[發(fā)明專利]一種制備鐵硒超導(dǎo)體的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611046060.2
• 申請日: 2016-11-22
• 公開（公告）號: CN108083237B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李達(dá);李少杰;潘德勝;李勇;韓拯;耿殿禹;劉偉;張志東
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院金屬研究所
• 主分類號: C01B19/04
• 分類號: C01B19/04;B82Y40/00
• 代理公司: 沈陽晨創(chuàng)科技專利代理有限責(zé)任公司 21001
• 代理人: 崔曉蕾

本發(fā)明提供了一種制備具有四方晶體結(jié)構(gòu)的鐵硒(β?FeSe)超導(dǎo)體的方法，該方法采用可溶解的鐵和硒的前驅(qū)體為原材料，與適量具有還原性的有機(jī)溶劑、氫氧化鈉以及表面活性劑在反應(yīng)釜中混合。在無氧環(huán)境下密封后，混合物被加熱到反應(yīng)溫度，保溫一定時間，可以獲得具有超導(dǎo)電性的β?FeSe超導(dǎo)納米片。該方法工藝簡單、制備溫度低、反應(yīng)時間短，原料無毒無害，能夠合成厚度為10?200納米，邊長為500納米至十幾微米的四方晶體結(jié)構(gòu)β?FeSe片狀超導(dǎo)材料，可用于制備納米尺度超導(dǎo)器件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無機(jī)功能納米材料領(lǐng)域，具體涉及到一種制備鐵硒超導(dǎo)體的方法。

背景技術(shù)

在鐵硒二元化合物中，具有六方晶體結(jié)構(gòu)的NiAs-型FeSe高溫相是一種磁性半導(dǎo)體材料，而具有四方晶體結(jié)構(gòu)的PbO-型β-FeSe低溫相是一種鐵基超導(dǎo)材料。由于β-FeSe超導(dǎo)體具有鐵基超導(dǎo)體中最簡單的晶體結(jié)構(gòu)，對理解鐵基超導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與超導(dǎo)性能之間的關(guān)系非常重要，在物理和材料領(lǐng)域研究中被廣泛使用。

通過傳統(tǒng)的固態(tài)反應(yīng)方法[如美國科學(xué)學(xué)院學(xué)報(P.Natl.Acad.Sci.USA)2008,105,14262-14264]、熔鹽方法[晶體生長與設(shè)計(Cryst.Growth Des.)2009,9,3260-3264]以及氣相傳輸方法[美國化學(xué)會NANO雜志(ACS Nano)2013,7,1145-1154]能夠制備得到塊體β-FeSe超導(dǎo)體，但是這些方法需要高溫(大于700℃)和長時間的反應(yīng)過程，NiAs-型FeSe高溫相作為磁性雜質(zhì)相總是會出現(xiàn)在這些β-FeSe超導(dǎo)體中。采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積[超導(dǎo)科學(xué)與技術(shù)(Supercond.Sci.Tech.)2011,24,015010]和電化學(xué)沉積[日本物理學(xué)會雜志(J.Phys.Soc.Jpn.)2012,81,043702]等方法能夠生長β-FeSe超導(dǎo)體薄膜和納米棒陣列[材料快報(Mater.Lett.)2011,65,1741-1743]。低溫溶液化學(xué)方法制備β-FeSe材料能夠避免NiAs-型FeSe磁性雜質(zhì)相的出現(xiàn)，并且獲得片狀結(jié)構(gòu)單相β-FeSe[應(yīng)用物理雜志(J.Appl.Phys.)2014,115,17B502；材料化學(xué)(Chem.Mater.)2009,21,3655-3661；晶體工程通訊(Cryst.Eng.Comm.)2010,12,4386-4391；歐洲無機(jī)化學(xué)(Eur.J.Inorg.Chem.)2011,2098-2102；Cryst.Eng.Comm.2010,12,3138-3144；美國化學(xué)會志(J.Am.Chem.Soc.)2014,136,7189-7192.]。但是，由于β-FeSe超導(dǎo)電性對成分非常敏感，從前所有通過化學(xué)溶液過程制備的β-FeSe材料都沒有超導(dǎo)性質(zhì)。J.T.Greenfield等[Chem.Mater.2015,27,588-596]認(rèn)為可溶解到溶劑中的硒和鐵的原材料是溶液化學(xué)法制備的β-FeSe材料沒有超導(dǎo)性質(zhì)的原因。采用不溶的原材料鐵和硒元素顆粒，在礦化劑NH₄Cl的輔助下通過溶劑熱方法，他們制備了具有超導(dǎo)性質(zhì)的β-FeSe納米顆粒[Chem.Mater.2015,27,588-596]。

本發(fā)明正是克服已有技術(shù)不足產(chǎn)生的。采用可溶性硒和鐵的前驅(qū)體為原材料，通過溶劑熱法在低溫合成了具有超導(dǎo)電性的β-FeSe超導(dǎo)體，這種通過化學(xué)溶液制備β-FeSe超導(dǎo)體的方法未見報導(dǎo)。本發(fā)明打破了原有可溶性鐵、硒前驅(qū)體不能制備β-FeSe超導(dǎo)材料的限制，具有工藝簡單、制備溫度低、反應(yīng)時間短，原料無毒無害等優(yōu)點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種制備鐵硒超導(dǎo)體的方法，該方法為化學(xué)液相法制備鐵硒超導(dǎo)體，制備操作簡單、原料無毒無害，制備周期短、溫度低，可以用于合成厚度為10-200納米，邊長為500納米至十幾微米的具有四方晶體結(jié)構(gòu)的β-FeSe片狀超導(dǎo)材料，適用于制備納米尺度超導(dǎo)器件。

本發(fā)明提供了一種制備鐵硒超導(dǎo)體的方法，其特征在于：采用溶劑熱法制備所述鐵硒超導(dǎo)體，制備原材料為可溶解于有機(jī)溶劑的鐵和硒的前驅(qū)體。