[发明专利]一种高熔点掺杂元素的多晶料合成方法

说明书

本发明涉及一种高熔点掺杂元素的多晶料合成方法，先用液相法合成高浓度、固定掺杂浓度的多晶料前驱体，将所需掺杂元素的氧化物、以及基材原料溶解于有机酸中，使其与有机酸完全反应，形成均一的透明的溶液。再对透明溶液采用喷雾干燥技术得到掺杂均匀的多晶料的前驱体，这样的前驱体颗粒，使掺杂离子能均匀地掺入前驱体颗粒中，再低温煅烧得到均匀掺杂的多晶料。再将这些液相法得到的掺杂多晶料与固相法配制的多晶料混匀，可以通过调节液固相原料的比例来配置系列浓度原料，最后压块煅烧得到成分均匀掺杂的多晶料。本发明既可以大批量工业化应用，也可以快速满足实验室系列掺杂浓度研究的需要。

技术领域

本发明涉及综合利用液相法和固相法的一种高熔点掺杂元素的多晶料合成方法，属于无机材料制备领域。

背景技术

在单晶生长中，因传统晶体中含有大量的本征缺陷，这些本征缺陷严重影响了晶体的多种物理性质，从而影响其应用。通过一定浓度的元素掺杂，能够改善大大晶体的性能，特别是稀土离子的掺入，可以使晶体获得更多新的性能。所以晶体生长中，越来越多的掺杂改性应用。随着掺杂的广泛应用，掺杂均匀性造成的晶体质量和相应的性能下降，逐渐成为限制其应用范围的重要因素。

传统的固相法合成多晶料，方法简单，制备速度快，能够大量地制备多晶料，但是往往由于掺杂元素的氧化物熔点极高，极易导致掺杂元素在晶体中分布不均匀，自身团聚，以独立相存在于熔体中，或者在晶体生长过程中不能完全熔化，不能很好地进入晶格，造成掺杂晶体中出现掺杂富集的包裹体，从而形成杂质缺陷。以掺杂氧化镁的同成分铌酸锂晶体为例，同成分铌酸锂的熔点约为1240℃，而氧化镁的熔点则为2852℃，所以在熔体提拉法生长晶体的过程中，氧化镁独立相是几乎不可能熔化的。而液相法合成多晶料工艺可以在原子级别促进掺杂元素在晶格中的均匀分布，山东大学曾提出利用水浴加热盐酸溶解氧化铌，让锂、铌、镁在溶液中实现离子级均匀混合，然后喷雾干燥形成掺镁铌酸锂前驱体，最后720℃低温煅烧得到球状均匀的铌酸锂颗粒，这种方法在高品质镁掺杂铌酸锂晶体的基础研究阶段能够实现镁离子的均匀掺杂，对晶体质量的提高具有很大的作用，但是其制备过程较繁琐，工艺工序比较复杂，造成多晶料的制备成本很高，不适用于批量化晶体的生产，尤其是在小掺杂浓度的多晶料配比中，过多的工艺流程和过低的浓度势必造成掺杂元素的损失。

所以综合以上两种方式的优势，我们的合成办法，采用掺杂元素高浓度与小份额主体多晶料液相法合成粉料，然后再与大份额固相法无掺杂浓度的多晶料进行混和均匀，然后压料的工艺，该工艺在工业生产和实验室应用中比较有优势。液相法与固相法相结合的方法，既能利用液相法将高熔点的掺杂元素混合均匀，还能利用固相法合成的便利，节约时间和成本优势，非常有利于工厂规模生产。实际工业生产中，只需调整第一步液相法合成中掺杂元素的种类和浓度，就可以非常便捷地完成某种晶体系列掺杂元素及掺杂浓度的多晶料合成制备，这种配料方式无论在科研实验还是工业生产中都非常有优势。

均匀掺杂的大尺寸单晶的社会需求在增大，伴随着晶体生长和后处理技术的成熟，要求这种均匀掺杂的多晶料能够实现批量化、低成本的制备，需要改进多晶料的制备工艺。因此实现晶体配料掺杂的均匀性和快速性迫在眉睫，如何既保证掺杂均匀，又能保证批量化生产是亟待解决重要的研究课题。

发明内容

针对现有配料技术中，液相法繁琐的工序和固相法掺杂不均匀的问题，结合目前科研和工业对高品质均匀掺杂晶体的需求，本发明要提供综合利用液相法和固相法的一种高熔点掺杂元素的多晶料合成方法，解决工业化的大批量应用和实验室快速配置一系列不同掺杂浓度多晶料的需要。

本发明提供一种高熔点掺杂元素的多晶料合成方法，包括如下步骤：