CN109534385B - 一种富纳孔硫化银及其快速制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于热电材料技术领域，具体涉及一种富纳孔硫化银及其快速制备方法，包括以下步骤：1)以高纯的银和硫粉末为原料，按化学计量比2:1称取适量原料，混合研磨均匀后冷压成块；2)组装得到的冷压块，用液压机进行高压合成，反应温度为200‑600℃，压强为2‑4GPa，保温时间为2‑10分钟。本发明的有益效果包括：提供了一种富纳孔硫化银及的制备方法，银、硫粉末在高压条件下反应生成的硫化银颗粒表面出现大量分布均匀的纳米孔洞，样品热导率明显降低，性能稳定。该反应条件简单易于实现，高效可靠。

Description

一种富纳孔硫化银及其快速制备方法
技术领域
本发明属于热电材料技术领域，具体涉及一种富纳孔硫化银及其快速制备方法。
背景技术
硫化银是一种性能优越的半导体材料，无毒性无污染、具有良好的光电、热电性能，广 泛应用于制造光电材料、热电材料及电子材料，在低温热电领域有着广泛的应用前景。传统 以硝酸银为银源的制备工艺，如谢毅在《美国化学会志》上发表的《通过超离子相变实现纳 米晶硫属银化物热电性能的优化》一文中使用的制备工艺需要相对繁琐的化学反应以及烧结 过程，史讯在《自然材料》上发表的《室温韧性无机半导体》一文中以银、硫粉末为原料制 备硫化银的工艺需要长达40-50小时以及1000℃的高温条件固相以及长达5天的退火，制备 周期较长。因此如何有效缩短硫化银合成与制备时间，提高其热电性能是研究的重点。
发明内容
本发明目的在于提供一种富纳孔硫化银的快速制备方法，此制备方法可操作性强， 过程简单，耗时短，可一步合成硫化银块体。所制备的硫化银块体样品致密度高，热导率低，且性能稳定。
本发明的另一目的在于提供一种低热导率的富纳孔硫化银，通过上述制备方法可使 硫化银晶粒表面产生大量纳米孔洞，热导率大幅降低，且性能稳定。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种富纳孔硫化银的快速制备方法， 包括以下步骤：
1)以高纯的银和硫粉末为原料，按化学计量比2:1称取适量原料，混合研磨均匀后冷压成块；
2)组装得到的冷压块，用液压机进行高压合成，反应温度为200-600℃，压强为 2-4GPa，保温时间为2-10分钟。
按上述方案，所述的银和硫粉末纯度为99.99％以上。
按上述方案，步骤1)所述的冷压成块采用的压片机压强为100-150MPa，保压时间为4-5min。
所得的硫化银块体，其物相为纯硫化银相，具有良好的塑性，晶粒表面出现大量分布均匀的直径为50-5000nm的孔洞，样品密度在7.0-7.2g/cm3之间，热导率在300-450K 温度范围内低于0.65W/mK。
本发明的有益效果包括：
提供了一种富纳孔硫化银及的制备方法，银、硫粉末在高压条件下反应生成的硫化 银颗粒表面出现大量分布均匀的纳米孔洞，样品热导率明显降低，性能稳定。该反应条件简单易于实现，高效可靠。
附图说明
图1为实施例1所得的Ag2S-300℃-2.5GPa-10min断口SEM图像(a放大5000倍图像，b放大2000倍图像)；
图2为实施例1所得的Ag2S-400℃-2.5GPa-10min断口SEM图像(a放大5000倍图像，b放大5000倍图像)；
图3为实施例1所得的Ag2S-600℃-2.5GPa-10min断口SEM图像(a放大5000倍图像，b放大1000倍图像)；
图4为实施例1、2、3所得的Ag2S的X射线衍射图谱；
图5为实施例1、2、3所得的Ag2S热导率随温度的变化曲线。
具体实施方式
下面对本发明富纳孔硫化银及其快速制备方法进行具体说明。
一种富纳孔硫化银的快速制备方法包括：
原料为高纯的银和硫粉末，按化学计量比2:1称取粉末原料，混合研磨均匀后冷压成块。
将上述冷压块组装好后进行高压合成，反应温度为200-600℃，压强为2-4GPa，保温时间为2-10分钟，即得到相应的硫化银块体样品。
本发明的实例提供的一种富纳孔低热导率硫化银是通过上述的制备方法制备得到的。
以下结合实例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述：
实施例1
本实例提供了一种富纳孔低热导率硫化银，通过以下方法制备而成：
首先，原料为高纯的银(99.99％)和硫(99.999％)粉末，用电子天平称3.57g银粉及0.53g硫粉，在玛瑙研钵中混合研磨均匀后放置于直径为13mm的开瓣模具中用压片 机手动压块，压片机压强为150MPa，保压时间为4分钟，将得到的冷压块装在直径为 13mm，厚为4mm的钼杯中。
然后将上述装有冷压块的钼杯装于直径为13.2mm的碳管中，两端分别垫1片直径为13mm的盐片以及3片13mm的陶瓷片(以确保样品受压均匀稳定)。将装好的样品 放入叶腊石模具中，用TH-V六面顶液压机进行高压合成，反应温度为300℃，压强为2.5GPa，保温时间为10分钟，即可合成硫化银块体。通过场发射扫描电镜观察合成硫化 银微观形貌，如图1所示，硫化银的晶粒形状不规则且表面布满纳米孔洞，孔洞的直径 约在50-200nm且分布均匀，样品的密度为7.14g/cm3。如图4的X射线衍射图谱所示， 样品的物相为硫化银相。图5所示实施例1所得硫化银的热导率在300-455K的温度范 围内的变化曲线，与文献值对比热导率大幅降低。
实施例2：
本实例提供了一种低热导率硫化银，与实例1区别在于：
首先，原料为高纯的银(99.99％)和硫(99.999％)粉末，用电子天平称3.57g银粉及0.53g硫粉，在玛瑙研钵中混合研磨均匀后放置于直径为13mm的开瓣模具中用压片 机手动压块，压片机压强为150MPa，保压时间为4分钟，将得到的冷压块装在直径为 13mm，厚为4mm的钼杯中。
然后将上述装有冷压块的钼杯装于直径为13.2mm的碳管中，两端分别垫1片直径为13mm的盐片以及3片13mm的陶瓷片。将装好的样品放入叶腊石模具中，用TH-V 六面顶液压机进行高压合成，反应温度为400℃，压强为2.5GPa，保温时间为10分钟， 即可合成硫化银块体。通过场发射扫描电镜观察合成硫化银微观形貌，如图2所示，硫 化银晶粒表面分布有大量直径约为50-200nm的孔洞，样品的密度为7.16g/cm3。如图4 的X射线衍射图谱所示，样品的物相为硫化银相。图5所示，实施例2所得硫化银的热 导率与例1相比差距不大。
实施例3：
本实例提供了一种低热导率硫化银，区别在于：
首先，原料为高纯的银(99.99％)和硫(99.999％)粉末，用电子天平称3.57g银粉及0.53g硫粉，在玛瑙研钵中混合研磨均匀后放置于直径为13mm的开瓣模具中用压片 机手动压块，压片机压强为150MPa，保压时间为4分钟，将得到的冷压块装在直径为 13mm，厚为4mm的钼杯中。
然后将上述装有冷压块的钼杯装于直径为13.2mm的碳管中，两端分别垫1片直径为13mm的盐片以及3片13mm的陶瓷片。将装好的样品放入叶腊石模具中，用TH-V 六面顶液压机进行高压合成，反应温度为600℃，压强为2.5GPa，保温时间为10分钟， 即可合成硫化银块体。通过场发射扫描电镜观察合成硫化银微观形貌，如图3所示，硫 化银样品微观形貌呈蜂窝状，晶粒表面分布有大量直径在500nm及以上的孔洞(因温度 提高孔洞直径明显高于例1和例2)，样品的密度为7.09g/cm3。如图4的X射线衍射图 谱所示，样品的物相为硫化银相。图5所示，实施例3所得硫化银的热导率明显低于文 献值，但相较于例1和例2略有提高。

Claims (4)

1.一种富纳孔硫化银的快速制备方法，包括以下步骤：
1）以高纯的银和硫粉末为原料，按化学计量比2:1称取适量原料，混合研磨均匀后冷压成块；
2）组装得到的冷压块，用液压机进行高压合成，反应温度为200-600℃，压强为2-4GPa，保温时间为2-10分钟，所得的硫化银块体，其物相为纯硫化银相，具有良好的塑性，晶粒表面出现大量分布均匀的直径为50-5000nm的孔洞，样品密度在7.0-7.2g/cm3之间，热导率在300-450K温度范围内低于0.65W/mK。
2.根据权利要求1所述的富纳孔硫化银的快速制备方法，其特征在于所述的银和硫粉末纯度为99.99%以上。
3.根据权利要求1所述的富纳孔硫化银的快速制备方法，其特征在于步骤1）所述的冷压成块采用的压片机压强为100-150MPa，保压时间为4-5min。
4.权利要求1制备方法所得的硫化银块体，其物相为纯硫化银相，具有良好的塑性，晶粒表面出现大量分布均匀的直径为50-5000nm的孔洞，样品密度在7.0-7.2g/cm3之间，热导率在300-450K温度范围内低于0.65W/mK。
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