CN104828790A - Ag2X化合物的静态载荷合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明首次公开了一种Ag₂X化合物的静态载荷合成方法，它以Ag、X单质为原料，施以静态载荷制备得到Ag₂X化合物，其中，X为Se或Te。本发明所制备的化合物Ag₂Se、Ag₂Te颗粒尺度达到纳米级，且制备时间超短、工艺超简单、对设备要求低、节能环保、适合规模化生产，彻底摒弃了化学法对溶液、物理法对高温条件的限制，为Ag₂Se、Ag₂Te化合物的规模化制备和大规模应用奠定了良好的基础。

Description

Ag2X化合物的静态载荷合成方法

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种Ag₂X化合物的静态载荷合成方法。

背景技术

在材料科学领域，过渡金属硫族化合物因其具有特殊的光电性质及化学特性引起了研究者广泛的兴趣，从而带动了过渡金属硫族化合物制备技术的发展。

在众多过渡金属硫族化合物中，化合物Ag₂Se、Ag₂Te一直是受到人们广泛关注的物质之一。半导体Ag₂Se、Ag₂Te材料均是I-VI族的窄带隙半导体材料，Ag₂Se在406K发生可逆相变(正交晶系-体心立方晶系)，Ag₂Te的可逆相变温度则是421K(单斜晶系-面心立方晶系)，在相变前后，化合物的电性能发生突变，主要是源于能带结构的显著变化。因为一级相变是瞬间完成的，这使得化合物Ag₂Se、Ag₂Te可以用于制造热可切换阻带的光子晶体。

研究表明，偏离化学计量比的化合物Ag_2+δSe、Ag_2+δTe表现出巨磁阻效应，通过调节成分，可以改变巨磁阻效应表现显著的温度，以至于其在室温亦能观察到。巨磁阻效应具有非常广泛的用途，广泛使用于磁传感、磁力计、电子罗盘、位置和角度传感器、车辆探测、GPS导航、仪器仪表、磁存储(磁卡、硬盘)等领域。

高温相的化合物Ag₂Se、Ag₂Te是快离子导体，对于Ag₂Se化合物，高于406K时，Se原子构成体心立方结构，Ag⁺即可在Se原子框架的空隙中自由迁移；对于Ag₂Te化合物，高于421K时，Te原子构成面心立方结构，Ag⁺即可在Te原子框架的空隙中自由迁移。快离子导体又称固体电解质，作为一种特殊而优良的导电材料正被广泛用于能源工业、电子工业、机电一体化等领域。

化合物Ag₂Se、Ag₂Te在热-电能源转换领域同样占据重要地位，因为其是优良的热电材料。β-Ag₂Se具有低的晶格热导率(≈5mWcm^-1K^-1)，高的电导率(≈2000Scm^-1)，相对高的Seebeck系数(≈-150μVK^-1)。Ferhat和Nagao等人报道其在300K时ZT高达0.96，可以与目前商用的Bi(Sb)Te(Se)合金媲美。同样的，α-Ag₂Te化合物导带底具有非常小的态密度，导致其具有高的电子迁移率，结合其本征低的晶格热导率，因此其具有非常优越的热电性能。裴艳中等人使用PbTe掺杂，使得其在500-600K范围ZT＞1。G.Jeffrey Snyder等人合成的Ag₂Se_0.5Te_0.5合金在420K时ZT高达1.4。

目前，化合物Ag₂Se、Ag₂Te的合成方法主要集中在水热法、溶剂热法等，这些在溶液中制备Ag₂Se、Ag₂Te的方法，经常需要复杂的反应过程和严格的反应条件。更为遗憾的是，需要使用一些有毒的化学试剂，耗时耗能，污染环境。而采用常规的长时间的高温熔融法、高温固相反应法制备，则对设备要求苛刻，同时耗能，容易造成Se或Te的缺失，难以精确控制成分。因此，寻求一种常温常压、简便节能、绿色环保、可精确控制成分及微结构的Ag₂Se、Ag₂Te制备技术显得迫在眉睫。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种Ag₂X化合物的静态载荷合成方法，制备过程超快速，可精确控制成分，工艺简单，对设备要求低，适宜规模化生产。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种Ag₂X化合物的静态载荷合成方法，其特征在于它以Ag、X单质为原料，施以静态载荷制备得到单相Ag₂X化合物，其中，X为Se或Te。

按上述方案，所述单质Ag、X之间的物质的量之比为(1.9-2)：(1～1.1)，成分控制精确。

按上述方案，所述静态载荷为：压片，使单质原料粉末混匀后，在机械力作用下压片发生合成反应。

按上述方案，所述压片时的压力不小于112.5MPa即可合成得到单相Ag₂X化合物，即静态载荷不小于112.5MPa即可。

Ag₂X化合物的静态载荷合成方法，具体包括如下步骤：

1)按化学计量比(1.9-2)：(1～1.1)称量单质粉末Ag、X粉，混合均匀，即为反应物，其中X为Se或Te；

2)静态载荷合成反应：对步骤1)所得反应物进行压片，即得到单相Ag₂X化合物。

按上述方案，步骤2)所述的压片过程即为静态载荷合成单相Ag₂X化合物的过程，压片时的压力不小于112.5MPa即可，属于机械作用力过程。

按上述方案，步骤2)所述的压片时间视实际情况而定，通常为若干分钟。当反应物的总量为1g时，通常以112.5MPa压力(即静态载荷)保压3-5min，即可得到纯净的单相Ag₂X化合物。特别地，当静态载荷(即压力)不小于450MPa时，无需保压即能得到纯净的单相Ag₂X化合物化合物。

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：

第一，本发明首次公开了一种化合物Ag₂Se、Ag₂Te的静态载荷合成方法，在室温下，简单对原料Ag与Se单质、Ag与Te单质能够通过施以压片等静态载荷的方法反应生成单相化合物Ag₂Se或者Ag₂Te；

第二，本发明中的Ag₂X化合物的静态载荷合成方法，突破了室温无溶液条件下合成材料的瓶颈，彻底摒弃了常规化学法的溶液条件及物理法的高温条件，在静态载荷作用下即能得到目标产物；同时制备周期大大缩短，制备周期由过去的几十小时缩短到若干分钟内，工艺简单、能控制成分及微结构、对设备要求低、节能环保、适合规模化生产等优点，为Ag₂Se、Ag₂Te化合物的规模化制备和大规模应用奠定了良好的基础。

附图说明

图1为实施例1步骤2)产物的XRD图谱。

图2为实施例1步骤2)中保压时间5min时，所得产物的FESEM照片。

图3为实施例2步骤2)产物的XRD图谱。

图4为实施例2步骤2)中压力为450MPa不保压时，所得产物的FESEM照片。

图5为实施例2步骤2)中压力为675MPa不保压时，所得产物的FESEM照片。

图6为实施例3步骤2)产物的XRD图谱。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合实施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

Ag₂Se化合物的静态载荷合成方法，具体步骤如下：

1)按Ag₂Se中元素Ag和Se的化学计量比2:1称量Ag粉和Se粉，在研钵中用药勺预拌匀，分别称取5份作为反应物，每份1g；

2)将反应物装入直径20mm的模具中，之后将模具置于YLG-60电动压片机(合肥科晶材料技术有限公司)上，压力设定为2MPa(对应模具中反应物实际压力为112.5MPa，注：因为油缸的截面积与模具的截面积是不同的，在力相同的情况下压强不一样)，5份反应物分别保压1min、2min、3min、4min、5min，然后泄压。

对本实施例步骤2)后产物分别进行物相分析，由图1可知，产物均能得到Ag₂Se化合物，以静态载荷112.5MPa下保压1min即能得到Ag₂Se主相，当保压3min时，即能得到更纯净的的单相Ag₂Se化合物。

图2是本实施例步骤2)中，以静态载荷112.5MPa下保压5min所得产物的场发射扫描电镜照片，从图中可以看出，产物Ag₂Se化合物的颗粒粒径均为10-100nm，由此证明，静态载荷制备技术不仅超简便，亦能得到纳米级粉体，足以跟化学法溶液技术媲美。

实施例2

Ag₂Se化合物的静态载荷合成方法，具体步骤如下：

1)按Ag₂Se中元素Ag和Se的化学计量比2:1称量Ag粉和Se粉，在研钵中用药勺预拌匀，分别称取4份作为反应物，每份1g；

2)将反应物装入直径20mm的模具中，之后将模具置于YLG-60电动压片机(合肥科晶材料技术有限公司)上，压力分别设定为8MPa、9MPa、10MPa、12MPa(对应模具中反应物实际压力为450MPa、506.25MPa、562.5MPa、675MPa)，压力达到设定值后立即泄压。

对本实施例步骤2)所得产物分别进行物相分析，由图3可知，产物均为单相Ag₂Se化合物，以静态载荷不小于450MPa压片时，不保压即能得到纯净的的单相Ag₂Se化合物。

图4、图5是本实施例步骤2)中，静态载荷450MPa及675MPa下所得产物的场发射扫描电镜照片，从图中可以看出，静态载荷(即压力)越大，产物Ag₂Se化合物的颗粒粒径颗粒长大且趋于均一，由此证明，通过控制静态载荷(即压片压力)的大小，可以控制产物的尺寸分布。

实施例3

Ag₂Te化合物的静态载荷合成方法，具体步骤如下：

1)按Ag₂Te中元素Ag和Te的化学计量比2:1称量Ag粉和Te粉，在研钵中用药勺预拌匀，分别称取4份作为反应物，每份1g；

2)将反应物装入直径20mm的模具中，之后将模具置于YLG-60电动压片机(合肥科晶材料技术有限公司)上，压力分别设定为8MPa、10MPa、12MPa、14MPa(对应模具中反应物实际压力为450MPa、562.5MPa、675MPa、787.5MPa)，压力达到设定值后立即泄压。

对本实施例步骤2)所得产物分别进行物相分析，由图6可知，产物均为单相Ag₂Te化合物，以静态载荷不小于450MPa压片时，不保压即能得到纯净的的单相Ag₂Te化合物。

当然，对于本发明所述的技术方案，按化学计量比(1.9-2)：(1～1.1)称量单质粉末Ag、X粉作为反应物，其中X为X为Se或Te，在此范围内酌情调整两者的化学计量比，也能实现本发明的技术方案，在此不一一列举实施例。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种Ag₂X化合物的静态载荷合成方法，其特征在于它以Ag、X单质为原料，施以静态载荷制备得到单相Ag₂X化合物，其中，X为Se或Te。

2.根据权利要求1所述的一种Ag₂X化合物的静态载荷合成方法，其特征在于所述单质Ag、X之间的物质的量之比为(1.9-2)：(1～1.1)。

3.根据权利要求1所述的一种Ag₂X化合物的静态载荷合成方法，其特征在于所述静态载荷为压片。

4.根据权利要求1所述的一种Ag₂X化合物的静态载荷合成方法，其特征在于所述静态载荷不小于112.5MPa。

5.根据权利要求1-4之一所述的Ag₂X化合物的静态载荷合成方法，其特征在于A它包括如下步骤：

1)按化学计量比(1.9-2)：(1～1.1)称量单质粉末Ag、X粉，混合均匀，即为反应物，其中X为Se或Te；

2)静态载荷合成反应：对步骤1)所得反应物进行压片，即得到单相Ag₂X化合物。