[发明专利]六方相硫化镍亚微米晶的低温固相合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无机功能材料，特别涉及一种六方相硫化镍亚微米晶的低温固相合成方法。

背景技术

NiS，黑色粉末，熔点797℃，相对密度5.3～5.65。有三种晶型，α-型为无定形粉末，在空气中极不稳定，易转变成Ni(OH)S，β-型为六方系晶体，γ-型为三方晶体，加热至396℃转化成β-型。

硫化镍作为一种先进的无机功能材料，一直倍受人们的亲睐。NiS有特殊的磁学性质，当温度降至临界温度时，六方相NiS由顺磁性的导体转变为反铁磁性的半导体。顺磁性物质的主要特征是，不论外加磁场是否存在，原子内部存在永久磁矩，顺磁性物质的磁化率一般也很小，室温下磁化率约为10^-5(emu/g)。反铁磁性是指由于电子自旋反向平行排列，在同一子晶格中有自发磁化强度，电子磁矩是同向排列的；在不同子晶格中，电子磁矩反向排列，两个子晶格中自发磁化强度大小相同，方向相反；整个晶体，不论在什么温度下，都不能观察到反铁磁性物质的任何自发磁化现象，因此其宏观特性是顺磁性的，磁化强度与外磁场处于同一方向，磁化率为正值。温度很高时，极小；温度降低，逐渐增大，在一定温度时，达到最大值，称为反铁磁性物质的居里点或尼尔点。六方相硫化镍的温度降至264K时，由原来的顺磁性材料转变为反铁磁性材料。此外，产品具有很强的磁热效应，作为磁制冷材料，可用于空间技术、地球物理探测、磁共振成像、粒子加速器、超导体及军事防卫领域。目前我国镍资源短缺，每年全国的需求量达30万吨左右，国内的产量大约为19万吨，其他部分需要进口。高品质六方相硫化镍产品作为镍族产品的一员，在我国国民经济中，发挥着重要的作用，占有一定的市场份额，它已广泛用于红外探测器、太阳能存储装置、加氢脱硫催化反应中，以及用做光电导材料和充电锂电池的阴极材料等。

在本发明之前，用于制造硫化镍微米和纳米级产品的物理和化学方法已经发展很多。现在，六方相NiS的合成方法主要有高温固相法、高温气固相法、液相法和微乳液法等，这些方法虽然合成了不同尺寸大小及不同形貌的NiS产品，但是，在不同程度上均存在着问题。传统高温固相法合成金属硫化物，主要步骤如下，称取一定量的金属单质的粉末和硫粉，在惰性气体条件保护下，采用石英管装置，通过电热丝高温加热合成金属硫化物。该种方法合成条件十分苛刻，能耗高，所得产品的产率低、纯度差以及颗粒的尺寸大，需投资的生产设备昂贵。高温气固相法往往需要高温、催化剂以及使用剧毒的H₂S气体。而液相法主要包括溶剂热法和微乳液法，溶剂热法，一般在选用有机溶剂做反应溶剂，有机溶剂处理困难；采用高压罐做反应装置，所以，实现工业化比较困难。而微乳液法，所选用的微乳液是有多种有机溶剂组分混合形成的，由于微乳液较难分离，会对环境产生污染，所以难以实现产品的工业化。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述缺陷，设计、研制一种新的制备六方相NiS亚微米晶产品的方法。

本发明的技术方案是：

六方相硫化镍亚微米晶的低温固相合成方法，其步骤如下：

(1)按醋酸镍和硫源的量分别为0.005mol和0.005～0.0075mol摩尔计量比，分别称取研磨后的醋酸镍和硫源的粉末，将两者置入坩埚中搅拌混合均匀；

(2)将盛有原料的坩埚放在马弗炉中，在350℃～400℃温度下反应3h后，使其自然冷却至室温；

(3)将冷却后的产品研磨后，得到黑色粉末状六方相硫化镍亚微米晶。

本发明的优点和效果在于对传统的高温固相合成法进行了改进，选用了两种低熔点的原料作反应物，巧妙的利用了硫源上两个具有还原性基团-NH₂做保护，结合升温过程中液固充分接触反应的优点，在空气中，无需惰性气体保护，低温条件下，用马弗炉加热一步直接合成了六方相NiS亚微米晶产品。该法所需生产设备少，操作步骤简单，成本低，除原料外不需要任何添加剂和惰性气体保护，所以较适宜工业化生产。产品具有优良的光学、电学和磁学特性，有望用于国防、电子、航空、化工、生物和医药等领域，有广阔的市场前景。

本发明的优越之处在下面的附图说明和具体实施方式中将进一步进行阐述。

附图说明

图1——本发明实施例1所制备的六方相NiS粉末产品的X-射线衍射图。

图2——本发明实施例1所制备的六方相NiS粉末产品的扫描电镜照片图。

图3——本发明实施例2所制备的六方相NiS粉末产品的X-射线衍射图。

图4——本发明实施例2所制备的六方相NiS粉末产品的扫描电镜照片图。