專利名稱：一種低溫機(jī)械合金化制備硫硒化物亞微米粉體材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種低溫機(jī)械合金化制備硫硒化物亞微米粉體材料的方法，屬于材料化學(xué)領(lǐng)域，所制備的材料可用于光電器件、薄膜太陽(yáng)電池等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
ZnS> ZnSe> SnSe> SnS> CuS和CuSe等硫硒化物亞微米粉體材料可以用于制備薄膜半導(dǎo)體材料、光電轉(zhuǎn)換器件等。通常情況下，上述材料需要通過(guò)溶劑熱合成法以鹽類為原料經(jīng)化學(xué)合成才能獲得，這種反應(yīng)速率慢且步驟冗繁，在化學(xué)合成過(guò)程中容易引進(jìn)雜質(zhì)，產(chǎn)品的產(chǎn)率不高，因此并不適用于エ業(yè)規(guī)?；a(chǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種低溫機(jī)械合金化制備硫硒化物亞微米粉體材料的方法。以單質(zhì)金屬粉和單質(zhì)非金屬粉為原料，加入過(guò)程控制劑，控制球料比、球磨轉(zhuǎn)速和球磨時(shí)間，低溫機(jī)械合金化制備硫硒化物亞微米粉體材料。具體步驟如下(I)按摩爾比I : I I. 5稱取單質(zhì)金屬粉和單質(zhì)非金屬粉作為原料，稱取機(jī)械合金化過(guò)程所用磨球，磨球與原料的質(zhì)量比為20 60 1，量取體積為磨罐容積O. 05 O. 2倍的過(guò)程控制劑；(2)將步驟(I)稱量的原料、磨球和過(guò)程控制劑一起加入磨罐中，通入氬氣作保護(hù)氣，密封磨罐，將磨罐轉(zhuǎn)移至行星球磨機(jī)中，設(shè)定轉(zhuǎn)速為200 600轉(zhuǎn)/分鐘，球磨5 72小時(shí)；(3)將步驟(2)所得產(chǎn)物用蒸餾水和無(wú)水こ醇離心洗滌3 4次，將離心洗滌后的產(chǎn)物在真空干燥箱內(nèi)70 90°C下真空干燥7 9小時(shí)獲得目標(biāo)粉體；所述單質(zhì)金屬粉為Zn粉、Sn粉和Cu粉中的ー種；所述單質(zhì)非金屬粉為S粉或Se粉；所述過(guò)程控制劑為醇類和胺類的混合物，醇類和胺類的體積比為I 20 I ;所述醇類為こ醇、こニ醇、正丁醇、異丁醇、異戊醇、叔戊醇和丙三醇中的ー種，所述胺類為こニ胺、異丁胺、ニ異丙胺、己ニ胺和三こ胺中的ー種；所述無(wú)水こ醇、こニ醇、正丁醇、異丁醇、異戊醇、叔戊醇、丙三醇、こニ胺、異丁胺、ニ異丙胺、己ニ胺和三こ胺均為分析純。與常見(jiàn)的溶劑熱合成硫硒化物亞微米粉體材料エ藝不同，本發(fā)明是采用低溫機(jī)械合金化方法制備目標(biāo)粉體，具有以下優(yōu)點(diǎn)(I)采用單質(zhì)粉為原料，反應(yīng)原料易得，大大降低成本，反應(yīng)過(guò)程沒(méi)有副產(chǎn)物，最大程度上避免了雜質(zhì)的引入，同時(shí)也有利于合成過(guò)程中對(duì)產(chǎn)物化學(xué)計(jì)量比的精確控制；(2)實(shí)現(xiàn)低溫合成硫硒化物亞微米粉體材料，降低了反應(yīng)能耗的同時(shí)，可以避免產(chǎn)物因高溫團(tuán)聚和長(zhǎng)大，從而有利于對(duì)產(chǎn)物的形貌控制，所制備的微米粉體粒徑小且分布窄，活性高；
(3)エ藝簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，適用于エ業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)。
圖1為本發(fā)明的制備エ藝流程圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例I制備的ZnS粉體的XRD衍射圖譜。圖3為本發(fā)明實(shí)施例I制備的ZnS粉體的SEM形貌圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例I制備的ZnS粉體的粒度分析圖譜。圖5為本發(fā)明實(shí)施例3制備的SnS粉體的XRD衍射圖譜。圖6為本發(fā)明實(shí)施例3制備的SnS粉體的SEM形貌圖。圖7為本發(fā)明實(shí)施例3制備的SnS粉體的粒度分析圖譜。圖8為本發(fā)明實(shí)施例5制備的CuSe粉體的XRD衍射圖譜。圖9為本發(fā)明實(shí)施例5制備的CuSe粉體的SEM形貌圖。圖10為本發(fā)明實(shí)施例5制備的CuSe粉體的粒度分析圖譜。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I : (ZnS粉體)(I)以單質(zhì)Zn粉和單質(zhì)S粉為原料，按摩爾比I : I稱取6. 53克Zn粉，3. 2克S粉，按照磨球與所稱量原料的質(zhì)量比為60 I稱取583克磨球，用量筒量取25mL過(guò)程控制劑(20mL無(wú)水こ醇+5mL分析純こニ胺)；(2)將步驟(I)稱量的原料、磨球和過(guò)程控制劑一起加入容積為500mL的磨罐中，通入氬氣作保護(hù)氣，密封磨罐，將磨罐轉(zhuǎn)移至行星球磨機(jī)中，設(shè)定轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時(shí)間為72小時(shí)；(3)將步驟(2)所得產(chǎn)物用蒸餾水和無(wú)水こ醇離心洗滌3次，將離心洗滌后的產(chǎn)物在真空干燥箱內(nèi)80°C下真空干燥8小時(shí)得目標(biāo)粉體，經(jīng)XRD分析為ZnS。實(shí)施例2 (ZnSe粉體)(I)以單質(zhì)Zn粉和單質(zhì)Se粉為原料，按摩爾比I : I. 5稱取6. 53克Zn粉，11. 84克Se粉，按照磨球與所稱量原料的質(zhì)量比為20 I稱取367克磨球，用量筒量取IOOmL過(guò)程控制劑(75mL無(wú)水こ醇+25mL分析純こニ胺)；(2)將步驟(I)稱量的原料、磨球和過(guò)程控制劑一起加入容積為500mL的磨罐中，通入氬氣作保護(hù)氣，密封磨罐，將磨罐轉(zhuǎn)移至行星球磨機(jī)中，設(shè)定轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時(shí)間為5小時(shí)；(3)將步驟(2)所得產(chǎn)物用蒸餾水和無(wú)水こ醇離心洗滌3次，將離心洗滌后的產(chǎn)物在真空干燥箱內(nèi)80°C下真空干燥8小時(shí)得目標(biāo)粉體ZnSe。實(shí)施例3 (SnS粉體)(I)以單質(zhì)Sn粉和單質(zhì)S粉為原料，按摩爾比I : I. 2稱取11. 87克Sn粉，3. 84克S粉，按照磨球與所稱量原料的質(zhì)量比為40 I稱取628克磨球，用量筒量取IOOmL過(guò)程控制劑(75mL無(wú)水こ醇+25mL分析純こニ胺)。(2)將步驟(I)稱量的原料、磨球和過(guò)程控制劑一起加入容積為500mL的磨罐中，
通入氬氣作保護(hù)氣，密封磨罐，將磨罐轉(zhuǎn)移至行星球磨機(jī)中，設(shè)定轉(zhuǎn)速為400轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時(shí)間為12小時(shí)；(3)將步驟(2)所得產(chǎn)物用蒸餾水和無(wú)水こ醇離心洗滌3次，將離心洗滌后的產(chǎn)物在真空干燥箱內(nèi)80°C下真空干燥8小時(shí)得目標(biāo)粉體，經(jīng)XRD分析為SnS。實(shí)施例4 (SnSe粉體)(I)以單質(zhì)Sn粉和單質(zhì)Se粉為原料，按摩爾比I : I稱取11. 87克Sn粉，7. 896克Se粉，按照磨球與所稱量原料的質(zhì)量比為30 I稱取593克 磨球，用量筒量取50mL過(guò)程控制劑(25mL無(wú)水こ醇+25mL分析純こニ胺)；(2)將步驟(I)稱量的原料、磨球和過(guò)程控制劑一起加入容積為500mL的磨罐中，通入氬氣作保護(hù)氣，密封磨罐，將磨罐轉(zhuǎn)移至行星球磨機(jī)中，設(shè)定轉(zhuǎn)速為500轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時(shí)間為12小時(shí)；(3)將步驟(2)所得產(chǎn)物用蒸餾水和無(wú)水こ醇離心洗滌3次，將離心洗滌后的產(chǎn)物在真空干燥箱內(nèi)80°C下真空干燥8小時(shí)得目標(biāo)粉體SnSe。實(shí)施例5 : (CuSe粉體)(I)以單質(zhì)Cu粉和單質(zhì)Se粉為原料，按摩爾比I : I. 5稱取6. 4克Cu粉，11. 84克Se粉，按照磨球與所稱量原料的質(zhì)量比為30 I稱取547克磨球，用量筒量取50mL過(guò)程控制劑(25mL無(wú)水こ醇+25mL分析純こニ胺)；(2)將步驟(I)稱量的原料、磨球和過(guò)程控制劑一起加入容積為500mL的磨罐中，通入氬氣作保護(hù)氣，密封磨罐，將磨罐轉(zhuǎn)移至行星球磨機(jī)中，設(shè)定轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時(shí)間為5小時(shí)；(3)將步驟(2)所得產(chǎn)物用蒸餾水和無(wú)水こ醇離心洗滌3次，將離心洗滌后的產(chǎn)物在真空干燥箱內(nèi)80°C下真空干燥8小時(shí)得目標(biāo)粉體，經(jīng)XRD分析為CuSe。實(shí)施例6 =CuS粉體)(I)以單質(zhì)Cu粉和單質(zhì)S粉為原料，按摩爾比I : I稱取6. 4克Cu粉，3. 2克S粉，按照磨球與所稱量原料的質(zhì)量比為50 I稱取480克磨球，用量筒量取75mL過(guò)程控制劑(50mL無(wú)水こ醇+25mL分析純こニ胺)；(2)將步驟(I)稱量的原料、磨球和過(guò)程控制劑一起加入容積為500mL的磨罐中，通入氬氣作保護(hù)氣，密封磨罐，將磨罐轉(zhuǎn)移至行星球磨機(jī)中，設(shè)定轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時(shí)間為24小時(shí)；(3)將步驟(2)所得產(chǎn)物用蒸餾水和無(wú)水こ醇離心洗滌3次，將離心洗滌后的產(chǎn)物在真空干燥箱內(nèi)80°C下真空干燥8小時(shí)得目標(biāo)粉體CuS。
權(quán)利要求
1. ー種低溫機(jī)械合金化制備硫硒化物亞微米粉體材料的方法，其特征在于具體步驟為 (1)按摩爾比I: I I. 5稱取單質(zhì)金屬粉和單質(zhì)非金屬粉作為原料，稱取積械合金化過(guò)程所用磨球，磨球與原料的質(zhì)量比為20 60 1，量取體積為磨罐容積O. 05 O. 2倍的過(guò)程控制劑； (2)將步驟(I)稱量的原料、磨球和過(guò)程控制劑一起加入磨罐中，通入氬氣作保護(hù)氣，密封磨罐，將磨罐轉(zhuǎn)移至行星球磨機(jī)中，設(shè)定轉(zhuǎn)速為200 600轉(zhuǎn)/分鐘，球磨5 72小時(shí)； (3)將步驟(2)所得產(chǎn)物用蒸餾水和無(wú)水こ醇離心洗滌3 4次，將離心洗滌后的產(chǎn)物在真空干燥箱內(nèi)70 90°C下真空干燥7 9小時(shí)獲得目標(biāo)粉體材料； 所述單質(zhì)金屬粉為Zn粉、Sn粉和Cu粉中的ー種； 所述單質(zhì)非金屬粉為S粉或Se粉； 所述過(guò)程控制劑為醇類和胺類的混合物，醇類和胺類的體積比為I 20 I;所述醇類為こ醇、こニ醇、正丁醇、異丁醇、異戊醇、叔戊醇和丙三醇中的ー種，所述胺類為こニ胺、異丁胺、ニ異丙胺、己ニ胺和三こ胺中的ー種；所述こ醇、こニ醇、正丁醇、異丁醇、異戊醇、叔戊醇、丙三醇、こニ胺、異丁胺、ニ異丙胺、己ニ胺和三こ胺均為分析純。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種低溫機(jī)械合金化制備硫硒化物亞微米粉體材料的方法。將單質(zhì)金屬粉和單質(zhì)非金屬粉加入球磨罐中，以醇類和胺類混合液為過(guò)程控制劑，按照額定的球料比、設(shè)定轉(zhuǎn)速和球磨時(shí)間進(jìn)行球磨，球磨產(chǎn)物經(jīng)離心洗滌烘干即可得到目標(biāo)產(chǎn)物。所述單質(zhì)金屬粉為Zn粉、Sn粉和Cu粉中的一種；所述單質(zhì)非金屬粉為S粉或Se粉；所述過(guò)程控制劑是體積比為1～20∶1的醇類和胺類混合物，所述醇類為乙醇、乙二醇、正丁醇、異丁醇、異戊醇、叔戊醇和丙三醇中的一種，所述胺類為乙二胺、異丁胺、二異丙胺、己二胺和三乙胺中的一種。本發(fā)明原料易得，產(chǎn)物純，能耗低，產(chǎn)物形貌易控制，工藝簡(jiǎn)單，適宜工業(yè)生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C01B19/00GK102616753SQ201210107290
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月11日
發(fā)明者池上森, 莫淑一, 鄒正光, 鄭國(guó)源, 龍飛 申請(qǐng)人:桂林理工大學(xué)