一種利用調節(jié)pH值進行納米碲化鉍粒度分級的方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及納米碲化鉍粒度分級的方法。
【背景技術】
[0002]目前拓撲絕緣體的表面金屬狀態(tài)和內部絕緣狀態(tài)的性質已經引起極大的關注，因為它們這種異乎尋常的物理性能使其在低損耗自旋電子學器件以及量子計算機等領域有著廣泛的應用前景。碲化鉍(Bi2Te3)是拓撲絕緣體之一，其內部為存在能隙的絕緣態(tài)，表面是無能隙、自旋極化并呈線性色散關系的金屬態(tài)。Bi2Te3晶體屬于六角晶系，空間點群為D53d(R3m)，每層是由五個原子共價鏈接而成。沿著c軸的層狀排列如下:---Te—Bi —
Te一Bi一Te---Te一Bi一Te一Bi一Te---。層與層之間以van der Waals作用形成晶體結構。維度是決定材料性能的重要參數之一，二維納米化的拓撲絕緣體Bi2Te3能夠減少晶體缺陷，減少殘余體電導，提高表面效應，通過抑制熱導率來提高熱電效應。對于一個好的熱電材料來說，挺高ZT值是必不可少的，納米化的研宄使Bi2Tej^ ZT值得到了很大的提高。所以納米化的Bi2Te3在熱電器件領域會有更大的應用前景。目前制備二維Bi 21^3的方法有分子束外延、機械剝離和化學溶液合成等，這些制備方法不僅設備昂貴，而且所得到的二維拓撲絕緣體尺寸不均一，表面形貌不易控制，產率低，使其在應用方面得到限制。申請?zhí)枮?01410080171.X的中國專利公開了一種制備碲化鉍納米片的方法，該方法將碲化鉍和碳酸鋰在苯甲醇中劇烈攪拌后，水熱處理，然后離心分離，得到碲化鉍納米片，但是依然存在納米片尺寸不均一，尺度分散性大的問題。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明是要解決現有的制備的Bi2Te3納米片尺寸不均一、尺度分散性大的技術問題，而提供一種利用PH值進行納米碲化鉍粒度分級的方法。
[0004]本發(fā)明的一種利用pH值進行納米碲化鉍粒度分級的方法，按以下步驟進行:
[0005]一、在氮氣氣氛的手套箱中，將碲化鉍粉末加入到裝有正丁基鋰的正己烷溶液的容器中，使碲化鉍粉末浸泡到液體中，密封放置36?72小時后，將液體去除，將固體留在敞口容器中，在手套箱中繼續(xù)放置24?48h ；
[0006]二、將裝有碲化鉍的容器從手套箱中取出，加入水，攪拌或超聲處理，得到Bi2Te3懸浮液；
[0007]三、在Bi2Te3懸浮液中加入鹽酸溶液調節(jié)pH值為7，然后離心分離得到固相物I和液相物I，將固相物I干燥，得到一級Bi2Te3納米片；在液相物I繼續(xù)加入鹽酸(HCl)溶液調節(jié)PH值至6，然后離心分離得到固相物II和液相物II，將固相物II干燥，得到二級Bi2Te3納米片；再在液相物II中加入鹽酸(HCl)溶液調節(jié)pH值至5，然后離心分離得到固相物III和液相物III，將固相物III干燥，得到三級Bi2Te3納米片；在液相物III中加入鹽酸溶液調節(jié)pH值至4，然后離心分離得到固相物IV和液相物IV，將固相物IV干燥，得到四級Bi2Te3m米片，完成納米碲化鉍粒度分級。
[0008]繼續(xù)用鹽酸逐級降低液相物pH值，可以分離獲得尺寸更小的Bi2Te3m米片。步驟三中在液相物IV中加入鹽酸溶液調節(jié)PH值至3，然后離心分離得到固相物V和液相物V，將固相物V干燥，得到五級Bi2Te3m米片。步驟三中在液相物V中加入鹽酸溶液調節(jié)pH值至2，然后離心分離得到固相物VI和液相物VI，將固相物VI干燥，得到六級Bi2Te3納米片。步驟三中在液相物VI中加入鹽酸溶液調節(jié)PH值至1，然后離心分離得到固相物VE和液相物VII，將固相物VE干燥，得到七級Bi2Te3m米片。
[0009]本發(fā)明將Bi2Te3粉末浸入正丁基鋰的正己烷溶液中，鋰離子在Bi2Te3*插層，當鋰離子插層的扮21^3粉浸沒在蒸餾水中時，Bi 21^3層中的鋰離子與水接觸后產生的氣體逸出，形成單層Bi2Te3，在水中形成高度不透明的懸浮液。調節(jié)懸浮液至不同的pH值，分離成不同大小的單層Bi2Te3片，Bi2Te3片尺寸均勻。利用本發(fā)明的方法可以方便、環(huán)保、便宜地分離出不同尺寸的二維Bi2Te3。這種粒度均勻的二維Bi2Te3可用于電子學器件，熱電器件中。
【附圖說明】
[0010]圖1是實施例1中分離出的一級單層Bi2Te3;
[0011]圖2是實施例1中分離出的二級單層Bi2Te3;
[0012]圖3是實施例1中分離出的三級單層Bi2Te3;
[0013]圖4是實施例1中分離出的四級單層Bi2Te3;
[0014]圖5是實施例1中分離出的單層Bi2Tej^粒徑隨pH值變化的關系曲線。
【具體實施方式】
[0015]【具體實施方式】一:本實施方式的一種利用pH值進行納米碲化鉍粒度分級的方法，按以下步驟進行:
[0016]一、在氮氣氣氛的手套箱中，將碲化鉍粉末加入到裝有正丁基鋰的正己烷溶液的容器中，使碲化鉍粉末浸泡到液體中，密封放置36?72小時后，將液體去除，將固體留在敞口容器中，在手套箱中繼續(xù)放置24?48h ；
[0017]二、將裝有碲化鉍的容器從手套箱中取出，加入水，攪拌或超聲處理，得到Bi2Te3懸浮液；
[0018]三、在Bi2Te3懸浮液中加入IM的HCl溶液調節(jié)pH值為7，然后離心分離得到固相物I和液相物I，將固相物I干燥，得到一級Bi2Te3納米片；在液相物I繼續(xù)加入鹽酸溶液調節(jié)PH值至6，然后離心分離得到固相物II和液相物II，將固相物II干燥，得到二級Bi2Te3納米片；再在液相物II中加入鹽酸溶液調節(jié)PH值至5，然后離心分離得到固相物III和液相物III，將固相物III干燥，得到三級Bi2Te3納米片；在液相物III中加入鹽酸溶液調節(jié)pH值至4，然后離心分離得到固相物IV和液相物IV，將固相物IV干燥，得到四級Bi2Te3納米片，完成納米碲化秘粒度分級。
[0019]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是步驟一中的碲化鉍粉末浸泡到液體中，密封放置時間為60小時。其它與【具體實施方式】一相同。
[0020]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二不同的是步驟一中，將液體去除后將固體留在敞口容器中，在手套箱中繼續(xù)放置36h。其它與【具體實施方式】一或二相同。
[0021]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同的是