[发明专利]一种三元重稀土铜硫族化合物晶体的制备方法

说明书

在光伏,电磁等工业中,高效率，高电磁特性的重稀土三元材料的发现将产生诸多应用,比如透明二极管和透明半导体、功能化窗口等。近来,一些含铜的重稀土化合物作为这些领域的研究探索引起了人们的广泛关注。至今己经发现和合成出的三元重稀土铜硫族化合物产率不高，0~8%左右。而相关重稀土铜硫族化合物的合成鲜有报道，本发明提出了一种重稀土铜硫族化合物的制备方法，并且重稀土总体平均产率能够达到40%以上。

技术领域

本发明涉及一种三元重稀土铜硫族化合物晶体合成方法，尤其是较高产率的重稀土铜硫族化合物晶体的非加压高温合成工艺。

背景技术

三元重稀土铜硫族化合物GnCuQ2 （Gn为重稀土元素， Q=S，Se，Te其中的一种）可以表现出结构多样性和光学磁学的热电性质。重稀土铜硫化物GnCuQ2 (Gn=Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Y) 在单斜晶系的空间群P2₁/c中结晶。而YCuS2在正交系统的空间群pnma中结晶。混合四元硫族相GdCuSTe和YbCuSTe的结构已被报道。而GdCuSTe与LaCuQ2密切相关，采用相同的空间群，而SmCuSTe是在斜方晶系的空间群pbca中结晶出一种新的结构类型。硫化物和混合硫族化合物的结构包括由Gn原子分隔的CuQ₄四面体层。相反，非化学计量的化合物GnCu_0.25Te₂和GnCu_xTe₂(Gn=Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Y)。是同结构的，并在正交体系的空间群pbcm中结晶。这些化合物的结构是一种包含了无限的线性Te-Te链的三维结构。

发明内容

一种三元重稀土铜硫族化合物晶体合成方法，这些化合物GnCuQ2(Gn为Gd, Tb,Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Y中的一种或多种元素) 通过稀土元素的反应来制备。重稀土元素Gd (纯度99.9%), Tb (纯度99.9%), Dy (纯度99.9%), Ho (纯度99.9%), Er (纯度99.9%) ，Tm (纯度99.9%)，Yb (纯度99.9%)，Lu(纯度99.9%)，和Y (纯度99.9%)单质中的一种或多种与Cu单质 (纯度 99.999%)，和 Q元素单质 (Q为S，Se，Te中的一种，纯度99.5%)。整个合成分两步进行。第一步，选取1份Gn, 1份Cu, 2份Q（摩尔比）充分混合，混合物最大颗粒直径均小于等于0.1mm。将混合物在60MPa压强下压片后，置于手套箱中的氩气气氛下，并装入碳包覆的熔融石英管中。这些石英管被封在一个低于1/5000大气压强下，然后放入可控制温度的熔炉中。样品在3天内加热至750℃，在此温度下保持3天，然后冷却至室温。第二步，将所得混合物彻底研磨，并加入2-3份NaI（摩尔比）。接下来，将样品在72小时内和前述步骤同样的环境中加热至900℃，并在900℃ 下保持4天后，慢速度以0.05℃/min冷却到至680℃，然后正常空冷却至室温。将这些反应混合物洗去卤化物盐NaI，然后用丙酮干燥。对于所述反应，获得了暗红色块状晶体，产率约为5-40%。用扫描电子显微镜检查选定的单晶，测定成分和产率符合该方法的精度(正负5%)。把这些化合物放置在空气中稳定几天，提取产物。

本发明的有益效果在于，在非加压热处理的合成工艺中，通过本发明制备的三元重稀土铜硫族化合物GnCuQ₂，其平均产率能够达到40%以上，原子序数较高的重稀土YCuQ₂化合物的最低产率也能够达到5%。

附图说明

图1. 本发明方案合成的三元重稀土铜硫族化合物晶体粉末。

具体实施方式