[发明专利]一种制备SnSe晶体的方法

说明书

本申请提供了一种制备SnSe晶体的方法，其特征在于，将含有SnSe多晶的原料置于斜体生长炉中的容器中生长得到；所述斜体生长炉的炉体轴向与水平方向的夹角为15～30°。该方法通过采用斜体生长有效减少了晶体与容器的接触面积，并通过较小的温度梯度、较慢的生长速度和缓慢的晶体降温速度等措施，达到了抑制或消除晶体生长不同阶段产生应力的来源，有利于获得高完整性SnSe晶体。

技术领域

本申请涉及一种制备SnSe晶体的方法，属于无机材料合成领域。

背景技术

随着工业水平的不断进步，全球对能源的需求量也日益增大，但同时这也带来了严重的环境污染问题。基于此，环境友好的可再生能源研究成为人们关注的重点。热电材料是一种能实现热能与电能相互转换的功能材料，热电器件可以利用各种热量无污染地产生电能，如太阳能、工业废热、CPU耗散及人体温差等，即只要存在温差，就可以输出能量，这对资源的有效利用会产生深远的影响。长久以来，热电材料的研究热点主要集中在合金半导体领域，如填充Skutterudites型合金、Half-Heusler金属间化合物、低热导的Clathrates型合金、硫族化合物、纳米半导体合金等。然而目前热电材料较低的能量转换效率仍然是限制其应用的瓶颈，使其只能在小功率条件下使用。近几年，一种SnSe晶体材料因具有优异的热电性能而在国际上引起轰动。SnSe晶体在923K温度下沿b轴方向的热电优值ZT高达2.6，这一数值是史无前例的，是所有热电体系中的最高值，SnSe单晶沿c轴方向的热电优值也可以达到2.3。SnSe晶体超高的热电优值主要得益于其具有超低的晶格热导率，这一发现打破了人们对热电材料的传统认识，为新型热电材料探索提供了崭新的研究思路。

然而SnSe晶体极难生长，目前国际上主要采用垂直布里奇曼法(VB)、改进型垂直布里奇曼法(MB)进行制备，但这种工艺生长的SnSe晶体非常容易开裂，成功率很低。造成这种现象的原因主要是由SnSe晶体的特殊结构引起。SnSe属于正交晶系，具有层状结构，在b-c平面内，Sn-Se之间具有较强的键合，形成SnSe双原子平面层，而沿a轴方向，Sn-Se之间则存在较弱的作用力。因此晶体在生长过程中，若材料内部应力得不到有效释放或消除，SnSe晶体则极易沿(100)面解理开裂，难以获得高质量高完整性的SnSe晶体材料。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供一种制备SnSe晶体的方法，该方法通过采用斜体生长有效减少了晶体与容器的接触面积，并通过较小的温度梯度、较慢的生长速度和缓慢的晶体降温速度等措施，达到了抑制或消除晶体生长不同阶段产生应力的来源，有利于获得高完整性SnSe晶体。

所述制备SnSe晶体的方法，其特征在于，将含有SnSe多晶的原料置于斜体生长炉中的容器中生长得到；

所述斜体生长炉的炉体轴向与水平方向的夹角为15～30°。

优选地，所述斜体生长炉包括高温区、中温区和低温区；其中，高温区温度为900～950℃，中温区温度为860～900℃，低温区温度为800～860℃。

进一步优选地，高温区温度为910～920℃，中温区温度为890～895℃，低温区温度为860～870℃。

优选地，所述容器的放肩角度60～120°。

优选地，所述容器的直径为2～4英寸。进一步优选地，所述容器为石英坩埚。

作为本身的一种实施方式，所述容器中装有SnSe籽晶，籽晶取向为<100>、<110>、<111>。

作为本身的一种实施方式，所述制备SnSe晶体的方法，至少包括以下步骤：