CN109205575B - 一种常压下非晶态Cr2Ge2Te6材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种常压下非晶态Cr2Ge2Te6材料的制备方法，属于非晶材料制备的技术领域。制备是以高纯度材料的Cr粉、Ge粉、Te粉按照摩尔比1:2:6通过自熔技术制备出斜方六面体相的Cr2Ge2Te6二维层状材料；利用金刚石对顶砧压机将斜方六面体相的Cr2Ge2Te6二维层状材料加压至35～45GPa，再卸压至常压，得到常温常压下可以稳定存在的非晶态Cr2Ge2Te6材料。本发明制备工艺简单；可在压力下实现的非晶材料，在转变过程中具有较高的稳定性的特征，具有较好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于非晶材料制备的技术领域，具体涉及利用斜方六面体相的 Cr2Ge2Te6二维层状材料通过高压手段制备非晶态Cr2Ge2Te6材料的新方法。
背景技术
Cr2Ge2Te6是罕见的具有二维结构的铁磁性材料，具有较高的居里温度。 Cr2Ge2Te6由于其强的层内化学键和极弱的层间键的混合键特性，是一种理想的热电材料。目前，制备出的Cr2Ge2Te6材料均为晶体结构的半导体相，国内外尚未有关于非晶态Cr2Ge2Te6材料方面的研究报道。其中，非晶态材料与相应的晶体材料相比，非晶态材料具有较高的离子电导率以及不存在晶界和晶粒、抗塑性强等优点，在未来工业领域中具有较好的应用前景。
高压有效调节材料的原子间距离和晶体结构，是制备具有新结构、新性质的材料一种的方法。近年来，大量利用高压手段改变材料结构和性质的文章陆续发表，例如碳材料、拓扑材料等。本发明提供了一种制备非晶态Cr2Ge2Te6材料的新方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，以斜方六面体相的Cr2Ge2Te6二维层状材料作为原料，通过高压手段获得在常压下具有导电性的非晶态Cr2Ge2Te6材料。
具体的技术方案如下。
一种常压下非晶态Cr2Ge2Te6材料的高压制备方法，金刚石对顶砧压机为加压工具，将斜方六面体相的Cr2Ge2Te6二维层状材料填装到样品腔内，再加入甲醇和乙醇混合溶液作为传压介质，进行加压操作；将材料加压到35～45GPa后再卸压至压机压力0Gpa(即，卸压至常压)，得到非晶态Cr2Ge2Te6材料。
所述的甲醇和乙醇混合溶液，甲醇、乙醇体积比为4∶1。
所述的斜方六面体相的Cr2Ge2Te6二维层状材料，按下述的过程制备：以摩尔比1∶2∶6的Cr粉、Ge粉、Te粉混合物为原料，将原料密封在真空石英管中，在20小时内加热至1100℃，并在1100℃下保温3小时，然后以1℃/小时的速率降到700℃，并在700℃下保持1小时，反应结束后自然冷却，得到斜方六面体相的Cr2Ge2Te6二维层状材料。
所述的原料，Cr粉质量纯度为99.99％、Ge粉质量纯度为99.999％、Te粉质量纯度为99.99％。
采用本发明选定的Cr粉、Ge粉、Te粉的比例，通过本发明给出的工艺条件，制得的斜方六面体相的Cr2Ge2Te6二维层状材料用于高压制备非晶态 Cr2Ge2Te6材料，可以得到高纯的非晶态Cr2Ge2Te6材料。
本发明首次制备出了非晶态Cr2Ge2Te6材料制备的样品，可通过高压的手段实现半导体-金属态转变的新型非晶材料，在转变过程中具有较高的稳定性的特征，当压力恢复为常压，材料保持非晶态的性质。由于发生金属化现象，其导电率提高，在未来的工业领域中具有较高的应用前景。
附图说明
图1是实施例1得到的斜方六面体相的Cr2Ge2Te6二维层状材料的X射线衍射谱图。
图2是实施例1得到的斜方六面体相的Cr2Ge2Te6二维层状材料的拉曼光谱图。
图3是实施例2得到的非晶态Cr2Ge2Te6材料的X射线衍射谱图。
图4是实施例2得到的非晶态Cr2Ge2Te6材料的拉曼光谱图。
图5是实施例2制备非晶态Cr2Ge2Te6材料的加压和卸压过程中材料随压力变化的电阻图。
图6是实施例3得到的Cr2Ge2Te6材料的拉曼光谱图。
图7是实施例4得到的Cr2Ge2Te6材料的拉曼光谱图。
图8是实施例5得到的Cr2Ge2Te6材料的拉曼光谱图。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步阐述本发明。
实施例1
斜方六面体相的Cr2Ge2Te6二维层状材料的制备过程如下：将高纯度材料(Cr 粉99.99％、Ge粉99.999％、Te粉99.99％)以摩尔比1:2:6的比例混合，将原料密封在真空石英管中，在20小时内以均匀的加热速率将原料加热至1100℃，并在1100℃下保持3小时，然后以10℃/小时的速率缓慢降到700℃，并在700℃下保持1小时，反应结束后自然冷却，得到所需的斜方六面体相的Cr2Ge2Te6二维层状材料。本实施例制备的斜方六面体相的Cr2Ge2Te6二维层状材料的X射线衍射谱图见图1，拉曼光谱图见图2。
实施例2：
使用400μm砧面的金刚石对顶砧压机。在5*5mm的钢片中心压出直径为 100μm的孔洞作为样品腔。将适量斜方六面体相的Cr2Ge2Te6二维层状材料填装到钢片的孔洞中，使用红宝石微球作为标定压力的材料放入孔洞，再滴加甲醇、乙醇体积比为4∶1的混合溶液作为传压介质，封装压机，进行加压操作。将材料加压到40GPa卸压至0GPa，得到的样品即为非晶态Cr2Ge2Te6材料。制得的非晶态Cr2Ge2Te6材料的X射线衍射谱和拉曼光谱见图3、4，与加压前的X射线衍射谱和拉曼光谱(参见图1和图2)比较，样品峰消失，说明40GPa卸压至 0GPa后的样品为非晶态的Cr2Ge2Te6材料，且样品发生金属化。图5是制备非晶态Cr2Ge2Te6材料的加压和卸压过程中，适时检测得到的材料随压力变化的电阻图。在加压过程中随着压力的变化电阻值变小，即电导率增加；卸压过程中，随着压力的变化电阻值变大，但卸压至低压区(0-5GPa)，比加压时同压力下的电阻值小，由此可见，非晶态的Cr2Ge2Te6材料比斜方六面体相的Cr2Ge2Te6材料的电阻值小，即提高了其电导率。
实施例3：
本实施例作为对比例。压机、样品腔和传压介质与实例2相同。将实施例1 得到的斜方六面体相的Cr2Ge2Te6二维材料填装到钢片的孔洞中，再使用红宝石微球作为标定压力的材料放入孔洞，滴加甲醇、乙醇体积比为4∶1的混合溶液作为传压介质，封装压机，进行加压操作。将材料加压到28GPa卸压至0GPa，得到的样品即为Cr2Ge2Te6材料拉曼光谱见图6，拉曼光谱的样品峰几乎恢复为未加压(参见图2)前，说明28GPa卸压至0GPa后的样品不是非晶态的Cr2Ge2Te6材料。
实施例4：
压机、样品腔和传压介质与实例2相同。将实施例1得到的斜方六面体相的Cr2Ge2Te6二维材料填装到钢片的孔洞中，再使用红宝石微球作为标定压力的材料放入孔洞，滴加甲醇、乙醇体积比为4∶1的混合溶液作为传压介质，封装压机，进行加压操作。将材料加压到35GPa卸压至0GPa，得到的样品即为非晶态 Cr2Ge2Te6材料。得到的样品即为Cr2Ge2Te6材料的拉曼光谱见图7，对照图2可知，图7中拉曼光谱的样品峰消失，说明35GPa卸压至0GPa后的样品为非晶态的Cr2Ge2Te6材料，且样品发生金属化。
实施例5：
压机、样品腔和传压介质与实例2相同。将实施例1得到的斜方六面体相的Cr2Ge2Te6二维材料填装到钢片的孔洞中，再使用红宝石微球作为标定压力的材料放入孔洞，滴加甲醇、乙醇体积比为4∶1的混合溶液作为传压介质，封装压机，进行加压操作。将材料加压到45GPa卸压至0GPa，得到的样品即为Cr2Ge2Te6材料拉曼光谱见图8，图8表明45GPa卸压至0GPa后的样品为非晶态的Cr2Ge2Te6材料，且样品发生金属化。
Claims (3)
1.一种常压下非晶态Cr2Ge2Te6材料的制备方法，金刚石对顶砧压机为加压工具，其特征在于，将斜方六面体相的Cr2Ge2Te6二维层状材料填装到样品腔内，再加入甲醇和乙醇混合溶液作为传压介质，进行加压操作；将材料加压到35～45GPa后再卸压至压机压力0GPa，得到非晶态Cr2Ge2Te6材料；
所述的斜方六面体相的Cr2Ge2Te6二维层状材料，按下述的过程制备：以摩尔比1∶2∶6的Cr粉、Ge粉、Te粉混合物为原料，将原料密封在真空石英管中，在20小时内加热至1100℃，并在1100℃下保持3小时，然后以10℃/小时的速率降到700℃，并在700℃下保持1小时，反应结束后自然冷却，得到斜方六面体相的Cr2Ge2Te6二维层状材料。
2.根据权利要求1所述的常压下非晶态Cr2Ge2Te6材料的制备方法，其特征在于，所述的甲醇和乙醇混合溶液，甲醇、乙醇体积比为4∶1。
3.根据权利要求2所述的常压下非晶态Cr2Ge2Te6材料的制备方法， 其特征在于，所述的原料，Cr粉质量纯度为99.99％、Ge粉质量纯度为99.999％、Te粉质量纯度为99.99％。
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