[发明专利]RuSi的爆炸冲击合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种过渡金属硅化物的合成方法，具体为一种RuSi(钌硅化合物)的爆炸冲击合成方法。

背景技术

近几年，人们对过渡金属硅化物半导体材料的研究越来越多，它们在光电和热电器件上的应用已经引起了广泛的兴趣。人们发现与Si工艺兼容的新型半导体材料对集成电路和光电子器件具有重大的意义。

自J.H.Buddery等于1951年在《Nature》上报道Ru_mSi_n(m为Ru的原子数，n为Si的原子数)化合物起，钌硅化合物受到了广泛的研究，相继合成了RuSi、Ru₂Si、Ru₂Si₃、Ru₄Si₃、Ru₅Si₃等化合物，进而发现部分的钌硅化合物具有直接带隙半导体的性质。而且合金中Si元素的原料丰富，地层蕴藏量大，并且无毒无污染，是一种新型的环境半导体材料，因此被认为是性能最好的光电子材料之一。目前研究最多的是RuSi和Ru₂Si₃，它们的室温禁带宽度较窄可应用于硅基材料的光学领域，特别是应用于发光二极管(LED)。

RuSi具有两种结构，即低温相的FeSi型RuSi(晶胞参数)与高温相的CsCl型RuSi(晶胞参数)，且CsCl型和FeSi型的RuSi在一定的温度下能够相互转变。CsCl型RuSi主要呈现金属的特征，而FeSi型RuSi呈现半导体的特征(禁带宽度约为0.3eV)，可应用于硅基材料的光学领域，特别是应用于发光二极管(LED)。RuSi亦可以作为非铁磁相替代部分的FeSi。

目前，普遍采用电弧熔融方法合成RuSi化合物，其合成条件为：氩气氛围，1100℃煅烧5天或800℃煅烧20天。而且，只有当Ru少量过量的情况下才能合成单相的RuSi，而原料中Si过量和Ru/Si比为1∶1时，产物中会出现Ru₂Si₃或两种结构的RuSi，难以获得单相得RuSi。电弧熔融工艺复杂，成本高，生产周期长，难以制备纯相的RuSi化合物。

发明内容

为了克服现有技术存在的纯相钌硅化合物制备条件苛刻等不足，本发明提供一种RuSi化合物的爆炸冲击合成方法。

本发明的爆炸冲击合成方法主要利用炸药爆炸产生的冲击波形成高温高压来实现RuSi的合成。

本发明是由以下技术方案实现的：一种RuSi的爆炸冲击合成方法，其特征在于按原子比为1∶1的比例将Ru粉与Si粉混合均匀后置于密闭的回收装置中，然后引爆炸药驱动飞片冲击回收装置得到爆轰产物，回收的爆轰产物即为RuSi。

进一步的方案是：所述飞片为铜飞片。也可以采用与回收装置相适应的其它金属飞片。

进一步的方案是：冲击压力大于20GPa。冲击压力小于20GPa可能造成不完全反应。

进一步的方案是：通过改变飞片的厚度调节冲击压力。当然也可以采用其它方式来调节冲击压力。

密闭的回收装置具体可采用如中国专利号为CN200610022182.8和中国专利号CN200910263492所描述的装置。

事实上，只需要对本发明爆炸冲击合成方法的条件做简单改变还可以获得Ru_mSi_n(m为Ru的原子数，n为Si的原子数)。

当原子比不是1∶1的比例时，可能造成不完全反应，过量的Ru或Si反应无效使得资源浪费和增加回收成本，或者生成Ru_mSi_n等缺陷。

本发明的制备方法与现有技术相比，可以快速合成大量的单相RuSi化合物，反应完全，具有较好的工业应用前景。

附图说明

图1是本发明在大于20GPa的冲击压力下制备的RuSi的XRD图谱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不意味着对本发明内容的任何限定。

图1是本发明在大于20GPa的冲击压力下制备的RuSi的XRD图谱。从图中可以看出，除了含有少量的由于回收装置引入的Cu杂质外，产物为单相的CsCl型RuSi，说明所有原料粉末完全反应。