[发明专利]一种利用超声喷雾法制备单相钠钴氧热电化合物粉体的方法

说明书

本发明公开了一种利用超声喷雾法制备单相钠钴氧热电化合物粉体的方法，利用超声喷雾装置，将硝酸钠和硝酸钴混合溶液进行雾化得喷雾，并喷入不断搅拌的聚丙烯酸溶液中，得前驱体溶液；然后进行冷冻干燥，得到干燥的前驱体；再在空气气氛下进行热处理，得单相钠钴氧热电化合物粉体。本发明采用超声喷雾法，各反应物之间分散均匀，反应速率快，方法简单易控制、重复性好，能够显著降低煅烧温度并缩短反应时间；本发明可得到厚度为5nm～0.5μm的片状Na_xCo₂O₄化合物粉体，尤其可得到厚度为5～50nm的超薄片状结构，对制备块体热电材料有着重要的研究意义。

技术领域

本发明属于新能源材料领域，具体涉及一种利用超声喷雾法制备单相钠钴氧热电化合物粉体的方法。

背景技术

热电材料是一种利用固体中载流子和声子的输运及其相互作用，实现热能和电能之间直接相互转换的功能材料，用其制备的发电和制冷器件具有装置结构简单、无机械传动部分、体积小、寿命长、可靠性高、工作无噪音及对环境污染较小等一系列的优点。

过渡金属氧化物Na_xCo₂O₄热电材料是一种新型热电材料，它具有以下独特优点：(1)制备工艺简单。(2)高温性能稳定，不怕氧化。(3)无毒，对人体及环境无害。(4)少含或不含稀有金属元素，价格低廉。因此，这种材料在高温领域的热电应用方面有着显著优势。但是，目前这种材料的热电优值相对较小，存在转换效率偏低的问题，需要对其热电性能进行优化。研究表明，可以通过改进制备工艺、调控微观结构达到改善其热电性能的目的。不同的制备工艺得到的Na_xCo₂O₄材料具有不同的微观结构和性能。目前，对于Na_xCo₂O₄多晶材料的制备主要有固相反应法(SSR)、聚合合成法(PC)和柠檬酸络合法(CAC)，以上方法均存在一些问题，例如产物不均匀、制备周期长、原料成本高等，得到的化合物晶体微观结构均不同。因此，进一步探索研究Na_xCo₂O₄化合物微观结构及其制备方法对于提高其热电性能具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用超声喷雾法制备单相钠钴氧热电化合物粉体的方法，该方法能极大提高非均相反应速率，实现非均相反应物之间的均匀混合，加速反应物和产物的扩散，促进新相的形成，并控制颗粒的尺寸和分布。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种利用超声喷雾法制备单相钠钴氧热电化合物粉体的方法，包括以下步骤：

1)将钠源和钴源溶于水中，混合均匀得混合溶液I；

2)利用超声喷雾装置，将混合溶液I进行雾化得喷雾，并喷入不断搅拌的聚丙烯酸溶液中，得前驱体溶液；

3)将步骤2)中所得前驱体溶液进行冷冻干燥，得到干燥的前驱体；

4)将步骤3)中所得干燥的前驱体装入刚玉坩埚，放入马弗炉中在空气气氛下进行热处理，得到单相钠钴氧热电化合物粉体(Na_xCo₂O₄)，该产物保留了步骤3)中的定向层状纳米结构。

上述方案中，所述钠源为硝酸钠或碳酸钠，钴源为硝酸钴或乙酸钴。

上述方案中，所述混合溶液I中引入的钠离子的浓度为0.04～0.05mol/L，钴离子的浓度为0.04～0.05mol/L。

上述方案中，所述钠源引入的钠离子与钴源引入的钴离子的摩尔比为(0.7～1.1):1。

上述方案中，所述聚丙烯酸溶液的浓度为5-15mg/ml。