一种大尺寸CrI3单晶的制备方法

一种大尺寸cri3单晶的制备方法
技术领域
1.本发明涉及一种大尺寸cri3单晶的制备方法，属于软磁材料制备领域。


背景技术：

2.近年来，二维范德华磁性材料受到广泛的关注和探索，由于其自身的可控性和低维性使其在电学、磁学、力学和光学等领域得到应用广泛。在过去几年中，一些典型的具有本征长程铁磁序的二维范德华磁性材料被发现并进行了深入的研究。
3.目前cri3单晶制备的方法主要有化学气相输运法和外延生长法。与外延生长法相比，化学气相输运法的操作简单、成本低廉。在现有技术中，大多数研究者制备cri3单晶的方法为化学气相输运法，并按照文献1（chemistry of materials, 2015, 27(2), 612
‑
620）的化学气相输运法成功制备5
×
5 mm的cri3单晶。具体内容为：将铬粉与无水碘珠以摩尔比1:3混合放入石英管中，抽真空并用氢氧焰封管，将石英管放入双温区管式炉中，原料所在高温端设置为650
ꢀ°
c，低温端设置为500~550
ꢀ°
c，输运6天后制备cri3单晶，如图1。文献2（physical review b, 2018, 97(1): 014420.1
‑
014420.6）通过与文献1相同的化学气相输运法，将石英管放入双温区管式炉中，装有原料的石英管一端保持在650
ꢀ°
c，另一端保持在600
ꢀ°
c，输运7天得到尺寸约为2
×
3 mm的cri3单晶，如图2。上述两个文献均存在制备cri3单晶的时间较长且单晶尺寸较小的缺点。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种大尺寸cri3单晶的制备方法，通过改变双温区的温度梯度，制备大尺寸cri3单晶。
5.本发明所述的一种大尺寸cri3单晶的制备方法，包括以下步骤：1）以铬粉与无水碘珠为原料，按照一定摩尔比放入石英管中；2）将步骤1）的石英管进行真空封管，置于双温区管式炉中保温一段时间，其中，原料位于双温区管式炉的高温端，高温端温区的温度控制为650
±
10
ꢀ°
c，低温端温区的温度控制为350
±
10
ꢀ°
c；3）保温结束后冷却到室温，获得所述的大尺寸cri3单晶。
6.进一步的，步骤1）中，摩尔比为1:2~5，优选1:3。
7.进一步的，步骤1）中，石英管长度为16~21 cm，内径为14~16 mm。
8.进一步的，步骤3）中，保温时间为不少于70 h。
9.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：1）相对于其他的cri3晶体，本发明利用化学气相输运，通过改变温度梯度制备得到尺寸较大的cri3晶体。
10.2）相对于其他的制备方法，本发明有效缩短单晶的生长周期，提高生产速率。
附图说明
11.图1为背景技术中文献1制得的cri3晶体的照片。
12.图2为背景技术中文献2制得的cri3晶体的照片。
13.图3为本发明实施例1制备的cr2o3的照片。
14.图4为本发明实施例1制备的cr2o3的xrd图。
15.图5为本发明实施例2制备的cri3晶体的照片。
16.图6为本发明实施例2制备的cri3晶体的xrd图。
17.图7为本发明实施例4制备的cri3晶体的照片。
18.图8为本发明实施例4制备的cri3晶体的xrd图。
19.图9为本发明实施例5制备的cri3晶体的照片。
20.图10为本发明实施例5制备的cri3晶体的xrd图。
21.图11为本发明实施例6制备的cri3晶体的照片。
22.图12为本发明实施例6制备的cri3晶体的xrd图。
具体实施方式
23.下面结合附图和实施例对本发明进行进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
24.下面各实施例中采用的石英管的长度为19.5 cm，内径为16 mm。采用型号为gsl
‑
1400x的双温区管式炉。
25.实施例11）以铬粉与无水碘珠为原料，按照摩尔比1:3放入石英管中；2）将装有原料的石英管抽15 min真空并用氢氧焰封管，之后将石英管放入双温区管式炉中；原料所在端置于高温区中心（即高温端温区热电偶附近），高温端温区的温度设置为650
ꢀ±
10
ꢀ°
c，低温端温区的温度设置为250
ꢀ±
10
ꢀ°
c。
26.3）将装有原料的石英管在双温区管式炉中保温72 h（3天），之后让其冷却到室温，样品制备完成。
27.本发明实施例1未得到cri3晶体，在密封的石英管内观察到明显的墨绿色粉末，如图3。通过xrd测试证明得到的墨绿色粉末为cr2o3，如图4，出现氧化物的主要原因是原料中的杂质所致。
28.实施例21）以铬粉与无水碘珠为原料，按照摩尔比1:3放入石英管中；2）将装有原料的石英管抽15 min真空并用氢氧焰封管，之后将石英管放入双温区管式炉中；原料所在端置于高温区中心，高温端温区的温度设置为650
ꢀ±
10
ꢀ°
c，低温端温区的温度设置为350
ꢀ±
10
ꢀ°
c。
29.3）将装有原料的石英管在双温区管式炉中保温72 h，之后让其冷却到室温，样品制备完成。
30.本发明实施例2得到大尺寸cri3晶体，单晶尺寸接近10
×
5 mm，如图5。通过xrd测试确定得到的单晶为cri3，如图6。与其他人制备的cri3单晶对比，这种改变温度梯度的方法获得的单晶尺寸大大提高，且制备周期大大缩短。
31.实施例31）以铬粉与无水碘珠为原料，按照摩尔比1:3放入石英管中；2）将装有原料的石英管抽15 min真空并用氢氧焰封管，之后将石英管放入双温区管式炉中；原料所在端置于高温区中心，高温端温区的温度设置为650
ꢀ±
10
°
c，低温端温区的温度设置为550
ꢀ±
10
ꢀ°
c。
32.3）将装有原料的石英管在双温区管式炉中保温72 h，之后让其冷却到室温，样品制备完成。
33.本发明实施例3未得到cri3晶体，沿着石英管内壁出现少量黑色粉末物质，由于质量太少无法通过xrd的测量确定物质结构。
34.实施例4按照背景技术中文献1的方法制备cri3晶体。具体步骤如下：1）以铬粉与无水碘珠为原料，按照摩尔比1:3放入石英管中；2）将装有原料的石英管抽15 min真空并用氢氧焰封管，之后将石英管放入双温区管式炉中；原料所在端置于高温区中心，高温端温区的温度设置为650
ꢀ±
10
ꢀ°
c，低温端温区的温度设置为550
±
10
ꢀ°
c。
35.3）将装有原料的石英管在双温区管式炉中保温144 h（6天），之后冷却至室温，样品制备完成。
36.本发明实施例4利用背景技术中文献1的方法制备cri3晶体，单晶尺寸接近1.5
×
1.5 mm，如图7。通过xrd测试确定得到的单晶为cri3，如图8。在衍射角22
°
左右出现一个多余的衍射峰，这是因为单晶尺寸较小，这里使用双面胶进行固定处理，经xrd测试可知这是双面胶基底的衍射峰。
37.实施例51）以铬粉与无水碘珠为原料，按照摩尔比1:2放入石英管中；2）将装有原料的石英管抽15 min真空并用氢氧焰封管，之后将石英管放入双温区管式炉中；原料所在端置于高温区中心，高温端温区的温度设置为650
ꢀ±
10
°
c，低温端温区的温度设置为350
±
10
ꢀ°
c。
38.3）将装有原料的石英管在双温区管式炉中保温72 h，之后让其冷却到室温，样品制备完成。
39.本发明实施例5得到cri3晶体，单晶尺寸约为3
×
2 mm，如图9。通过xrd测试确定得到的单晶为cri3，如图10。
40.实施例61）以铬粉与无水碘珠为原料，按照摩尔比1:5放入石英管中；2）将装有原料的石英管抽15 min真空并用氢氧焰封管，之后将石英管放入双温区管式炉中；原料所在端置于高温区中心，高温端温区的温度设置为650
±
10
ꢀ°
c，低温端温区的温度设置为350
ꢀ±
10
ꢀ°
c。
41.3）将装有原料的石英管在双温区管式炉中保温72 h，之后让其冷却到室温，样品制备完成。
42.本发明实施例6得到cri3晶体，单晶尺寸约为4
×
3 mm，如图11。通过xrd测试确定得到的单晶为cri3，如图12。
43.将图1、2、5、7的单晶尺寸进行比较，证明本发明的制备工艺可以提高cri3晶体的尺寸，大大缩短单晶生长周期。
44.综上，本发明通过能够有效地提高cri3晶体的尺寸，缩短制备时间。