[发明专利]一种直接制备四方相PbSe2化合物的方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料制备的技术领域。具体涉及硒化铅的四方相，以Pb、Se为原料，利用高能球磨和高压合成的方法制备PbSe₂四方相的方法。

背景技术

随着社会的不断发展和进步，人们对材料的认知也更加深入，硒化铅早已成为广泛应用中占有重要地位的一类材料。立方结构硒化铅(PbSe)作为红外探测器材料，光敏传感器材料，已得到重要应用。近年来随着化石能源日益枯竭和环境日益恶化，PbSe作为太阳能电池以及热电材料也受到广泛关注。晶体结构变化对于材料的电子结构影响较大，进而影响其热学、电学及光学等物理参数。目前针对硒化铅的研究主要集中于立方结构PbSe的合成、物性及器件功能化研究，晶体结构更为复杂的四方相结构PbSe₂的研究却较少，它极有可能产生不同于立方结构的新的光、电、热效应。而PbSe₂属于亚稳材料，合成较为困难，现有的方法工艺极为复杂，制备成本高昂。开发一种工艺简单的高纯度四方相PbSe₂的制备方法，有助于增加硒化铅作为功能材料的潜在应用，拓展其应用领域。

目前合成四方相结构PbSe₂的方法由美国学者Bremholm等人公开在Solid State Sciences 13(2011)38-41，该方法利用真空熔炼结合高压烧结方法制备的PbSe₂材料，但其工艺及其复杂。首先需要12小时的真空高温热处理制备出立方结构PbSe，然后按PbSe：Se＝1:2混合均匀后进行高压合成，高压合成后样品含有大量Se杂质，需要Na₂S清洗才能除去Se杂质获得较高纯净的PbSe₂样品，为了进一步表征其物性以及应用，还需进一步做高压成型及烧结处理使其致密化。所以现有的四方相PbSe₂制备方法存在合成周期长、工艺复杂、成本高、重复性差等缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服背景技术的缺点，提供工艺更为简单的四方相结构PbSe₂块体材料的制备方法，以缩减制备周期、降低成本和提高重复性。

具体而言，本发明提供了一种直接制备四方相PbSe₂化合物的方法，包括如下步骤：

步骤1)将原料置于球磨罐中，所述原料包括按一定摩尔比混合的Pb粉和Se粉；

步骤2)对球磨罐进行去氧保护处理，并将经处理的球磨罐固定在球磨机上，干法球磨预定时间；干法球磨的目的主要是形成立方相结构PbSe化合物。

步骤3)向球磨罐中加入一定Se粉并注入无水乙醇，湿磨预定时间；湿磨主要是为了将干磨后立方结构PbSe粉末与Se粉混合均匀，另外加入无水乙醇湿磨也可以防止原料粘附与磨球和球磨罐上。

步骤4)对经湿磨后的产物进行干燥处理，得到干燥粉末前驱物；

步骤5)对所得到的干燥粉末压制成块体；

步骤6)将压制成的块体进行高压合成，得到四方相PbSe₂化合物；所述高压合成，是在高温高压装置上进行，块体样品包裹氮化硼绝缘管，装入叶腊石合成块中，采用的合成压力为3～5GPa，合成温度为600～800℃，升温速率为200～400℃/min，保温保压时间为40min。

在所述步骤2)和3)中，球料质量分别比为20:1和15:1，转速分别为400转/分和300转/分，球磨预定时间分别为2小时和0.5小时。干磨时间不小于1小时，转速不小于350r/min，即可获得使Pb和Se合金化形成立方结构PbSe前驱物。湿磨转速不小于200r/min，湿磨时间不小于30分钟即可混合均匀。球磨转速不小于350转/分钟(干磨)和200r/min(湿磨)，时间不小于1小时(干磨)和0.5小时(湿磨)，不会影响后继结果。湿法球磨球料比不包括乙醇的质量，湿磨过程中对球料比的要求并不严格，只要球料比不低于10即可实现样品混合均匀。