一种高纯NaAlB14晶体的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高纯NaAlB14晶体的制备方法，属于非金属材料领域。
背景技术
基于B12二十面体的富硼化合物，凭借其优异的物理性质、化学性质吸引了人们的广泛关注，这类化合物可被用作高温半导体、高温热电材料、探测器以及磨料。
2005年，Okada等人在氩气气氛下以Na2B4O7粉、晶态B粉和Al金属片作为原料，首次合成NaAlB14晶体。XRD显示所制备的NaAlB14产物中含有Al2O3杂质。硬度测试表明NaAlB14晶体{100}和{010}晶面的维氏硬度分别为23.3GPa和28.4GPa，当以碱金属Na直接作为Na源与晶态B粉和Al金属片反应时，在相同条件下却没有制备出NaAlB14化合物。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单、成本低廉的制备高纯NaAlB14化合物晶体的方法。为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种高纯NaAlB14晶体的制备方法，其特征在于：高温高压条件下，以碱金属Na块，金属Al粉和B粉为原料用元素法制备NaAlB14晶体。
本发明技术方案的进一步改进在于：制备方法包括以下步骤：
(1)在惰性气体的手套箱中，将碱金属Na块，金属Al粉以及B粉，按一定比例预压成块装入BN坩埚;
(2)经过800℃-1500℃左右高温和1-6Gpa高压处理后，用稀盐酸除去剩余的金属Na和Al，即可得到高纯NaAlB14晶体。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述的NaAlB14晶体化学成分为：Na：Al：B=1:1:14，晶体结构为正交结构，空间群为Imma(74)，晶格参数为α=β=γ=90°，外观为棱柱状的黑色晶体。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述的B粉包括无定型B粉和晶态B粉。
本发明技术方案的进一步改进在于：
步骤(1)中碱金属Na块和B粉的摩尔比以及金属Al粉和B粉的摩尔比都不小于14：1。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步为：
本发明与现有技术相比具有以下优点：由碱金属Na块,金属Al粉以及晶态B粉，元素法直接反应制备高纯NaAlB14化合物晶体，工艺简单;本发明制备方法所制备的NaAlB14晶体纯度较高，不含杂质。这种非金属材料熔点高，硬度高，可用作高温半导体材料，高温热电材料以及磨料。
附图说明
图1为本发明实施例制备的NaAlB14晶体的X射线衍射图以及NaAlB14理论结构模型的X射线衍射图;
图2为本发明实施例制备的NaAlB14拉曼散射谱图以及NaAlB14理论结构模型的拉曼散射谱图;
图3-图4为本发明实施例制备的NaAlB14晶体的扫描电镜图。
具体实施方式
实施例1
在充满Ar气的手套箱中，将金属Na块、Al粉以及晶态B粉按摩尔比1:1:1预压成块，装入BN坩埚，经高温高压1500℃，1Gpa保温0.5小时后，用稀盐酸除去剩余的金属Na和Al，得到高纯NaAlB14晶体。NaAlB14化合物晶体的化学成分为：Na：Al：B=1:1:14，晶体结构为正交结构，空间群为Imma(74)，晶格参数为α=β=γ=90°，外观为棱柱状的黑色晶体，具有半导体性质。
实施例2
在充满Ar气的手套箱中，将金属Na块、Al粉以及无定型B粉按摩尔比1:1:0.5预压成块，装入BN坩埚，经高温高压800℃，6Gpa保温0.5小时后，用稀盐酸除去剩余的金属Na和Al，得到高纯NaAlB14晶体。NaAlB14化合物晶体的化学成分为：Na：Al：B=1:1:14，晶体结构为正交结构，空间群为Imma(74)，晶格参数为α=β=γ=90°，外观为棱柱状的黑色晶体，具有半导体性质。
实施例3
在充满Ar气的手套箱中，将金属Na块、Al粉以及晶态B粉按摩尔比1:1:0.2预压成块，装入BN坩埚，经高温高压1000℃，5Gpa保温0.5小时后，用稀盐酸除去剩余的金属Na和Al，得到高纯NaAlB14晶体。NaAlB14化合物晶体的化学成分为：Na：Al：B=1:1:14，晶体结构为正交结构，空间群为Imma(74)，晶格参数为α=β=γ=90°，外观为棱柱状的黑色晶体，具有半导体性质。
利用X射线衍射仪(Bruker D8，Germany)对得到粉体进行分析，如图1所示，通过与NaAlB14理论结构模型模拟的X射线衍射图谱比较，粉体主要由NaAlB14相构成，纯度较高。
利用拉曼光谱仪(HORIBA Jobin Yvon)对得到的粉体进行分析，如图2所示，通过与NaAlB14理论结构模型模拟的拉曼散射谱图比较，其主要成分由NaAlB14相构成。
如图3所示，从扫描电子显微镜得到的形貌图(SEM，FEI SCIOS)可以看出，NaAlB14晶体尺寸在微米级别。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
本发明的说明书中列举了各种组分的可选材料，但是本领域技术人员应该理解：上述组分材料的列举并非限制性的，也非穷举性的，各种组分都可以用其他本发明说明书中未提到的等效材料替代，而仍可以实现本发明的目的。说明书中所提到的具体实施例也是仅仅起到解释说明的目的，而不是为例限制本发明的范围。
另外，本发明每一个组分的用量范围包括说明书中所提到的任意下限和任意上限的任意组合，也包括各具体实施例中该组分的具体含量作为上限或下限组合而构成的任意范围：所有这些范围都涵盖在本发明的范围内，只是为了节省篇幅，这些组合而成的范围未在说明书中一一列举。说明书中所列举的本发明的每一个特征，可以与本发明的其他任意特征组合，这种组合也都在本发明的公开范围内：只是为了节省篇幅，这些组合而成的范围未在说明书中一一列举。
