[发明专利]一种制备铁硒超导体的方法

说明书

本发明提供了一种制备具有四方晶体结构的铁硒(β‑FeSe)超导体的方法，该方法采用可溶解的铁和硒的前驱体为原材料，与适量具有还原性的有机溶剂、氢氧化钠以及表面活性剂在反应釜中混合。在无氧环境下密封后，混合物被加热到反应温度，保温一定时间，可以获得具有超导电性的β‑FeSe超导纳米片。该方法工艺简单、制备温度低、反应时间短，原料无毒无害，能够合成厚度为10‑200纳米，边长为500纳米至十几微米的四方晶体结构β‑FeSe片状超导材料，可用于制备纳米尺度超导器件。

技术领域

本发明属于无机功能纳米材料领域，具体涉及到一种制备铁硒超导体的方法。

背景技术

在铁硒二元化合物中，具有六方晶体结构的NiAs-型FeSe高温相是一种磁性半导体材料，而具有四方晶体结构的PbO-型β-FeSe低温相是一种铁基超导材料。由于β-FeSe超导体具有铁基超导体中最简单的晶体结构，对理解铁基超导体结构与超导性能之间的关系非常重要，在物理和材料领域研究中被广泛使用。

通过传统的固态反应方法[如美国科学学院学报(P.Natl.Acad.Sci.USA)2008,105,14262-14264]、熔盐方法[晶体生长与设计(Cryst.Growth Des.)2009,9,3260-3264]以及气相传输方法[美国化学会NANO杂志(ACS Nano)2013,7,1145-1154]能够制备得到块体β-FeSe超导体，但是这些方法需要高温(大于700℃)和长时间的反应过程，NiAs-型FeSe高温相作为磁性杂质相总是会出现在这些β-FeSe超导体中。采用金属有机化学气相沉积[超导科学与技术(Supercond.Sci.Tech.)2011,24,015010]和电化学沉积[日本物理学会杂志(J.Phys.Soc.Jpn.)2012,81,043702]等方法能够生长β-FeSe超导体薄膜和纳米棒阵列[材料快报(Mater.Lett.)2011,65,1741-1743]。低温溶液化学方法制备β-FeSe材料能够避免NiAs-型FeSe磁性杂质相的出现，并且获得片状结构单相β-FeSe[应用物理杂志(J.Appl.Phys.)2014,115,17B502；材料化学(Chem.Mater.)2009,21,3655-3661；晶体工程通讯(Cryst.Eng.Comm.)2010,12,4386-4391；欧洲无机化学(Eur.J.Inorg.Chem.)2011,2098-2102；Cryst.Eng.Comm.2010,12,3138-3144；美国化学会志(J.Am.Chem.Soc.)2014,136,7189-7192.]。但是，由于β-FeSe超导电性对成分非常敏感，从前所有通过化学溶液过程制备的β-FeSe材料都没有超导性质。J.T.Greenfield等[Chem.Mater.2015,27,588-596]认为可溶解到溶剂中的硒和铁的原材料是溶液化学法制备的β-FeSe材料没有超导性质的原因。采用不溶的原材料铁和硒元素颗粒，在矿化剂NH₄Cl的辅助下通过溶剂热方法，他们制备了具有超导性质的β-FeSe纳米颗粒[Chem.Mater.2015,27,588-596]。

本发明正是克服已有技术不足产生的。采用可溶性硒和铁的前驱体为原材料，通过溶剂热法在低温合成了具有超导电性的β-FeSe超导体，这种通过化学溶液制备β-FeSe超导体的方法未见报导。本发明打破了原有可溶性铁、硒前驱体不能制备β-FeSe超导材料的限制，具有工艺简单、制备温度低、反应时间短，原料无毒无害等优点。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备铁硒超导体的方法，该方法为化学液相法制备铁硒超导体，制备操作简单、原料无毒无害，制备周期短、温度低，可以用于合成厚度为10-200纳米，边长为500纳米至十几微米的具有四方晶体结构的β-FeSe片状超导材料，适用于制备纳米尺度超导器件。

本发明提供了一种制备铁硒超导体的方法，其特征在于：采用溶剂热法制备所述铁硒超导体，制备原材料为可溶解于有机溶剂的铁和硒的前驱体。