[發(fā)明專利]鉀摻雜菲分子晶體及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510055398.3
• 申請日: 2015-02-03
• 公開（公告）號: CN104651941B
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高云;王仁樹;閆循旺;鄔小林;黃忠兵
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北大學(xué)
• 主分類號: C07C15/30
• 分類號: C07C15/30
• 代理公司: 武漢河山金堂專利事務(wù)所(普通合伙)42212
• 代理人: 丁齊旭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及有機(jī)超導(dǎo)材料領(lǐng)域，具體涉及一種鉀摻雜菲分子晶體及其制備方法。

背景技術(shù)

在一種基質(zhì)材料中，摻入少量其他元素或化合物，以使基質(zhì)材料產(chǎn)生特定的電學(xué)、磁學(xué)和光學(xué)性能，從而具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值或特定用途。鉀作為摻雜物，早在1991年就被用于摻雜C60以獲得超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為18K的有機(jī)化合物超導(dǎo)體[Hebard,A.F.et al.Superconductivity at 18 K in potassium-doped C60.Nature 350,600–601(1991).]。2010年日本岡山大學(xué)Yoshihiro Kubozono及Ryoji Mitsuhashi等人用堿金屬摻雜二萘品苯發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)性[Mitsuhashi,R.et al.Superconductivity in alkali-metal-doped picene.Nature 464,76–79(2010).]，使堿金屬摻雜芳香烴化合物的有機(jī)超導(dǎo)體引起了人們極大的關(guān)注；2011年以來中國科學(xué)家在堿金屬摻雜菲[Wang,X.et al.Superconductivity at 5K in alkali-metal-doped phenanthrene.Nature Commun.2,507–513(2011).]和多苯環(huán)化合物[M.Xue,T.Cao,D.Wang,Y.Wu,H.Yang,X.Dong,J.He,F.Li,and G.F.Chen,Sci.Rep.2,389(2012).]中分別發(fā)現(xiàn)了5K和33K的超導(dǎo)電性。但是由他們的制備方法得到的鉀摻雜菲的晶體材料的X射線衍射譜并沒有出現(xiàn)相對未摻雜菲的峰位偏移，說明鉀原子在菲中的摻雜并沒有引起分子晶體結(jié)構(gòu)的顯著改變。

在實(shí)際運(yùn)用中，此類摻雜物具有超導(dǎo)電性的潛能，可以用于信息通信、強(qiáng)穩(wěn)恒磁場、工業(yè)加工、無損耗輸電、生物醫(yī)學(xué)、磁懸浮運(yùn)輸和航空航天等領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種更高超導(dǎo)分?jǐn)?shù)的鉀摻雜菲分子晶體的制備方法。

本發(fā)明一方面提供了一種鉀摻雜菲分子晶體，所述菲分子晶體呈層狀分布，鉀原子分布在菲分子層內(nèi)和層間，菲分子晶體c軸長度為1.28～1.30nm。

本發(fā)明第二方面提供了一種鉀摻雜菲分子晶體的制備方法，其包括以下步驟：

A.將粉末狀的菲與鉀單質(zhì)混合；

B.在真空度低于5x10^-4Pa、水和氧含量分別低于0.1ppm的條件下退火獲得鉀摻雜菲分子晶體，退火條件為160～210℃，降溫速率低于3℃/小時(shí)。

本發(fā)明的有益效果是：一方面，本發(fā)明在高真空、無水無氧條件下退火，通過控制退火溫度和降溫速率，可以將鉀原子有效地?fù)饺氲椒品肿泳w層內(nèi)和層間，增加了菲分子晶體c軸長度，獲得很好的[001]取向生長的高質(zhì)量晶體材料；第二方面，通過控制退火溫度和降溫速率，可以有效避免了氫化鉀等雜質(zhì)的生成，獲得高純度的鉀摻雜菲分子晶體，提高材料的超導(dǎo)分?jǐn)?shù),即superconducting fraction；第三方面，通過將鉀原子同時(shí)摻入到菲分子晶體層內(nèi)和層間，可以將菲由半導(dǎo)體態(tài)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的金屬態(tài)，并提高超導(dǎo)臨界溫度。

附圖說明

圖1為(a)純有機(jī)菲分子晶體，(b)兩個(gè)鉀原子在一個(gè)菲分子晶體中層內(nèi)摻雜，和(c)三個(gè)鉀原子在一個(gè)菲分子晶體中層內(nèi)層間共摻的晶體結(jié)構(gòu)圖；

圖2為實(shí)施例一得到樣品的X射線衍射圖；

圖3為實(shí)施例二得到樣品的X射線衍射圖；

圖4為實(shí)施例三得到樣品的X射線衍射圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明一方面提供了一種鉀摻雜菲分子晶體，所述菲分子晶體呈層狀分布，鉀原子分布在菲分子層內(nèi)和層間，菲分子晶體c軸長度為1.28～1.30nm。

如圖1所示，圖1a為菲分子晶體結(jié)構(gòu)示意圖，其a軸長度為0.85nm，b軸長度為0.62nm，c軸長度為0.95nm；圖1b為菲分子晶體在每一個(gè)菲分子層內(nèi)摻入兩個(gè)鉀原子后的結(jié)構(gòu)示意圖，其a軸長度為0.86nm，b軸長度為0.65nm，c軸長度為0.96nm；圖1c為菲分子晶體在每一個(gè)菲分子層內(nèi)摻入兩個(gè)鉀原子，每兩個(gè)菲分子層間摻入一個(gè)鉀原子后的結(jié)構(gòu)示意圖，其a軸長度為0.88nm，b軸長度為0.68nm，c軸長度為1.29nm。層間摻雜鉀原子后的菲分子晶體材料具有更高的超導(dǎo)分?jǐn)?shù)和超導(dǎo)臨界溫度。

優(yōu)選的，所述菲分子與鉀原子摩爾比為1:2～4。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述菲分子與鉀原子摩爾比為1:3，每一個(gè)菲分子層內(nèi)摻入兩個(gè)鉀原子，每兩個(gè)菲分子層間摻入一個(gè)鉀原子。