專利名稱：一種高純P型CuAlO₂粉體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氧化物半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，具體涉及ー種高純P型CuAlO2粉體的制備方法。
背景技術(shù)：
作為天然存在的P型透明導(dǎo)電氧化物(TCO)中重要的ー員，CuAlO2在太陽能電池、平板顯示等領(lǐng)域具有美好的應(yīng)用前景，在理論和實驗方面也已經(jīng)得到廣泛的關(guān)注和研究。以往制備的CuAlO2粉體，大多含有一定量的CuO等雜質(zhì)的存在，而本制備過程則可以獲得純度極高的CuAlO2粉體?，F(xiàn)有的CuAlO2粉體制備方法主要有溶膠-凝膠法，水熱法以及固態(tài)反應(yīng)法等。其中，固態(tài)反應(yīng)法因具有操作過程簡單，無需昂貴的真空實驗設(shè)備等優(yōu)點而被廣泛采用?，F(xiàn)有固態(tài)反應(yīng)法方法中所用原料主要是Cu2O (或CuO)和Al2O3 (或Al (OH) 3)，按ー定比例充分混合研磨，然后放入退火爐中在1100-1200攝氏度之間反復(fù)燒結(jié)處理，最終得到所需粉體樣品。由于現(xiàn)有制備方法中通常缺少對樣品的純化處理過程，所以現(xiàn)有的CuAlO2粉體制備方法容易導(dǎo)致產(chǎn)物中出現(xiàn)極少量的未發(fā)生反應(yīng)的起始反應(yīng)物等雜質(zhì)，從而使最終產(chǎn)物的純度有所降低。

發(fā)明內(nèi)容
針對以上現(xiàn)有制備方法中存在的缺陷，本發(fā)明提出一種高純P型CuAlO2粉體的制備方法，包括以下步驟
1)將氧化銅及氧化鋁經(jīng)球磨充分混合研磨后，于1200攝氏度下燒結(jié)10小吋，然后以3攝氏度每分鐘的速率降溫至800攝氏度，再自然冷卻至室溫；
2)加入過量稀酸溶液，充分?jǐn)嚢瑁?br> 3)經(jīng)反復(fù)沖洗過濾、干燥，得到所述高純P型CuAlO2粉體。其中，所述步驟3)之前，通過過濾、去離子水沖洗，反復(fù)多次重復(fù)步驟2)。
其中，所述氧化銅與氧化鋁摩爾比為2:1。由于通常對樣品純度的要求比較高(例如，為了排除雜質(zhì)對后續(xù)實驗測量結(jié)果的不必要干擾)，所以去除雜質(zhì)的過程顯得尤為重要，目前為止現(xiàn)有制備方法中尚未提出ー種理想的去除雜質(zhì)的方法。本發(fā)明中，利用稀酸溶液能夠與本反應(yīng)中除去CuAlO2粉體以外的其他雜質(zhì)(包括制備樣品時所用的反應(yīng)物氧化銅、氧化鋁以及由于原料純度不夠而可能引入的雜質(zhì)等)反應(yīng)，將其溶解，而不會與產(chǎn)品CuAlO2粉體反應(yīng)，能夠達到理想的去除反應(yīng)體系中雜質(zhì)的效果。為了充分完全去除雜質(zhì)，本制備方法中，在初次加入過量稀酸溶液，待充分反應(yīng)后，經(jīng)過濾、去離子水沖洗等步驟，更換稀酸溶液，反復(fù)多次去除雜質(zhì)。本發(fā)明制備方法對反應(yīng)原料的純度要求不高，所用儀器設(shè)備是普通的馬弗爐，無需昂貴的真空裝置，且操作過程簡単，制備周期短，無需反復(fù)燒結(jié)，成本低，效率高。
本發(fā)明方法中，通過稀酸溶液處理，可以去除樣品中的可能存在的CuO等雜質(zhì)，從而獲得聞純的樣品。為了充分去除所有可能含有的雜質(zhì)，并且避免所用試劑殘留在產(chǎn)物中，本發(fā)明方法中，稀酸處理的時間要足夠長，并且去離子水沖洗要徹底。采用本發(fā)明高純P型CuAlO2粉體的制備方法最終獲得的樣品純度高。同現(xiàn)有的一些制備方法相比，本發(fā)明制備方法中主要加入了去除那些可能未充分反應(yīng)的起始反應(yīng)物等雜質(zhì)的過程，這一點對于獲得高純的最終樣品是至關(guān)重要的(因為樣品純度的高低會對后續(xù)實驗測量產(chǎn)生直接的影響，從而對最終實驗結(jié)論產(chǎn)生干擾)。XRD結(jié)果顯示，采取本發(fā)明方法去除雜質(zhì)的方法，能夠獲得純度極高的單相樣品，從而有效的解決了以往實驗中由于起始反應(yīng)物未充分反應(yīng)而出現(xiàn)在最終樣品中的難題。


圖I所示為利用本發(fā)明制備方法所得的CuAlO2粉體的XRD譜圖。
具體實施例方式結(jié)合以下具體實施例和附圖，對本發(fā)明作進ー步的詳細(xì)說明。實施本發(fā)明的過程、條件、試劑、實驗方法等，除以下專門提及的內(nèi)容之外，均為本領(lǐng)域的普遍知識和公知常識，本發(fā)明沒有特別限制內(nèi)容。實施例I
首先稱取適量的摩爾比為2:1的氧化銅(CuO)和氧化鋁(Al2O3)粉末，經(jīng)過10小時球磨使其充分混合并進ー步研細(xì)；將球磨好的反應(yīng)原料裝入清洗干凈的剛玉坩堝，放進馬弗爐在空氣環(huán)境中開始燒結(jié)，在1200攝氏度保溫10小吋，隨后先以3攝氏度每分鐘的速率降溫到800攝氏度后，自然冷卻到室溫。將燒結(jié)產(chǎn)物取出后，放入過量的濃度為lmol/L的稀鹽酸溶液中，充分?jǐn)嚢枰允蛊渑c稀酸溶液充分接觸，以去除其中可能存在的未發(fā)生反應(yīng)的CuO等雜質(zhì)。待稀酸溶液與燒結(jié)產(chǎn)物充分反應(yīng)，經(jīng)過濾、去離子水沖洗，再次加入過量濃度為lmol/L的稀鹽酸溶液，如此反復(fù)進行去除雜質(zhì)的過程。當(dāng)經(jīng)過一段時間的靜置沉淀，向燒結(jié)產(chǎn)物中加入稀酸溶液，而溶液呈無色且不存在白色絮狀物(其為鋁離子水解的產(chǎn)物)存在為止。本實施例中的稀酸溶液，還可以采用其他能夠除去反應(yīng)體系中的雜質(zhì)(包括制備的反應(yīng)物氧化銅、氧化鋁)，而不會溶解產(chǎn)品CuAlO2粉體的稀酸溶液或試劑，稀酸溶液的濃度以能夠?qū)崿F(xiàn)上述去除雜質(zhì)的目的即可。本發(fā)明方法中，優(yōu)選采用稀酸溶液進行雜質(zhì)處理(雖然CuAlO2粉體也不溶于堿性溶液，但堿性溶液同樣不利于去除雜質(zhì))，如此既能去除可能存在的雜質(zhì)又不會影響到最終產(chǎn)物，所涉及的主要是稀酸溶解氧化物類的反應(yīng)，該反應(yīng)產(chǎn)物主要是能夠溶于水的鹽類，該反應(yīng)簡單易控，亦不會引入新的其他難以去除的雜質(zhì)。將經(jīng)過去除雜質(zhì)處理的燒結(jié)產(chǎn)物經(jīng)過濾、反復(fù)用去離子水沖洗，去除其中可能殘存的稀酸等，以避免引入其他雜質(zhì)。將洗滌干凈的沉淀物放入干燥箱，于120攝氏度干燥12小時，所得藍灰色粉末即是高純的CuAlO2粉體。圖I所示為通過對利用本制備方法所得的CuAlO2樣品的XRD譜圖，從圖中可見，、制備所得的最終樣品，只有純相的CuAlO2，其中并沒有CuO和Al2O3及反應(yīng)物中可能存在的其他雜質(zhì)等雜相。由此可見，本方法制備得到的產(chǎn)物純度極高。本制備方法中對反應(yīng)原料的純度要求不高，所用儀器設(shè)備就是普通的馬弗爐而無需昂貴的真空裝置等，操作過程簡単，制備周期短，無需反復(fù)燒結(jié)，成本低，效率高。本發(fā)明的保護內(nèi)容不局限于以上實施例。在不背離發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的變化和優(yōu)點都被包括在本發(fā)明中，并 且以所附的權(quán)利要求書為保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種高純P型CuAio2粉體的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 1)將氧化銅及氧化鋁經(jīng)球磨充分混合、研細(xì)，于1200攝氏度下燒結(jié)，然后以3攝氏度每分鐘的速率降溫至800攝氏度，再自然冷卻至室溫； 2)加入過量稀酸溶液中，充分?jǐn)嚢瑁? 3)經(jīng)反復(fù)沖洗過濾、干燥，得到所述高純P型 CuAlO2粉體。
2.如權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述步驟3)之前，通過過濾、去離子水沖洗，反復(fù)多次重復(fù)步驟2)。
3.如權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述氧化銅與氧化鋁摩爾比為2:1。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高純P型CuAlO2粉體的制備方法，將氧化銅和氧化鋁充分混合研磨后，在1200攝氏度燒結(jié)，冷卻到室溫后置入稀酸溶液，充分?jǐn)嚢?；?jīng)充分的稀酸處理和去離子水的沖洗、干燥，得到藍灰色的高純P型CuAlO2粉體。本發(fā)明方法對反應(yīng)原料的純度要求低，采用常見的實驗裝置，操作過程簡單，制備周期短，無需反復(fù)燒結(jié)，成本低，效率高。
文檔編號C01G3/00GK102730741SQ20121021010
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月25日
發(fā)明者唐政, 孫放, 趙旭光 申請人:華東師范大學(xué)