[发明专利]一种超大Seebeck系数FeSb2单晶制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超大Seebeck系数FeSb₂单晶的制备方法，生长具备包晶点单晶材料的技术，属于晶体生长领域。

背景技术

FeSb₂属于热电材料，随着能源和环境问题变得日益严峻。作为新型的能源替代介质，热电材料的研究与开发已成为材料研究领域的一大热点。

热电材料是一种热能和电能可以相互转换的新型功能材料。由热电材料制备的发电和制冷装置具有体积小、无污染、无噪音、无磨损、可靠性好、寿命长等突出优点，具备其他能量转换装置无法替代的功能，因此在温差发电和热电致冷等领域具有极其广泛的应用前景。

利用热电材料进行温差发电是一种可靠且有效的发电方式，其研究目前主要应用于三个领域：第一是航天、野外和海洋作业等特殊领域使用的发电装置，如美国的旅行者I号、II号及卡西尼宇宙飞船上都装备了放射性同位素温差发电器；第二是利用太阳能的温差发电装置；第三是利用低品位热源和废热发电，如利用垃圾焚烧、工厂产生的废热和汽车发动机的余热来进行温差发电。利用热电材料进行温差电致冷也是一种简单快捷、绿色环保的致冷方式。其主要的应用领域是制作小型制冷装置，如在计算机芯片、激光器的冷源、红外探测器、光电子领域的小功率制冷；此外在医学、生物试样冷藏等方面温差电致冷也有大量的应用。

近年来，四个方面的发展给热电材料的深入研究注入了新的活力和动力：（1）环境保护（取消氟里昂制冷，使用清洁能源）和开发新能源（如太阳能、地热和海水热源等）的呼声日益高涨，特别是从1972年开始的以原油价格暴涨为标志的能源危机，导致人们对能源有限、能源将出现短缺开始警觉，尤其是意识到对单一能源依赖带来的社会危机感和经济危险性，从而大量的技术活动集中到新能源的开发及各类能源的综合利用方面，因此促进了有商业价值的热电发电的可行性研究；（2）固体理论和半导体物理的发展使我们可以研究以往没有也无法研究的复杂体系；（3）高性能计算机的出现使复杂化合物的能带结构计算成为可能，科学工作者有能力从本质上弄清热电原理及热电传输特性，从而可以找到新的高性能热电材料及提高现有材料热电性能的途径；（4）据专家估计，在2005－2015年期间，由于高频、大容量以及大尺寸半导体芯片的发展，风扇散热方式将不能满足要求，寻求更为有效的散热方式将成为今后几年大功率芯片冷却所面临的重大课题，利用小型甚至微型热电冷却装置对提高CMOS微处理器的速度及安全性的前景颇大。基于这些因素的存在又一次引发了热电材料研究的高潮，特别是在西方发达工业国家，热电材料的研究重新受到高度重视。例如美国在1997-1998年财政年度由国防高级研究项目署推出了一个新的为期四年的热电问题研究计划，投资经费高达3000万美元，以资助热电材料领域中一些创新设想的研究。在我国，热电材料的研究也逐渐升温。随着我国国民经济的迅速发展，能源和环境问题日益突出。热电材料由于其在低品位能源利用及环境保护方面的特殊功能，已成为我国新材料研究领域的一个热点。在2007年的时候，Bentien et al报道了FeSb₂热电方面相关性质，首先Seebeck系数在10 K左右达                                                ，这是有史以来最高的记录，有望在新型热电材料开发和应用方面取得重大突破，因此生长大块的FeSb₂单晶来搞清其机理从而对于热电材料的开发和应用具有非常重要的意义。

FeSb₂单晶长期以来主要采用助溶剂法、化学气相输运法以及水热合成法，这些方法的共性就是不易合成大块完整的单晶，化学气相输运法和水热合成法生长条件比较难控制，所以目前常用的是助溶剂法，其中采用组分中的Sb作为助溶剂，助溶剂的含量非常高，熔质所占的质量分数一般只有10％－15％，致使熔质结晶量很少，得不到大的结晶颗粒，并且得到的单晶分散在Sb中，比较难于分离FeSb₂与Sb。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种超大Seebeck系数FeSb₂单晶制备方法，通过有效设计并利用炉体的温度梯度，控制恒温区降温速率，从而得到具有包晶点超大Seebeck系数FeSb₂单晶材料新方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种超大Seebeck系数FeSb₂单晶制备方法，具体步骤如下：