[發明專利]一種制備SnSe晶體的方法

在審

• 申請號: 201611226276.7
• 申請日: 2016-12-27
• 公開（公告）號: CN108239787A
• 公開（公告）日: 2018-07-03
• 發明（設計）人: 金敏;蔣俊;胡皓陽;邵和助;徐靜濤;江浩川
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C30B29/46
• 分類號: C30B29/46;C30B11/00
• 代理公司: 北京元周律知識產權代理有限公司 11540
• 代理人: 張瑩

本申請提供了一種制備SnSe晶體的方法，其特征在于，將含有SnSe多晶的原料置于斜體生長爐中的容器中生長得到；所述斜體生長爐的爐體軸向與水平方向的夾角為15～30°。該方法通過采用斜體生長有效減少了晶體與容器的接觸面積，并通過較小的溫度梯度、較慢的生長速度和緩慢的晶體降溫速度等措施，達到了抑制或消除晶體生長不同階段產生應力的來源，有利于獲得高完整性SnSe晶體。

技術領域

本申請涉及一種制備SnSe晶體的方法，屬于無機材料合成領域。

背景技術

隨著工業水平的不斷進步，全球對能源的需求量也日益增大，但同時這也帶來了嚴重的環境污染問題。基于此，環境友好的可再生能源研究成為人們關注的重點。熱電材料是一種能實現熱能與電能相互轉換的功能材料，熱電器件可以利用各種熱量無污染地產生電能，如太陽能、工業廢熱、CPU耗散及人體溫差等，即只要存在溫差，就可以輸出能量，這對資源的有效利用會產生深遠的影響。長久以來，熱電材料的研究熱點主要集中在合金半導體領域，如填充Skutterudites型合金、Half-Heusler金屬間化合物、低熱導的Clathrates型合金、硫族化合物、納米半導體合金等。然而目前熱電材料較低的能量轉換效率仍然是限制其應用的瓶頸，使其只能在小功率條件下使用。近幾年，一種SnSe晶體材料因具有優異的熱電性能而在國際上引起轟動。SnSe晶體在923K溫度下沿b軸方向的熱電優值ZT高達2.6，這一數值是史無前例的，是所有熱電體系中的最高值，SnSe單晶沿c軸方向的熱電優值也可以達到2.3。SnSe晶體超高的熱電優值主要得益于其具有超低的晶格熱導率，這一發現打破了人們對熱電材料的傳統認識，為新型熱電材料探索提供了嶄新的研究思路。

然而SnSe晶體極難生長，目前國際上主要采用垂直布里奇曼法(VB)、改進型垂直布里奇曼法(MB)進行制備，但這種工藝生長的SnSe晶體非常容易開裂，成功率很低。造成這種現象的原因主要是由SnSe晶體的特殊結構引起。SnSe屬于正交晶系，具有層狀結構，在b-c平面內，Sn-Se之間具有較強的鍵合，形成SnSe雙原子平面層，而沿a軸方向，Sn-Se之間則存在較弱的作用力。因此晶體在生長過程中，若材料內部應力得不到有效釋放或消除，SnSe晶體則極易沿(100)面解理開裂，難以獲得高質量高完整性的SnSe晶體材料。

發明內容

根據本申請的一個方面，提供一種制備SnSe晶體的方法，該方法通過采用斜體生長有效減少了晶體與容器的接觸面積，并通過較小的溫度梯度、較慢的生長速度和緩慢的晶體降溫速度等措施，達到了抑制或消除晶體生長不同階段產生應力的來源，有利于獲得高完整性SnSe晶體。

所述制備SnSe晶體的方法，其特征在于，將含有SnSe多晶的原料置于斜體生長爐中的容器中生長得到；

所述斜體生長爐的爐體軸向與水平方向的夾角為15～30°。

優選地，所述斜體生長爐包括高溫區、中溫區和低溫區；其中，高溫區溫度為900～950℃，中溫區溫度為860～900℃，低溫區溫度為800～860℃。

進一步優選地，高溫區溫度為910～920℃，中溫區溫度為890～895℃，低溫區溫度為860～870℃。

優選地，所述容器的放肩角度60～120°。

優選地，所述容器的直徑為2～4英寸。進一步優選地，所述容器為石英坩堝。

作為本身的一種實施方式，所述容器中裝有SnSe籽晶，籽晶取向為<100>、<110>、<111>。

作為本身的一種實施方式，所述制備SnSe晶體的方法，至少包括以下步驟：