[发明专利]一种制备Bi2(SexTe1-x)3单晶纳米片的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体纳米材料的制备方法，具体是一种直接通过溶剂热法制备Bi₂(Se_xTe_1-x)₃单晶纳米片的方法，属于半导体纳米材料及其制备的技术领域。

背景技术

五六族二元及三元化合物半导体纳米材料，由于其特殊的非线性性质、荧光特性、量子尺寸效应和其它的重要物理化学性质而具有广泛的应用前景，可以作为热电和光电元件应用于各种仪器和设备中。

热电材料制冷是一种新型环保的制冷方式。在国内，热电材料主要应用在小型的制冷装置，如红外探测、计算机、光电子领域小功率的制冷，以及在生物试样冷藏、医学等方面的应用。如果能进一步提高热电材料的转换效率，热电材料有望改变氟利昂制冷的现状，成为新一代的制冷材料，这对于可持续发展和环境保护都是非常有益的技术。

应用热电效应进行发电或制冷时，其能量转换效率与热电材料的热电性能指数密切相关。因此提高热电材料热电性能指数是当今科学家研究的一大热门课题。Ioffe等人提出了短程无序的理论，他们认为材料短程有序性的破坏，能够提高材料对声子的散射，如果能同时保持材料的长程有序性，就能够不破坏载流子的迁移效率，同时杂质的引入会增加短程无序性，进一步降低材料的晶格热导率。通常在Bi₂Te₃中用Sb、Se来作为合金元素调节能带结构，达到降低热导率的目的。除了掺杂，在1993年，Dresselhaus等人提出了低维化的理论。认为根据热电材料的特性，低维化能够有效提高热电材料的性能。此后Venkatasubramian等人在实验中也证明了低维化对Bi₂Te₃基材料具有的显著效果。低维化的热电材料会产生量子限域效应，影响材料的Seebeck系数、电导率和电阻率。另一方面纳米结构引入了大量的晶界，能够大大提高材料的晶界密度。晶界对声子的散射能力很强，而对载流子的散射相对较弱，这就使得材料的电导率大大下降，电导率得意保持，热电性能得到提高。因此，Bi₂Te₃基纳米材料的制备引起了科学家们的广泛关注。目前最常用的合成方法有水热溶剂热法、气相法、球磨法。

溶剂热法：如2009年，李晓光及其课题组以乙二醇为溶剂，五族氧化物和六族氧化物为前驱物，以聚乙烯吡咯烷酮和氢氧化钠来控制产物形貌，合成出多种组分五六族二元及三元系六方形貌的纳米片，参阅CrystalGrowth﹠Design第9卷第145页。

气相法：如2014年，程国胜、孔涛及其课题组以Sb₂Se₃和Bi₂Se₃混合后做为前驱物，中心温区温度维持在380摄氏度，以金为催化剂镀于硅片上作为衬底，用氩气做保护气体，气流量200sccm，压力维持在10托，反应12个小时，生长（Sb₁-_xBi_x）₂Se₃纳米线，参阅Adv.Funct.Mater第24卷第3581页。

球磨法：如2010年，任志峰课题组以高纯的碲、铋、硒粉末按一定比例作为前驱物进行高能球磨制备粒径在20-50nm的Bi₂Te_2.7Se_0.3颗粒。其ab面的ZT值与传统碲化铋基n型单晶材料相比提高了22%，参阅NanoLett第10卷第3373页。

现有技术中，其制备方法操作过程繁杂或要求实验条件苛刻。而使用溶剂热法以二亚乙基三胺为溶剂，氯化铋和碲、硒单质粉末为前驱物，无任何模板剂合成组分可调Bi₂(Se_xTe_1-x)₃单晶纳米片还未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用溶剂热法以二亚乙基三胺为溶剂，氯化铋和碲、硒单质粉末为前驱物，无其它表面活性剂辅助下，合成组分可调Bi₂(Se_xTe_1-x)₃单晶纳米的制备方法，该方法具有可在低温下进行，工艺流程简单，对环境污染小，所得产物结晶性、分散性较好等优点。