碲化鉛

碲化鉛

碲化鉛為極性化合物,分子式為PbTe,以Pb2+和Te2-構成立方晶格。碲化鉛是典型的半導體,有顯著的紅外光電導特性。碲化鉛空氣中加熱時,容易氧化,因此要在惰性氣體中或真下拉制單晶。碲化鉛可由鉛和碲直接化合而得;可用溫差電發生器的活性組分。

基本信息

理化性質

碲化鉛碲化鉛

碲化鉛為白色立方晶體,分子式為PbTe。不溶於水或酸(包括氫氟酸、鹽酸、高私心雜念酸、醋酸和醋酸鈉加氫氧化鈉的溶液)中,但能溶於熱的濃硝酸中,生成硝酸鉛二氧化碲。也能溶於濃硫酸中,生成紅色的三氧化硫加合物(`TeSO_3`)及硫酸鉛。在950℃以上真空中加熱則部分分解出成分元素。空氣中加熱生成一氧化鉛(`PbO`)及二氧化碲。與鈉汞齊作用生成碲化鈉(`Na2Te`)及鉛汞齊。在熔融碳酸鈉中生成碳酸鉛及一氧化碲。由金屬鉛與碲按比例熔合而成。

碲化鉛為極性化合物,是典型的半導體,有顯著的紅外光電導特性。碲化鉛在空氣中加熱時,容易氧化,因此要在惰性氣體中或真空下拉制單晶。碲化鉛可由鉛和碲直接化合而得;可用作溫差電發生器的活性組分。

合成方法

常規方法

常規的製法是將高純度的鉛和碲按化學計量比例配料,裝在石英安瓿中。在熔爐中,將石英安瓿在1050℃真空下熔融12h,然後在空氣中驟冷合成PbTe。製得的PbTe可用氣相生長和區域熔煉法生長PbTe單晶。若用與製備碲化亞錫(SnTe)製法相類似的方法則不需要如上的高溫,石英安瓿在高真空中慢慢升溫達425℃,加熱72h即可。電解法製取PbTe與電解法製取SnTe相似。

納米線製備方法

碲化鉛納米線製備方法,屬於熱電半導體材料技術領域。該方法按如下步驟進行:

第一步,製備直徑為3-20納米的Te納米線;

第二步,將與Na2TeO3等摩爾比的Pb(NO3)2加入Te納米線的溶液中於90-100℃密封在高壓釜中反應9-12小時,得到直徑均勻、長度可達幾微米到100微米的PbTe納米線。優點:通過控制生長溫度、鉛鹽濃度、反應時間可以生長出直徑均勻且平均直徑小於它的激子玻爾半徑的PbTe納米線。

因此,用這種方法製備出的PbTe納米線可以作為一種理想的科學研究材料,為以後熱電納米器件的製備及實現奠定了良好的基礎。

研究進展

X射線衍射研究

用離子束輔助沉積光學薄膜技術在單晶鍺基底上製備了碲化鉛薄膜,研究離子束能量,沉積溫度和薄膜厚度對薄膜織構的影響,其中部分實驗利用和氧的混合離子束進行輻照以考察氧對薄膜織構的影響。在沉積過程中,保持沉積速率,束流密度和沉積壓力不變,用X射線衍射儀分析研究了薄膜的織構。結果表明:碲化鉛薄膜晶面取向主要有(200),(220),(311),(222),(400),(420),(422)和(600)等,其衍射強度,峰值隨著膜厚的增加,薄膜的結晶性能的不同而發生變化。在同一沉積溫度條件下,隨著膜厚的增加,薄膜的結晶性能的譜化最為明顯,其次為離子輻照能量。隨著厚度的增加,薄膜的生長趨於多晶結構,(200),(220),(400)和(420)晶面的垂長更加趨於平行於基底表面。表面形貌的變化隨厚度的變化也相當明顯,當厚度小於2μm時,表面烏黑髮誣衊亮,隨著厚度的增加,表面起皺無光澤,易脫落,當厚度大於6μm時,在基底上很難沉積完整的薄膜。對於同一厚度的薄膜,離子輻照能量對薄膜晶粒的生長也有相當大的影響。當溫度為室溫,厚度為4μm時,對於100eV時沉積的樣品,(200)衍射面的衍射強度最強,其次是(220),(222),(400)和(420)晶面的衍射峰強度比較小,但是當能量大於300eV時,(222)晶面衍射峰強度急劇增加,表現出擇優生長的趨勢。儘管晶面衍射峰強芳變化較大,但是,所有樣品在晶面間距最大變化均小於0.5%。對於氧離子轟擊的樣品,未發現其它相的存在。

研究成果

2012年9月19日物理學家組織報導,美國西北大學和密西根州立大學的機械工程師合作開發出一種穩定的環保型熱電材料,這種新材料基於常用的半導體碲化鉛,熱電品質因數(ZT)創下世界紀錄,達到2.2,可將15%至20%的廢(余)熱轉換成電力,成為最有效的熱電材料。這項研究結果發表在2012年9月20日的《自然》雜誌上。

主要用途

用於製造熱電變換器(製冷器、發電器、熱源),紅外探測器,隧道二極體。還可用作溫差發電、溫差致冷的材料。

貯存方法

保持貯藏器密封、儲存在陰涼、乾燥的地方,確保工作間有良好的通風或排氣裝置。

危害性

水危害級別對水是極其危害的,即使是少量產品滲入地下也會對飲用水造成危害,若無政府許可勿將產品排入周圍環境。對水中有機物有劇毒和危害.

能刺激呼吸器官、黏膜和皮膚,少量攝入可刺激腸胃,導致噁心,嘔吐和腹瀉。產品含,可能會導致癌症,生產時應避免和眼睛、皮膚及衣物接觸,避免攝取和吸入。生產人員應穿工作服、戴口罩和乳膠手套等勞保用品。

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