CN105483825B - 一种溴铅铯单晶制备方法 - Google Patents

一种溴铅铯单晶制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种溴铅铯单晶制备方法，采用镀有碳膜的具有圆锥形尖端的安瓿装载溴铅铯粉料，具体包括如下步骤：将安瓿抽真空密封；对安瓿按其圆锥形尖端到溴铅铯粉料顶端的方向梯度加温，使置于安瓿中的溴铅铯粉料充分熔化；对安瓿缓速降温，直到溴铅铯粉料顶端的温度比溴铅铯的凝固点低0～5℃后保温，完成溴铅铯单晶生长；对溴铅铯单晶分阶段降温：第一阶段快速降温，使溴铅铯单晶快速冷却；第二阶段慢速降温，实现溴铅铯单晶晶体相变转化。本发明提供的上述溴铅铯单晶制备方法，在单晶生长中与单晶降温中采用了不同的降温速度，且采用了分阶段降温的方法，兼顾了晶体生长质量与生长周期，有效解决现有技术在单晶制备过程因内应力导致溴铅铯单晶开裂的问题。

Description

一种溴铅铯单晶制备方法
技术领域
本发明属于单晶生长技术领域，更具体地，涉及一种室温核辐射探测器用溴铅铯单晶制备方法。
背景技术
自上世纪核试验成功以来，核技术的应用从军用扩大到民用，涉及科学研究、国民经济和社会生活的各个领域，核探测技术也在快速发展。溴铅铯(CsPbBr3)单晶作为室温核辐射探测器用材料具有以下优点：
(1)具有较宽的禁带宽度(2.25eV)，保证CsPbBr3单晶具有高的电阻率和低的漏电流，探测器能在室温或高于室温的条件下正常使用；
(2)电子和空穴具有高的且数量级相同的载流子迁移率寿命积(均为10-3cm2/V数量级)；
(3)具有立方钙钛矿型结构，结构简单稳定，而且具有较低的熔点(567℃)和凝固点(514℃)，易于熔融生长；
基于以上优点，CsPbBr3单晶成为高能射线探测用潜在材料之一。但目前对CsPbBr3单晶生长技术的研究还处于起步阶段，如何获取高质量、大尺寸CsPbBr3单晶是高能射线探测器研究所面临的首要问题。
熔体法生长单晶是一种常用的方法，但是目前所生长出的CsPbBr3单晶仅为小尺寸单晶；另外熔体法生长CsPbBr3单晶存在一些不可忽视的问题：一是单晶易与安瓿内壁粘连，二是CsPbBr3单晶容易开裂；由于CsPbBr3熔体自身粘性比较强，部分熔体在凝固过程中吸附在安瓿内壁上，导致单晶不易从安瓿里取出，而且安瓿内壁上的CsPbBr3会成为新的成核中心，影响单晶生长的质量；另一方面由于石英安瓿和CsPbBr3的膨胀系数不匹配，单晶在生长和降温过程中内部存在内应力，易导致CsPbBr3单晶开裂。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种溴铅铯单晶制备方法，其目的在于解决溴铅铯制备中易粘连、易开裂的问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种溴铅铯单晶制备方法，具体包括如下步骤：
(1)将装有CsPbBr3粉料的安瓿抽真空并密封；其中，安瓿是一端为圆锥形尖端的圆柱体；其内壁镀有一层碳膜；
碳膜具有较小的热膨胀系数和良好的热导性，在安瓿内壁镀上碳膜，一方面可有效传导热量，另一方面可调节石英安瓿与制备得的CsPbBr3晶体的不匹配，有效避免晶体的开裂；碳膜具有的光滑特性还使得制备得的晶体易从安瓿中滑出；
(2)对上述安瓿按其圆锥形尖端到CsPbBr3粉料顶端的方向梯度加温，使安瓿圆锥形尖端到CsPbBr3粉料顶端的温度梯度增高，直到安瓿圆锥形尖端的温度比CsPbBr3粉料熔点高0～10℃，使置于安瓿中的CsPbBr3粉料充分熔化；其中，CsPbBr3粉料顶端是指安瓿上与圆锥形尖端相对的另一端；
(3)单晶生长：对安瓿整体以0.25～2℃/h的速度降温，直到CsPbBr3粉料顶端的温度比CsPbBr3的凝固点低0～5℃后保温3～5h，完成CsPbBr3单晶生长；
(4)对上述CsPbBr3单晶分阶段降温：
第一阶段：以5～20℃/h的速率降温，直到CsPbBr3单晶的温度达到CsPbBr3的相变点温度之上5～10℃；
第二阶段：以1～2℃/h的速率降温，直到CsPbBr3单晶的温度达到其相变温度之下5～10℃；自然冷却到室温，完成CsPbBr3单晶制备。
本发明提供的上述CsPbBr3单晶制备方法，步骤(3)的单晶生长中与步骤(4)的单晶降温过程中，采用了不同的降温速度；
单晶生长过程降温促使CsPbBr3熔体固-液界面垂直向上移动，采取较小的降温速度确保晶体生长过程中固-液界面的稳定性；晶体生长完成后的降温分为两个阶段兼顾了晶体生长质量和生长周期，第一段快速降温将晶体迅速冷却，第二阶段慢速降温使得晶体在相变转化期有一个平稳的温场，避免晶体相变转化不充分造成晶体开裂。
优选的，上述步骤(2)中，温度增高梯度为3.5～10℃/cm；温度增高梯度与晶体生长速度成反比；在该温度梯度范围内生长的CsPbBr3单晶既能避免温度梯度过大造成的晶体轴向温差差距太大，也能避免温度梯度过小造成晶体生长驱动力不足。
优选的，上述CsPbBr3单晶制备方法中，采用的安瓿为清洁石英安瓿，其清洁步骤具体如下：
(a)采用浓盐酸与浓硝酸比例为3：1的王水浸泡石英安瓿12～24h；并采用10MΩ以上的去离子水冲洗浸泡后的石英安瓿；
(b)采用浓度为5％的稀氢氟酸浸泡冲洗后的石英安瓿12～24h；并采用10MΩ以上的去离子水冲洗氢氟酸浸泡后的石英安瓿；
(c)将步骤(b)处理后的石英安瓿采用丙酮浸泡12～24h；并超声清洗2～3h；清洗完成后，用10MΩ以上的去离子水冲洗并烘干，获得清洁的石英安瓿；清洗后的石英安瓿内壁表面光滑平整，避免在晶体生长过程中安瓿内壁上的不平整和杂质成为异质成核中心，影响单晶的择优取向生长。
优选的，上述CsPbBr3单晶制备方法中，采用的圆柱形安瓿的内径为8mm～15mm；其圆锥形的尖端的锥角为15°～25°；
本发明采用的一端为圆锥形的安瓿具有引导单晶生长方向的作用；在步骤(3)单晶生长阶段的降温过程中，CsPbBr3首先在安瓿尖锥处自发成核，在后续的晶体生长过程中，处于竞争优势的生长方向继续生长，处于竞争劣势的生长方向被淘汰，以获取单晶性好的晶体。
优选的，上述CsPbBr3单晶制备方法，采用双温区垂直管式炉实现对安瓿的加温及降温，具体如下：
(1)将石英安瓿垂直悬挂于封闭的双温区垂直管式炉中，石英安瓿的圆锥形尖端指向炉底部，CsPbBr3粉体熔化后熔体的固-液界面在重力作用下处于水平状态；
(2)粉体熔化：将双温区垂直管式炉的上、下温区同时升温到设定温度，并保温3～5h，使CsPbBr3粉料完全熔化并且成分扩散均匀；
(3)单晶生长：双温区垂直管式炉的上、下温区以相同降温速度按0.25～2℃/h同时降温；在这个降温速度下，即能保证晶体在生长过程中不会因为降温速度过快而导致开裂，又能有效避免生长过慢而造成的成分分凝；直到溴铅铯粉料顶端处的温度处于CsPbBr3凝固点之下0～5℃，保温3～5h，完成CsPbBr3单晶生长；
(4)对CsPbBr3单晶分阶段降温：
第一阶段，控制双温区垂直管式炉，使其上温区以5～20℃/h速度降温，下温区以5～20℃/h速度降温，使得上、下温区同时到达预设温度；该预设温度为130～140℃，此时整个单晶的温度在溴铅铯的相变点温度之上5～10℃；
第二阶段，控制双温区垂直管式炉，使其上、下温区以相同降温速度按1～2℃/h的速率同时降温到110～120℃，直到CsPbBr3单晶处于其相变温度之下5～10℃；将安瓿随炉自然冷却到室温，完成CsPbBr3单晶制备；
上述第一阶段的快速降温是为了让生长完成的晶体快速冷却下来，但同时避免因降温速度太快而到导致的晶体开裂；第二阶段的降温要经历晶体相变转化，因此采用较慢的降温速度以避免温场的波动造成晶体相变转化过程不充分，造成晶体开裂。
优选的，上述粉体熔化步骤中，控制双温区垂直管式炉，使其上、下温区同时升温达到设定温度，且沿安瓿尖端处到CsPbBr3粉料顶端的方向保温度梯度增高，使安瓿圆锥形尖端的温度处于溴铅铯熔点之上0～10℃，确保粉体完全熔化；其中，温度增高梯度为3.5～10℃/cm。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明提供的溴铅铯单晶的制备方法，在溴铅铯单晶生长和降温过程中，通过精密降温实现单晶生长，无需移动石英安瓿和加热器，避免了机械移动对炉温稳定性的影响；
(2)本发明提供的溴铅铯单晶的制备方法，其石英安瓿内壁的碳膜镀层使溴铅铯单晶生长完成后易于安瓿中取出；另一方面，碳具有良好的导热性，能保证在溴铅铯单晶生长过程中有效地释放单晶内部的热应力，起到避免单晶开裂的作用；
(3)本发明提供的溴铅铯单晶的制备方法，在溴铅铯单晶生长及降温过程中，分别采用不同降温速率，合适的降温速率在确保生长高质量、低缺陷的溴铅铯单晶的同时也可以有效缩短晶体生长周期，提高晶体生长效率；
(4)本发明提供的溴铅铯单晶的制备方法，对于不同尺寸的溴铅铯单晶的制备，可在溴铅铯单晶的生长过程中采用不同的温度梯度；采用较小的温度梯度生长大尺寸的单晶可以避免单晶径向温差对单晶生长的影响，对于小尺寸的溴铅铯单晶制备，提高温度梯度可为单晶的生长提供足够的生长动力；
(5)本发明提供的溴铅铯单晶的制备方法，采用的安瓿为具有圆锥形尖端的圆柱管；根据晶体生长过程的形核机理和生长机理，采用本发明的锥角设计的安瓿可以淘汰多余的晶核，获得自发成核的单晶，为后续的单晶生长提供高质量的籽晶。
附图说明
图1是本发明实施例中制备溴铅铯单晶的流程图；
图2是本发明实施例采用的双温区垂直管式炉的结构示意图；
图3是本发明实施例中上、下温区设定曲线示意图；
图4是本发明实施例中对应相变转化期炉温分布图；
图5是本发明实施例1中上、下温区在不同设定温度下的炉温分布图；
图6是本发明实施例1生长的溴铅铯单晶示意图；
图7是本发明实施例1生长的溴铅铯单晶的X射线衍射图谱；
图8是本发明实施例2中上、下温区在不同设定温度下的炉温分布图；
图9是本发明实施例3中上、下温区在不同设定温度下的炉温分布图；
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-上段电阻丝、2-钢筒、3-保温层、4-第一K型热电偶、5-绝热筒、6-第二K型热电偶、7-下段电阻丝。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明实施例中，所采用的温控装置为双温区垂直管式炉，其结构如图2所示，包括5个部分，上段镍铬电阻丝1和下段镍铬电阻丝7主要用于加热；绝热的轻质氧化铝保温层3用于保护炉腔内温度不受外界波动影响；通过高导热率的钢筒2和氧化铝绝热筒5的位置来调节温度梯度；上、下两个K型热电偶4和6，与两块独立的可编程的温控表来控制温度；整个炉腔分为上温区，绝热区和下温区三个区域，上、下温区的温度由上段镍铬电阻丝1和下段镍铬电阻丝7加热控制，绝热区的温度由上、下两个温区共同作用，氧化铝绝热筒5能保证绝热区的温度分布稳定性高，不受外界波动影响。
实施例中，将石英安瓿通过金属丝垂直悬挂在双温区管式炉正中央，安瓿装有CsPbBr3粉料的部分完全处于绝热区内；实施例中，石英安瓿是内径8mm～15mm的圆柱形，其下端是锥角α为15°～25°的圆锥形；
将安瓿设计成圆锥形是为了引导单晶的生长方向，在双温区垂直管式炉降温过程中，CsPbBr3首先在安瓿尖锥处自发成核，在后续的晶体生长过程中，处于竞争优势的生长方向继续生长，竞争劣势的生长方向被淘汰，最终获得单晶性好的晶体。
实施例中制备溴铅铯单晶的两个关键步骤为单晶生长步骤和降温步骤具体如下：
单晶生长步骤：图3为实施例中设定的温度曲线示意图，按该设定温度曲线对双温区垂直管式炉进行升降温，使安瓿内的CsPbBr3粉料处于熔融状态，然后以0.25～1℃/h缓慢降低炉温，使CsPbBr3熔体的固-液界面从安瓿尖端向熔体顶端移动；当CsPbBr3熔体顶端温度低于CsPbBr3的凝固点温度时，晶体固化，完成单晶生长过程；
晶体分阶段降温步骤：第一阶段，双温区垂直管式炉上温区以5～20℃/h的速度降温到135℃，与此同时下温区以5～20℃速度降温到140℃，炉温分布图如图4所示，此时晶体温度完全处于晶体相变温度(130℃)以上；
第二阶段，即相变转化期，双温区管式炉上、下温区以相同的速度按1～2℃/h分别降温到115和120℃，炉温分布图如图4所示，晶体完成相变转变；最后晶体随炉冷却，完成单晶的生长。以下结合具体的实施例对本发明提供的溴铅铯单晶的制备方法进行具体阐述。
实施例1
实施例1以直径为8mm，长度为50mm的溴铅铯单晶的制备为例说明；
实施例1中，采用内径为8mm的圆柱形石英安瓿，其一端是锥角为20°的圆锥形；以下具体阐述实施例1中溴铅铯单晶的制备过程；
步骤1：采用如下步骤对石英安瓿进行清洗：
(1.1)采用王水(浓盐酸：浓硝酸＝3：1)浸泡石英安瓿24h，并采用10MΩ以上的去离子水冲洗浸泡后的安瓿；
(1.2)采用浓度为5％的稀氢氟酸浸泡上述冲洗后的石英安瓿24h；并采用10MΩ以上的去离子水冲洗本步骤浸泡后的安瓿；
(1.3)采用丙酮浸泡经步骤(1.2)处理后的石英安瓿24h；并对丙酮浸泡后的石英安瓿采用超声清洗3h(每隔1h更换一次去离子水)，并用10MΩ以上的去离子水冲洗，烘干，完成对石英安瓿的清洗。
步骤2：在上述清洗后的石英安瓿内壁上镀上一层碳膜，镀膜完成后用10MΩ以上的去离子水冲洗，烘干。
步骤3：将10.0g CsPbBr3粉料装入石英安瓿中，将石英安瓿抽真空度至10-3pa并密封；用耐高温的金属丝将石英安瓿自然垂直悬挂在双温区垂直管式炉中，石英安瓿的圆锥形尖端指向炉底，安瓿锥形尖端距离炉底200mm，石英安瓿装有CsPbBr3粉料的部分刚好完全处于管式炉绝热区内，其相对位置如图1所示，封闭双温区垂直管式炉。
步骤4：控制双温区垂直管式炉加温，上温区以120℃/h的速度升温到655℃，与此同时下温区以100℃/h的速度升温到545℃，炉温分布如图5所示；此时石英安瓿尖端处的温度为575℃；保温3h，使CsPbBr3粉料熔化完全并且成分扩散均匀；控制双温区垂直管式炉加温，使得从石英安瓿尖端处到CsPbBr3粉料顶端的区域内温度垂直增高，温度梯度为10℃/cm，此时熔体顶端处的温度为625℃。
步骤5：单晶生长期：控制双温区垂直管式炉上、下温区以1℃/h速度同时降温；随着炉温缓慢下降，CsPbBr3熔体固-液界面缓慢上升；当熔体顶端处的温度处于CsPbBr3凝固点之下，保温3h使CsPbBr3熔体完全固化，此时上温区和下温区的设置温度分别为555℃和445℃，单晶生长完成。
步骤6：单晶降温过程，在保证晶体质量的同时，为了兼顾生长效率，避免降温速度过快导致的晶体开裂，将降温过程分为两个阶段：
第一阶段，上温区以10℃/h的速度降温到135℃，与此同时下温区以7.3℃/h的速度降温到140℃，此时的炉温分布如图4所示，整个CsPbBr3单晶的温度处于相变点温度之上；
第二阶段，对应相变转化期，上、下温区同时以1℃/h的速度分别降温到115和120℃，此时炉温分布如图4所示，整个CsPbBr3单晶的温度处于相变点温度之下；然后，使CsPbBr3单晶随炉自然冷却；获得如图6所示，直径为8mm，总长度为50mm的橙红色溴铅铯晶体；图7为该晶体的X射线衍射图谱，衍射峰对应于PDF卡片75-0412的(310)晶面，表明制备获得的晶体为单晶体。
实施例2
实施例2以直径为12mm，长度为50mm的溴铅铯单晶的制备为例说明；
实施例2中，采用内径为12mm的圆柱形石英安瓿，其一端是锥角为20°的圆锥形；以下具体阐述实施例2中溴铅铯单晶的制备过程；
实施例2中，步骤1对石英安瓿的清洗与步骤2对石英安瓿内壁镀膜的过程与实施例1相同；
步骤3：将15.7g CsPbBr3粉料装入石英安瓿中，将石英安瓿抽真空度至10-3pa并密封；用耐高温的金属丝将石英安瓿自然垂直悬挂在双温区垂直管式炉中，石英安瓿的圆锥形尖端指向炉底，安瓿锥形尖端距离炉底200mm，石英安瓿装有CsPbBr3粉料的部分刚好完全处于管式炉绝热区内，其相对位置如图1所示，封闭双温区垂直管式炉。
步骤4：控制双温区垂直管式炉加温，使上温区以120℃/h的速度升温到613℃，与此同时使下温区以110℃/h的速度升温到560℃，其炉温分布如图8所示；此时石英安瓿尖端处的温度为570℃，保温3h，使CsPbBr3粉料熔化完全并且成分扩散均匀；控制双温区垂直管式炉加温，使得从石英安瓿尖端处到CsPbBr3粉料顶端的区域内温度垂直增高，温度梯度为5℃/cm，此时熔体顶端处的温度为595℃。
步骤5：单晶生长期：控制双温区垂直管式炉上、下温区以0.5℃/h速度同时降温；随着炉温缓慢下降，CsPbBr3熔体固-液界面缓慢上升；当熔体顶端处的温度处于CsPbBr3凝固点之下，保温3h使CsPbBr3熔体完全固化，此时上温区和下温区的设置温度分别为523℃和470℃，单晶生长完成。
步骤6：单晶降温过程；同样的，在保证晶体质量的同时，为了兼顾生长效率，避免降温速度过快导致晶体开裂，将降温过程分为两个阶段：
第一阶段，上温区以10℃/h的速度降温到135℃，与此同时下温区以8.5℃/h的速度降温到140℃，此时的炉温分布如图4所示，整个晶体温度处于相变点温度之上；
第二阶段，对应相变转化期，上、下温区同时以1℃/h的速度分别降温到115和120℃，此时炉温分布如图4所示，整个晶体温度处于相变点温度之下；然后，使CsPbBr3单晶随炉自然冷却；获得直径为12mm，总长度50mm的橙红色溴铅铯单晶。
实施例3
实施例3以直径为15mm、长度为50mm的溴铅铯单晶的制备为例说明；
实施例3中，采用内径为15mm的圆柱形石英安瓿，其一端是锥角为20°的圆锥形；以下具体阐述实施例2中溴铅铯单晶的制备过程；
实施例3中，步骤1对石英安瓿的清晰与步骤2对石英安瓿内壁镀膜的过程与实施例1相同；
步骤3：将30.0g CsPbBr3粉料装入石英安瓿中，将石英安瓿抽真空度至10-3pa并密封；用耐高温的金属丝将石英安瓿自然垂直悬挂在双温区垂直管式炉中，石英安瓿的圆锥形尖端指向炉底，安瓿锥形尖端距离炉底200mm，石英安瓿装有CsPbBr3粉料的部分刚好完全处于管式炉绝热区内，其相对位置如图1所示，封闭双温区垂直管式炉。
步骤4：控制双温区垂直管式炉加温，上温区以120℃/h的速度升温到613℃，与此同时下温区以115℃/h的速度升温到560℃，炉温如图9所示；石英安瓿尖端处的温度达到570℃；保温3h使CsPbBr3粉料熔化完全并且成分扩散均匀；控制双温区垂直管式炉加温，使得从安瓿尖端到溴铅铯粉料顶端处的区域内温度垂直增高，温度梯度为3.5℃/cm，此时熔体顶端处的温度为588℃。
步骤5：单晶生长期：控制双温区垂直管式炉上、下温区以0.25℃/h速度同时降温；随着炉温缓慢下降，CsPbBr3熔体固-液界面缓慢上升；当熔体顶端处的温度处于CsPbBr3凝固点之下，保温3h使CsPbBr3熔体完全固化，此时上温区和下温区的设置温度分别为520℃和490℃，单晶生长完成。
步骤6：单体降温过程；同样的，在保证晶体质量的同时，为了兼顾生长效率，避免降温速度过快导致晶体开裂，将降温过程分为两个阶段：
第一阶段，上温区以10℃/h的速度降温到135℃，与此同时下温区以9.1℃/h的速度降温到140℃，此时的炉温分布图如图4所示，此时整个晶体温度处于相变点温度之上；
第二阶段，对应相变转化期，上、下温区同时以1℃/h的速度分别降温到115和120℃，此时炉温分布如图4所示，此时整个晶体温度处于相变点温度之下；然后，使CsPbBr3单晶随炉自然冷却；获得直径为15mm，总长度50mm的橙红色溴铅铯单晶。
3个实施例所制备得的晶体，其基本参数如下表1所示：
表1实施例1～3制备得的溴铅铯单晶参数列表
从上表参数可以看出，晶体尺寸越小，晶体电阻率越大，表明晶体质量越好；分析3个实施例的制备环境表明，温度梯度越大，晶体生长动力越大，越有利于晶体生长，最终制备得的晶体质量越好，反之晶体质量越差。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种溴铅铯单晶制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
(1)将装有溴铅铯粉料的安瓿抽真空并密封；所述安瓿是一端为圆锥形尖端的圆柱体，其内壁镀有一层碳膜；
(2)对所述安瓿按其圆锥形尖端到溴铅铯粉料顶端的方向以3.5～10℃/cm的梯度加温，直到安瓿圆锥形尖端的温度比溴铅铯粉料熔点高0～10℃，使置于安瓿中的溴铅铯粉料充分熔化；其中，溴铅铯粉料顶端是指安瓿上与圆锥形尖端相对的另一端；
(3)对安瓿整体以0.25～2℃/h的速度降温，直到溴铅铯粉料顶端的温度比溴铅铯的凝固点低0～5℃后保温3～5h，完成溴铅铯单晶生长；
(4)对所述溴铅铯单晶分阶段降温：
第一阶段：以5～20℃/h速率降温，直到溴铅铯单晶的温度达到溴铅铯的相变点温度之上5～10℃；
第二阶段：以1～2℃/h的速率降温，直到溴铅铯单晶的温度达到其相变温度之下5～10℃；自然冷却到室温；
所述第一阶段快速降温使生长完成的晶体快速冷却，第二阶段缓慢降温避免温场的波动造成晶体相变转化不充分造成的晶体开裂；
采用双温区垂直管式炉控制安瓿的温度，具体包括如下步骤：
(1)将石英安瓿垂直悬挂于封闭的双温区垂直管式炉中，使石英安瓿的圆锥形尖端指向炉底部；使得溴铅铯粉体熔化后，熔体的固-液界面在重力作用下处于水平状态；
(2)控制双温区垂直管式炉，使其上、下温区同时升温到设定温度，并保温3～5h，使溴铅铯粉料完全熔化并且成分扩散均匀；
(3)控制双温区垂直管式炉，使其上、下温区以相同降温速度按0.25～2℃/h同时降温，直到溴铅铯粉料顶端处的温度处于溴铅铯凝固点之下0～5℃；保温3～5h；
(4)对所述溴铅铯单晶分阶段降温：
第一阶段，控制双温区垂直管式炉，使其上温区以5～20℃/h速度降温，下温区以5～20℃/h速度降温，上、下温区同时到达预设温度；该预设温度为130～140℃，此时整个单晶的温度在溴铅铯的相变点温度之上5～10℃；
第二阶段，控制双温区垂直管式炉，使其上、下温区以相同降温速度按1～2℃/h的速率同时降温到110～120℃，直到整个溴铅铯单晶处于其相变温度之下5～10℃；将安瓿随炉自然冷却到室温，完成溴铅铯单晶制备。
2.如权利要求1所述的溴铅铯单晶制备方法，其特征在于，所述溴铅铯单晶制备方法中，采用清洁的石英安瓿，清洁步骤具体如下：
(a)采用浓盐酸与浓硝酸比例为3：1的王水浸泡石英安瓿12～24h；并采用10MΩ以上的去离子水冲洗浸泡后的石英安瓿；
(b)采用浓度为5％的稀氢氟酸浸泡冲洗后的石英安瓿12～24h；并采用10MΩ以上的去离子水冲洗氢氟酸浸泡后的石英安瓿；
(c)将步骤(b)处理后的石英安瓿采用丙酮浸泡12～24h；并超声清洗2～3h；
清洗完成后，用10MΩ以上的去离子水冲洗并烘干，获得清洁的石英安瓿；清洁的石英安瓿内壁表面光滑平整，避免安瓿内壁的凸起和杂质在晶体制备过程中成为异质成核中心，影响单晶的择优取向生长。
3.如权利要求2所述的溴铅铯单晶制备方法，其特征在于，所述溴铅铯单晶制备方法中，采用的圆柱形安瓿的内径为8mm～15mm；其圆锥形的尖端的锥角为15°～25°；所述一端为圆锥形的安瓿具有引导单晶生长方向的作用。
4.如权利要求1所述的溴铅铯单晶制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，控制双温区垂直管式炉，使其上、下温区同时升温，且沿安瓿尖端处到CsPbBr3粉料顶端方向的温度梯度增高，直到安瓿圆锥形尖端的温度处于溴铅铯熔点之上0～10℃；温度增高梯度为3.5～10℃/cm。
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