本发明专利技术涉及一种超大Seebeck系数FeSb2单晶的制备方法，制备过程为：以高纯的金属Fe与Sb的粉末为原料，按照Fe：Sb在1.1：8.0~1.2：9.0范围内的摩尔比配比，充分研磨后密封于石英管中，再置于垂直炉中进行生长。该方法的特点是石英管的底部为圆锥形（角度范围在25~35度），使用此类石英管的优势在于能够减少晶核形成，提高结晶效率。制得的单晶样品显现出良好的表面光洁度、致密度、均匀性。单晶粉末、单晶块材的X射线衍射图，及其劳厄衍射图可充分证实所制备的FeSb2晶体是单相的、完整的。由于此方法只需要有一个恒温区和下端梯度温区即可实现，因此具有设备简单、成本低，生长效率高的特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种超大Seebeck系数FeSb2单晶的制备方法，生长具备包晶点单晶材料的技术，属于晶体生长领域。
技术介绍
FeSb2属于热电材料，随着能源和环境问题变得日益严峻。作为新型的能源替代介质，热电材料的研究与开发已成为材料研究领域的一大热点。热电材料是一种热能和电能可以相互转换的新型功能材料。由热电材料制备的发电和制冷装置具有体积小、无污染、无噪音、无磨损、可靠性好、寿命长等突出优点，具备其他能量转换装置无法替代的功能，因此在温差发电和热电致冷等领域具有极其广泛的应用前景。利用热电材料进行温差发电是一种可靠且有效的发电方式，其研究目前主要应用于三个领域第一是航天、野外和海洋作业等特殊领域使用的发电装置，如美国的旅行者I号、II号及卡西尼宇宙飞船上都装备了放射性同位素温差发电器；第二是利用太阳能的温差发电装置；第三是利用低品位热源和废热发电，如利用垃圾焚烧、工厂产生的废热和汽车发动机的余热来进行温差发电。利用热电材料进行温差电致冷也是一种简单快捷、绿色环保的致冷方式。其主要的应用领域是制作小型制冷装置，如在计算机芯片、激光器的冷源、红外探测器、光电子领域的小功率制 冷；此外在医学、生物试样冷藏等方面温差电致冷也有大量的应用。近年来，四个方面的发展给热电材料的深入研究注入了新的活力和动力(1)环境保护(取消氟里昂制冷，使用清洁能源)和开发新能源(如太阳能、地热和海水热源等)的呼声日益高涨，特别是从1972年开始的以原油价格暴涨为标志的能源危机，导致人们对能源有限、能源将出现短缺开始警觉，尤其是意识到对单一能源依赖带来的社会危机感和经济危险性，从而大量的技术活动集中到新能源的开发及各类能源的综合利用方面，因此促进了有商业价值的热电发电的可行性研究；(2)固体理论和半导体物理的发展使我们可以研究以往没有也无法研究的复杂体系；(3)高性能计算机的出现使复杂化合物的能带结构计算成为可能，科学工作者有能力从本质上弄清热电原理及热电传输特性，从而可以找到新的高性能热电材料及提高现有材料热电性能的途径；(4)据专家估计，在2005 - 2015年期间，由于高频、大容量以及大尺寸半导体芯片的发展，风扇散热方式将不能满足要求，寻求更为有效的散热方式将成为今后几年大功率芯片冷却所面临的重大课题，利用小型甚至微型热电冷却装置对提高CMOS微处理器的速度及安全性的前景颇大。基于这些因素的存在又一次引发了热电材料研究的高潮，特别是在西方发达工业国家，热电材料的研究重新受到高度重视。例如美国在1997-1998年财政年度由国防高级研究项目署推出了一个新的为期四年的热电问题研究计划，投资经费高达3000万美元，以资助热电材料领域中一些创新设想的研究。在我国，热电材料的研究也逐渐升温。随着我国国民经济的迅速发展，能源和环境问题日益突出。热电材料由于其在低品位能源利用及环境保护方面的特殊功能，已成为我国新材料研究领域的一个热点。在2007年的时候，Bentien et al报道了 FeSb2热电方面相关性质,首先Seebeck系数在10 K左右达-45000 μ聰,这是有史以来最高的记录，有望在新型热电材料开发和应用方面取得重大突破，因此生长大块的FeSb2单晶来搞清其机理从而对于热电材料的开发和应用具有非常重要的意义。FeSb2单晶长期以来主要采用助溶剂法、化学气相输运法以及水热合成法，这些方法的共性就是不易合成大块完整的单晶，化学气相输运法和水热合成法生长条件比较难控制，所以目前常用的是助溶剂法，其中采用组分中的Sb作为助溶剂，助溶剂的含量非常高，熔质所占的质量分数一般只有10% — 15%，致使熔质结晶量很少，得不到大的结晶颗粒，并且得到的单晶分散在Sb中，比较难于分离FeSb2与Sb。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种超大Seebeck系数FeSb2单晶制备方法，通过有效设计并利用炉体的温度梯度，控制恒温区降温速率，从而得到具有包晶点超大Seebeck系数FeSb2单晶材料新方法。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案 一种超大Seebeck系数FeSb2单晶制备方法,具体步骤如下 Α.初始原料由Fe与Sb组成，将高纯的Fe和Sb粉末按摩尔比在1. 1:8. (Tl. 2:9. O范围,经精确称量、研磨、 充分混合； B.将得到的混合物放在底端为圆锥形的石英管中，其圆锥形尖端的角度范围在25 35度；使用真空泵将石英管内部空气抽出，再通入Ar气，重复以上过程3-4次，在高温火焰上将石英管密封； C.将该密封的石英管挂在垂直炉内的恒温区，加热至830-880°C，维持36-48小时，确保样品熔化均匀； D.将样品下降3-6cm，使样品处在恒温区与梯度温区交界处； E.控制恒温区以小于O.5 °C/h的速度降温至710°C-730°C，然后将所得样品进行淬火。与现有技术相比，本专利技术具有如下突出的优点 本方法采用的是梯度冷却生长方法，可用于制备具有包晶点材料的单晶，此方法的优势在于可以控制单晶沿石英管的底部尖端生长，并且有效的分离晶体(FeSb2)与助溶剂(Sb)，是一种结合布里奇曼法与助溶剂法的新方法。该方法适用于样品在原始配比下无法形成所需要的晶体，而在某个组分过量情况下可以得到该晶体的情况。通过对得到的晶体粉末、晶体块材的X射线衍射及其劳厄衍射数据分析得知，我们得到的晶体FeSb2是单相的，且具有良好的取向性。附图说明图1为Fe和Sb的相图。图2为具有包晶点晶体的梯度冷却法生长装置原理图。图3 (a)为实施例一中Fe与Sb比例为1. 12 8. 88，降温速度为O. 5 V /h，所得到的FeSb2单晶与Sb的照片。(b)为FeSb2与Sb的分界面。(C)为断开的沿b轴方向的自然解离面。图4 (a)为单晶粉末的X射线衍射图，(b)为单晶解理面(图3 (b)所示)的X射线衍射图，(b)中插图为解理面的劳厄衍射图谱。具体实施例方式下面结合附图，通过实施例对本专利技术进行详细说明 实施例FeSb2单晶制备的具体步骤如下 A.从图1中可以得知，控制Sb的量在88. 8%-99. 2%范围内从高温降温可以形成FeSb20在结晶过程中，随着FeSb2的生成，剩余的Sb的比例逐渐增大，为防止Sb的量超出88. 8%-99. 2%范围，控制Sb的量在88. 8%，同时也可以提高FeSb2的生成量。因此要按照摩尔比例1. 12:8. 88将Fe粉和Sb粉称重。将称量好的样品放入研钵中，在研钵中加入少许酒精，酒精量覆盖样品即可，研磨8 hrs使Fe粉和Sb粉混合均匀。B.待酒精完全挥发后，将得到的混合物放入一端带尖的石英管中，为防止机械泵将混合物抽出，在混合物上方放置一块石棉。放置稳定后，将石英管紧密的连接在机械泵上并用喉箍固定紧。为防止粉末喷射，从而推动石棉，缓慢打开机械泵将石英管内气压控制在5Pa以下。为了降低石英管中的氧气含量，向抽好的石英管中通入Ar气，重复抽真空和通Ar气过程3-4次。最后将石英管再次抽至5Pa以下，并在乙炔和氧气混合气体的火焰上将样品密封在石英管中。C.将石英管中带有石棉的一端用铁丝绑好并垂直地挂在垂直炉内(如图2实线部分所示)，使石英管在恒温区内旋转，同时本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种超大Seebeck系数FeSb2单晶制备方法，其特征在于，具体步骤如下：A.初始原料由Fe与Sb组成，将高纯的Fe和Sb粉末按摩尔比在1.1:8.0~1.2:9.0范围，经精确称量、研磨、充分混合；B.将得到的混合物放置在底端为圆锥形的石英管中，其圆锥形尖的角度范围在25~35度；使用真空泵将石英管内部空气抽出，再通入Ar气，重复以上过程3?4次，在高温火焰上将石英管密封起来；C.将该密封的石英管挂在垂直炉内的恒温区中，加热至830?880?℃，维持36?48?小时，确保样品熔化均匀；D.将样品下降3?6?cm，使样品处在恒温区与梯度温区交界处；E.控制恒温区以小于0.5?℃/h的速度降温至710℃?730℃，然后将所得样品进行淬火。
【技术特征摘要】
1.一种超大Seebeck系数FeSb2单晶制备方法，其特征在于，具体步骤如下A.初始原料由Fe与Sb组成，将高纯的Fe和Sb粉末按摩尔比在1.1:8. (Tl. 2:9. O范围，经精确称量、研磨、充分混合；B.将得到的混合物放置在底端为圆锥形的石英管中，其圆锥形尖的角度范围在25 35 度；使用真空泵将石英管内部空气抽出，...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹义明，袁淑娟，曹世勋，张金仓，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：
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