合物的制备方法主要为高温固相反应法(Solid state reaction, SSR) 和溶胶一凝胶法(Sol-gel method),但是均难获得分布均匀、微观结构为纳米尺度的 Bi2Sr2CoA化合物。
发明内容
本发明的目的是提供一种分布均匀、微观结构为纳米尺度的纳米Bi2Sr2CoA热电化合物 粉体的制备方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是纳米Bi2Sr2CoA热电化合物粉体的制备方法， 其特征在于它包括如下步骤
1) .将冰醋酸与去离子水按照体积比为l:l混合，得到冰醋酸溶液(作为溶剂)； 按冰醋酸溶液、Co(N03)2 6H20中的Co3+、 Sr(N0》2中的Sr2+、 Bi(N03)3 5H20中的Bi3+
的配比为1L : 0.06raol : 0.06mol : 0.06mol，选取冰醋酸溶液、Co(N03)2 6H20、 Sr(N0》2和 Bi(N03)3 5H20，备用；
然后向冰醋酸溶液中加入Co(N03)2 6H20、 Sr(N03)2和Bi(冊3)3 5H20，并搅拌混合，形 成混合溶液A;
2) .将混合溶液A于60 100 。C水浴中充分反应5 10小时，得到均匀透明的溶胶； 将溶胶在空气中于60 120 。C加热8 12小时，使其逐渐变成干凝胶，得到干凝胶；
3) .将步骤2)得到的干凝胶在空气气氛下于置于800 900°C马弗炉中保温1 5小时， 得到单相Bi2Sr2Co20y热电化合物粉体；
4) .将步骤3)得到的单相Bi2Sr2CoA热电化合物粉体置于无水乙醇中超声10 20小 时后取出干燥，即得到纳米Bi2Sr2CoA热电化合物粉体(最终产物)。
Bi2Sr2Co20y中的y为7 9。超声的频率为40KHz、功率为100-4000W。 本发明获得的纳米Bi2Sr2Co20y热电化合物粉体可以应用于制备Bi2Sr2CoA热电材料。本发明首先以冰醋酸溶液为溶剂，采用溶胶一凝胶法来制备凝胶；凝胶干燥后在空气气 氛下升温至800 900 。C，保温1 5小时后取出得到单相Bi2Sr2CoA热电化合物粉体；粉体 置于无水乙醇中超声10 20小时后取出干燥，即得到最终产物。800 90(TC保温是为了使 千凝胶进行固相反应从而最终形成Bi2Sr2CoA热电化合物晶体。将保温得到的粉体超声，是 因为超声波可以在介质中产生空化气泡，空化气泡在十分迅速的溃陷过程中瞬间产生高压和 冲击波，可以对粉体中晶粒的表面和边缘产生强烈的冲击，导致晶粒破碎，从而产生纳米尺 寸针状晶和小晶片，得到纳米Bi2Sr2CoA热电化合物粉体。
本发明的有益效果是采用的溶胶一凝胶法及后续的超声工艺，其方法简单易控、反应 周期短、原材料易得、设备简单、安全无污染；获得的Bi2Sr2CoA热电化合物为纳米尺寸的 针状晶和小晶片，针状晶长度约为200 300nm，宽度约为50nm，小晶片尺寸约为250咖，分 布均匀、纯度高。
图l是本发明的工艺流程图。
图2是本发明实施例1制备的Bi2SrA)A热电化合物的XRD图谱。 图3是本发明实施例1制备的Bi2Sr2CoA热电化合物的SEM形貌图。 图4是本发明实施例2制备的Bi2Sr2CoA热电化合物的XRD图谱。 图5是本发明实施例2制备的Bi2Sr2CoA热电化合物的SEM形貌图。
具体实施例方式
为了更好地理解本发明，下面结合实例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅 仅局限于下面的实施例。 实施例1:
如图1所示，纳米Bi2Sr2CoA热电化合物粉体的制备方法，它包括如下步骤
1) .将分析纯冰醋酸与去离子水按照体积比为1:1混合，得到冰醋酸溶液(作为溶剂)； 按冰醋酸溶液、分析纯Co (N03) 2 6H20中的(:03+、分析纯Sr (N03) 2中的Sr、分析纯Bi (N03) 3
5H20中的B广的配比为1L : 0. 06mol : 0. 06mol : 0. 06mol，选取冰醋酸溶液、Co(N03)2 6H20、 Sr(N03)2和Bi(N0丄 5H20，备用；
然后向冰醋酸溶液中加入Co(N03)2 6H20、 Sr(冊3)2和Bi(N。3)3 5H20，并搅拌混合，形 成混合溶液A (Co3+、 Sr2+、 B,三种金属离子浓度均为0.06mol/L);
2) .将混合溶液A于70 。C水浴中充分反应6小时，得到均匀透明的溶胶；将溶胶在 空气中于80 。C加热8小时，使其逐渐变成干凝胶，得到干凝胶；
3) .煅烧将步骤2)得到的干凝胶在空气气氛下于置于820°C马弗炉中保温2小时， 得到单相Bi2Sr2CoA热电化合物粉体；
4) .将步骤3)得到的单相Bi2Sr2CoA热电化合物粉体置于无水乙醇中超声12小时后 取出干燥，即得到纳米Bi2Sr2Co20y热电化合物粉体(最终产物)。图2说明所得到的最终产物为单相Bi2Sr2CoA热电化合物(即纯度高)；图3说明获得的 纳米Bi2Sr2CoA热电化合物粉体为纳米尺寸的针状晶和小晶片，针状晶长度约为200 300mn， 宽度约为50nm，小晶片尺寸约为250nm，分布均匀、纯度高。
实施例2:
纳米Bi2Sr2CoA热电化合物粉体的制备方法，它包括如下步骤
1) .将分析纯冰醋酸与去离子水按照体积比为1:1混合，得到冰醋酸溶液(作为溶剂)； 按冰醋酸溶液、分析纯Co (N03) 2 6H20中的Co3+、分析纯Sr (N03) 2中的Sr2+、分析纯Bi (N03) 3
5H20中的B广的配比为1L : 0. 06mol : 0. 06mol : 0. 06mol，选取冰醋酸溶液、Co(N03)2' 6H20、 Sr(N0丄和Bi(N03)3 5H20，备用；
然后向冰醋酸溶液中加入Co(N03)2 6H20、 Sr(N0丄和Bi(N03)3 5H20，并搅拌混合，形 成混合溶液A (Co3+、 Sr2+、 Bi"三种金属离子浓度均为0.06mol/L);
2) .将混合溶液A于90 。C水浴中充分反应9小时，得到均匀透明的溶胶；将溶胶在 空气中于110 。C加热12小时，使其逐渐变成干凝胶，得到干凝胶；
3) .将步骤2)得到的干凝胶在空气气氛下于置于860°C马弗炉中保温4小时，得到单 相B"Sr2CoA热电化合物粉体；
4) .将步骤3)得到的单相Bi2Sr2CoA热电化合物粉体置于无水乙醇中超声15小时后 取出干燥，即得到纳米Bi2Sr2CoA热电化合物粉体(最终产物)。
图4说明所得到的最终产物为单相Bi2Sr2CoA热电化合物(即纯度高)；图5说明获得的 纳米Bi2Sr2CoA热电化合物粉体为纳米尺寸的针状晶和小晶片，针状晶长度约为200 300nm， 宽度约为50nm，小晶片尺寸约为250nm，分布均匀、纯度高。
实施例3:
纳米Bi2Sr2Co20y热电化合物粉体的制备方法，它包括如下步骤
1) .将冰醋酸与去离子水按照体积比为1:1混合，得到冰醋酸溶液(作为溶剂)； 按冰醋酸溶液、Co(N03)2 6H20中的Co3+、 Sr(N0》2中的Sr2+、 Bi(N03)3 5H20中的Bi3+
的配比为1L : 0. 06mol : 0.06mol : 0.06mol，选取冰醋酸溶液、Co(N03)2 6H20、 Sr(N0》2和 Bi(N03)3 5H20，备用；
然后向冰醋酸溶液中加入Co(N03)2 6H20、 Sr(N03)2和Bi(N03)3 5H20，并搅拌混合，形 成混合溶液A;
2) .将混合溶液A于60 °(:水浴中充分反应5小时，得到均匀透明的溶胶；将溶胶在 空气中于60 。C加热10小时，使其逐渐变成干凝胶，得到干凝胶；
3) .将步骤2)得到的干凝胶在空气气氛下于置于800°C马弗炉中保温1小时，得到单 相Bi2Sr2CoA热电化合物粉体；
4) .将步骤3)得到的单相Bi2Sr2CoA热电化合物粉体置于无水乙醇中超声10小时后 取出干燥，即得到纳米Bi2Sr2CoA热电化合物粉体(最终产物)。
获得的纳米Bi2Sr2CoA热电化合物粉体为纳米尺寸的针状晶和小晶片，针状晶长度约为 200 300nm，宽度约为50nm，小晶片尺寸约为250nm,分布均匀、纯度高。
5实施例4:
纳米Bi2S^Co20y热电化合物粉体的制备方法，它包括如下步骤-
1) .将冰醋酸与去离子水按照体积比为1:1混合，得到冰醋酸溶液(作为溶剂)； 按冰醋酸溶液、Co(N03)2 6H20中的Co3+、 Sr(冊3)2中的Sr2+、 Bi(N03)3 . 5H20中的Bi3+
的配比为1L : 0. 06mol : 0.06mol : 0. 06mol，选取冰醋酸溶液、Co(N03)2 6H20、 Sr(亂和 Bi(N03)3 5H20，备用；
然后向冰醋酸溶液中加入Co(N03)2 6H20、 Sr(N03)2和Bi(N03)3 5H20，并搅拌混合，形 成混合溶液A;
2) .将混合溶液A于100 。C水浴中充分反应10小时，得到均匀透明的溶胶；将溶胶 在空气中于120 。C加热ll小时，使其逐渐变成干凝胶，得到干凝胶；
3) .将步骤2)得到的干凝胶在空气气氛下于置于900。C马弗炉中保温5小时，得到单 相B"Sr2CoA热电化合物粉体；
4) .将步骤3)得到的单相Bi2Sr2CoA热电化合物粉体置于无水乙醇中超声20小时后 取出干燥，即得到纳米Bi2Sr2CoA热电化合物粉体(最终产物)。
获得的纳米Bi2Sr2CoA热电化合物粉体为纳米尺寸的针状晶和小晶片，针状晶长度约为 200 300nm，宽度约为50nm，小晶片尺寸约为250nm，分布均匀、纯度高。
权利要求
1.纳米Bi2Sr2Co2Oy热电化合物粉体的制备方法，其特征在于它包括如下步骤1).将冰醋酸与去离子水按照体积比为1∶1混合，得到冰醋酸溶液；按冰醋酸溶液、Co(NO3)2·6H2O中的Co3+、Sr(NO3)2中的Sr2+、Bi(NO3)3·5H2O中的Bi3+的配比为1L∶0.06mol∶0.06mol∶0.06mol，选取冰醋酸溶液、Co(NO3)2·6H2O、Sr(NO3)2和Bi(NO3)3·5H2O，备用；然后向冰醋酸溶液中加入Co(NO3)2·6H2O、Sr(NO3)2和Bi(NO3)3·5H2O，并搅拌混合，形成混合溶液A；2).将混合溶液A于60～100℃水浴中反应5～10小时，得到均匀透明的溶胶；将溶胶在空气中于60～120℃加热8～12小时，使其逐渐变成干凝胶，得到干凝胶；3).将步骤2)得到的干凝胶在空气气氛下于置于800～900℃马弗炉中保温1～5小时，得到单相Bi2Sr2Co2Oy热电化合物粉体；4).将步骤3)得到的单相Bi2Sr2Co2Oy热电化合物粉体置于无水乙醇中超声10～20小时后取出干燥，即得到纳米Bi2Sr2Co2Oy热电化合物粉体。
全文摘要
本发明涉及一种纳米Bi<sub>2</sub>Sr<sub>2</sub>Co<sub>2</sub>O<sub>y</sub>热电化合物粉体的制备方法。纳米Bi<sub>2</sub>Sr<sub>2</sub>Co<sub>2</sub>O<sub>y</sub>热电化合物粉体的制备方法，其特征在于它包括如下步骤1)将冰醋酸与去离子水按照体积比为1∶1混合，得到冰醋酸溶液；按冰醋酸溶液、Co(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>·6H<sub>2</sub>O中的Co<sup>3+</sup>、Sr(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>中的Sr<sup>2+</sup>、Bi(NO<sub>3</sub>)<sub>3</sub>·5H<sub>2</sub>O中的Bi<sup>3+</sup>的配比为1L∶0.06mol∶0.06mol∶0.06mol，选取，然后向冰醋酸溶液中加入Co(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>·6H<sub>2</sub>O、Sr(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>和Bi(NO<sub>3</sub>)<sub>3</sub>·5H<sub>2</sub>O，并搅拌混合，形成混合溶液A；2)制成干凝胶；3)煅烧，得到单相Bi<sub>2</sub>Sr<sub>2</sub>Co<sub>2</sub>O<sub>y</sub>热电化合物粉体；4)超声、干燥，即得到纳米Bi<sub>2</sub>Sr<sub>2</sub>Co<sub>2</sub>O<sub>y</sub>热电化合物粉体。其方法简单易控、反应周期短、原材料易得、设备简单、安全无污染；最终产物分布均匀、微观结构为纳米尺度。
文档编号C01G51/00GK101597088SQ200910063059
公开日2009年12月9日 申请日期2009年7月6日 优先权日2009年7月6日
发明者唐新峰, 莉 张, 张清杰, 高文斌 申请人:武汉理工大学