一种非静压条件下金属化的碲化锗制备及标定方法技术

本发明专利技术公开了一种非静压条件下金属化的碲化锗制备及标定方法，分别在四柱型压机上下支撑块的合金钢和铍铜上开对称的圆孔；把金刚石置于安放在工装上的碳化钨底座上；将合金刚石下部与碳化钨底座固定；烘烤完后分别把两组金刚石和底座置于四柱型金刚石压腔高温高压实验设备上；预压T301不锈钢金属垫片；将将氮化硼和环氧树脂绝缘粉置入样品腔合上压机进行二次预压，将第二次预压后垫片样品腔用激光打孔机在中心钻出圆孔作为样品腔；将高纯度固体半导体碲化锗粉末作为初始物放入样品腔合上压机；加压至36.5GPa，并恒压3.0小时得到金属化的碲化锗；解决了现有技术制备金属相的碲化锗压力点不明确，标定不准确等技术问题。标定不准确等技术问题。标定不准确等技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种非静压条件下金属化的碲化锗制备及标定方法


[0001]本专利技术属于功能材料合成
，尤其涉及一种非静压条件下金属化的碲化锗制备及标定方法。

技术介绍

[0002]通常，相变材料是指在给定的温度条件下，通过物理学性质相态转变，来获取能提供潜热的物质。物理学性质的相态转变过程，即为相变过程，而在此相变过程中材料将会吸收或释放大量的潜热。相变材料是节能环保的最佳绿色环保载体，是众多国际科研院所和研发机构所极为关注的重要功能材料，在人类生产活动和日常生活中具有极为广泛的应用。作为一种最为典型的重要相变材料，碲化锗(化学分子式：GeTe)，由元素周期表中碳族元素(第四族)的32号元素阳离子锗和氧族元素(第六族)52号元素阴离子碲组成的。常温常压下，碲化锗是三角晶系面心结构的半导体，且具有相对较低的带隙能(～0.23eV)。由于碲化锗独特的晶体结构，在可擦写光盘、可擦写数字多功能光盘、数字多功能光盘、随机存取存储器、蓝光光盘等具有极为广泛的应用。
[0003]半导体的电导率在1
×
10
‑5S/cm～0.1S/cm之间，而金属电导率则大于0.1S/cm。常温常压下碲化锗是一种窄能隙半导体，如何将其转化成为金属具有非常重要的应用价值。金属化的碲化锗会表现出与半导体材料截然不同的性质，比如极高的电子迁移率、极佳的柔韧性和透光度。有望发展成为比传统相变材料更节能的小尺寸低电压柔性电子器件。因此，通过技术手段制备碲化锗并表征其独特的物理化学和光学性质具有重大的科学意义和工业价值。
[0004]纵观国内外采用高压方法制备及标定金属相的碲化锗主要存在如下三方面的问题：1、样品制备方法：制备金属相的碲化锗压力点不明确，压力过低，可能得到的产品是半导体相和金属相的混合物，而非纯相的碲化锗；而相反，压力过高，其成本明显增加，不利于制备出高纯度和性能稳定的碲化锗相变材料，并很难实现其工业化生产；2、样品标定的高温高压装置：传统的采用活塞圆筒式金刚石对顶砧高温高压设备，由于该装置样品腔体完全密封，不利于电学性质测量线路的引出，很容易导致高压电导率测量过程中发生样品短路问题，不易于作为材料金属性质化行为的有效标定；3、金属化认定：传统采用高压(<25GPa)条件下的同步辐射X射线衍射、高压拉曼光谱、第一性原理理论计算等手段，均不能有效预测碲化锗高压下可能会发生金属相转变，目前尚无有效的方法去针对金属相的碲化锌的金属化行为进行系统标定。

技术实现思路
：
[0005]本专利技术要解决的技术问题是：提供一种非静压条件下金属化的碲化锗制备及标定方法，以解决现有技术制备金属相的碲化锗压力点不明确，压力过低，可能得到的产品是半导体相和金属相的混合物，而非纯相的碲化锗；而相反，压力过高，其成本明显增加，不利于制备出高纯度和性能稳定的碲化锗相变材料，并很难实现其工业化生产；2、样品标定的高
温高压装置传统的采用活塞圆筒式金刚石对顶砧高温高压设备，由于该装置样品腔体完全密封，不利于电学性质测量线路的引出，很容易导致高压电导率测量过程中发生样品短路问题，不易于作为材料金属性质化行为的有效标定；3、金属化认定采用高压(<25GPa)条件下的同步辐射X射线衍射、高压拉曼光谱、第一性原理理论计算等手段，均不能有效预测碲化锗高压下可能会发生金属相转变，目前尚无有效的方法去针对金属相的碲化锌的金属化行为进行系统标定等技术问题。
[0006]本专利技术技术方案是：
[0007]一种非静压条件下金属化的碲化锗制备方法，它包括：
[0008]步骤1、分别在四柱型压机上下支撑块的合金钢和铍铜上开对称的圆孔；
[0009]步骤2、把金刚石和碳化钨底座浸泡于丙酮中超声25分钟全部清洗干净，然后把清洗干净的金刚石置于安放在工装上的碳化钨底座上；
[0010]步骤3、将合金刚石下部与碳化钨底座固定，粘好两组金刚石与碳化钨底座后把整个工装置于烘箱中烘烤融为一体；
[0011]步骤4、烘烤完后分别把两组金刚石和底座置于四柱型金刚石压腔高温高压实验设备上；
[0012]步骤5、预压T301不锈钢金属垫片，预压厚度41μm，然后使用激光打孔机在垫片中心钻出直径145μm的圆孔作为样品腔；
[0013]步骤6、将T301不锈钢金属垫片水平安放在四柱型金刚石压腔高温高压实验设备的两颗金刚石之间，将预先按10:1比例混合而成的氮化硼和环氧树脂绝缘粉置入样品腔；
[0014]步骤7、合上压机升压至10GPa进行二次预压，保压5分钟，使绝缘粉完全固结；
[0015]步骤8、将第二次预压后的T301不锈钢金属垫片样品腔用激光打孔机在中心钻出直径100μm的圆孔作为样品腔；
[0016]步骤9、将T301不锈钢金属垫片水平安放在自主改进的四柱型金刚石压腔高温高压实验设备的两颗金刚石之间，将高纯度固体半导体碲化锗粉末作为初始物放入直径100μm的圆孔样品腔，合上压机；
[0017]步骤10、以15GPa/小时的加压速率升高压力，通过两颗金刚石挤压样品腔产生高压，加压至36.5GPa，并恒压3.0小时；
[0018]步骤11、以10GPa/小时的速率卸压至常压后取出实验样品，得到金属化的碲化锗。
[0019]步骤1所述在四柱型压机上支撑块的合金钢和铍铜上开对称的圆孔直径为1.0mm；圆孔表面磁控溅射氧化铝薄膜绝缘粉。
[0020]步骤2所述金刚石置于安放在工装上的碳化钨底座上后，在金相级奥林巴斯显微镜下微调碳化钨底座，使金刚石与碳化钨底座中心重合；同样的步骤安装好另一组金刚石与碳化钨底座。
[0021]步骤3所述将合金刚石下部与碳化钨底座固定，粘好两组金刚石与碳化钨底座后把整个工装置于烘箱中烘烤融为一体的方法为：取高温工业修补剂在载破片或玻璃碗中用牙签混合均匀成粘稠状，混合好后用牙签粘合金刚石下部与底座使其固定；粘好两组金刚石与碳化钨底座后把整个工装置于烘箱中烘烤，烘烤温度120℃和持续时间3小时，使金刚石压砧通过高温修补剂牢固固定在碳化钨底座上并融为一体。
[0022]步骤4所述烘烤完后分别把两组金刚石和底座置于四柱型金刚石压腔高温高压实
验设备上时，四柱型金刚石压腔高温高压实验设备放置底座的平面须保证干净，在数显微镜下进行金刚石调平对中，使上下两颗金刚石砧面完全重合在一起。
[0023]直接采用金刚石压砧作为压标，进行压力标定，通过金刚石拉曼光谱结果，进行样品腔内精确的压力标定。
[0024]一种非静压条件下金属化的碲化锗的标定方法，它包括：
[0025]步骤1、分别在四柱型压机上下支撑块的合金钢和铍铜上开对称的圆孔；
[0026]步骤2、把金刚石和碳化钨底座浸泡于丙酮中超声25分钟全部清洗干净，然后把清洗干净的金刚石置于安放在工装上的碳化钨底座上；
[0027]步骤3、将合金刚石下部与碳化钨底座固定，粘好两组金刚石与碳化钨底座后把整个工装置于烘箱中烘烤融为一体；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非静压条件下金属化的碲化锗制备方法，它包括：步骤1、分别在四柱型压机上下支撑块的合金钢和铍铜上开对称的圆孔；步骤2、把金刚石和碳化钨底座浸泡于丙酮中超声25分钟全部清洗干净，然后把清洗干净的金刚石置于安放在工装上的碳化钨底座上；步骤3、将合金刚石下部与碳化钨底座固定，粘好两组金刚石与碳化钨底座后把整个工装置于烘箱中烘烤融为一体；步骤4、烘烤完后分别把两组金刚石和底座置于四柱型金刚石压腔高温高压实验设备上；步骤5、预压T301不锈钢金属垫片，预压厚度41μm，然后使用激光打孔机在垫片中心钻出直径145μm的圆孔作为样品腔；步骤6、将T301不锈钢金属垫片水平安放在四柱型金刚石压腔高温高压实验设备的两颗金刚石之间，将预先按10:1比例混合而成的氮化硼和环氧树脂绝缘粉置入样品腔；步骤7、合上压机升压至10GPa进行二次预压，保压5分钟，使绝缘粉完全固结；步骤8、将第二次预压后的T301不锈钢金属垫片样品腔用激光打孔机在中心钻出直径100μm的圆孔作为样品腔；步骤9、将T301不锈钢金属垫片水平安放在自主改进的四柱型金刚石压腔高温高压实验设备的两颗金刚石之间，将高纯度固体半导体碲化锗粉末作为初始物放入直径100μm的圆孔样品腔，合上压机；步骤10、以15GPa/小时的加压速率升高压力，通过两颗金刚石挤压样品腔产生高压，加压至36.5GPa，并恒压3.0小时；步骤11、以10GPa/小时的速率卸压至常压后取出实验样品，得到金属化的碲化锗。2.根据权利要求1所述的一种非静压条件下金属化的碲化锗制备方法，其特征在于：步骤1所述在四柱型压机上支撑块的合金钢和铍铜上开对称的圆孔直径为1.0mm；圆孔表面磁控溅射氧化铝薄膜绝缘粉。3.根据权利要求1所述的一种非静压条件下金属化的碲化锗制备方法，其特征在于：步骤2所述金刚石置于安放在工装上的碳化钨底座上后，在金相级奥林巴斯显微镜下微调碳化钨底座，使金刚石与碳化钨底座中心重合；同样的步骤安装好另一组金刚石与碳化钨底座。4.根据权利要求1所述的一种非静压条件下金属化的碲化锗制备方法，其特征在于：步骤3所述将合金刚石下部与碳化钨底座固定，粘好两组金刚石与碳化钨底座后把整个工装置于烘箱中烘烤融为一体的方法为：取高温工业修补剂在载破片或玻璃碗中用牙签混合均匀成粘稠状，混合好后用牙签粘合金刚石下部与底座使其固定；粘好两组金刚石与碳化钨底座后把整个工装置于烘箱中烘烤，烘烤温度120℃和持续时间3小时，使金刚石压砧通过高温修补剂牢固固定在碳化钨底座上并融为一体。5.根据权利要求1所述的一种非静压条件下金属化的碲化锗制备方法，其特征在于：步骤4所述烘烤完后分别把两组金刚石和底座置于四柱型金刚石压腔高温...

【专利技术属性】
技术研发人员：代立东，胡海英，
申请(专利权)人：中国科学院地球化学研究所，
类型：发明
国别省市：