鉀摻雜菲分子晶體及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及有機超導(dǎo)材料領(lǐng)域，具體涉及一種鉀摻雜菲分子晶體及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在一種基質(zhì)材料中，摻入少量其他元素或化合物，以使基質(zhì)材料產(chǎn)生特定的電學(xué)、磁學(xué)和光學(xué)性能，從而具有實際應(yīng)用價值或特定用途。鉀作為摻雜物，早在1991年就被用于摻雜C60以獲得超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為18K的有機化合物超導(dǎo)體[Hebard，A.F.et al.Superconductivity at 18 K in potassium-doped C60.Nature 350,600 -601 (1991).] o 2010 年日本同山大學(xué) Yoshihiro Kubozono 及 Ryoji Mitsuhashi 等人用喊金屬慘雜二萘品苯發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)性[Mitsuhashi, R.et al.Superconductivity inalkal1-metal-doped picene.Nature 464, 76 - 79 (2010).]，使喊金屬慘雜芳香徑化合物的有機超導(dǎo)體引起了人們極大的關(guān)注；2011年以來中國科學(xué)家在堿金屬摻雜菲[Wang，X.et al.Superconductivity at 5K in alkal1-metal-doped phenanthrene.NatureCommun.2，507 - 513 (2011).]和多苯環(huán)化合物[M.Xue, T.Cao, D.Wang, Y.ffu, H.Yang, X.Dong, J.He, F.Li, and G.F.Chen, Sc1.Rep.2，389 (2012).]中分別發(fā)現(xiàn)了 5K和 33Κ 的超導(dǎo)電性。但是由他們的制備方法得到的鉀摻雜菲的晶體材料的X射線衍射譜并沒有出現(xiàn)相對未摻雜菲的峰位偏移，說明鉀原子在菲中的摻雜并沒有引起分子晶體結(jié)構(gòu)的顯著改變。
[0003]在實際運用中，此類摻雜物具有超導(dǎo)電性的潛能，可以用于信息通信、強穩(wěn)恒磁場、工業(yè)加工、無損耗輸電、生物醫(yī)學(xué)、磁懸浮運輸和航空航天等領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種更高超導(dǎo)分數(shù)的鉀摻雜菲分子晶體的制備方法。
[0005]本發(fā)明一方面提供了一種鉀摻雜菲分子晶體，所述菲分子晶體呈層狀分布，鉀原子分布在菲分子層內(nèi)和層間，菲分子晶體c軸長度為1.28?1.30nm。
[0006]本發(fā)明第二方面提供了一種鉀摻雜菲分子晶體的制備方法，其包括以下步驟:
[0007]A.將粉末狀的菲與鉀單質(zhì)混合；
[0008]B.在真空度低于5xlO_4Pa、水和氧含量分別低于0.1ppm的條件下退火獲得鉀摻雜菲分子晶體，退火條件為160?210°C，降溫速率低于3°C /小時。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:一方面，本發(fā)明在高真空、無水無氧條件下退火，通過控制退火溫度和降溫速率，可以將鉀原子有效地摻入到菲分子晶體層內(nèi)和層間，增加了菲分子晶體c軸長度，獲得很好的[001]取向生長的高質(zhì)量晶體材料；第二方面，通過控制退火溫度和降溫速率，可以有效避免了氫化鉀等雜質(zhì)的生成，獲得高純度的鉀摻雜菲分子晶體，提高材料的超導(dǎo)分數(shù)，即superconducting fract1n ;第三方面，通過將鉀原子同時摻入到菲分子晶體層內(nèi)和層間，可以將菲由半導(dǎo)體態(tài)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的金屬態(tài)，并提高超導(dǎo)臨界溫度。
【附圖說明】
[0010]圖1為(a)純有機菲分子晶體，(b)兩個鉀原子在一個菲分子晶體中層內(nèi)摻雜，和(C)三個鉀原子在一個菲分子晶體中層內(nèi)層間共摻的晶體結(jié)構(gòu)圖；
[0011]圖2為實施例一得到樣品的X射線衍射圖；
[0012]圖3為實施例二得到樣品的X射線衍射圖；
[0013]圖4為實施例三得到樣品的X射線衍射圖。
【具體實施方式】
[0014]本發(fā)明一方面提供了一種鉀摻雜菲分子晶體，所述菲分子晶體呈層狀分布，鉀原子分布在菲分子層內(nèi)和層間，菲分子晶體c軸長度為1.28?1.30nm。
[0015]如圖1所不，圖1a為菲分子晶體結(jié)構(gòu)不意圖，其a軸長度為0.85nm，b軸長度為0.62nm，c軸長度為0.95nm ;圖1b為菲分子晶體在每一個菲分子層內(nèi)摻入兩個鉀原子后的結(jié)構(gòu)示意圖，其a軸長度為0.86nm，b軸長度為0.65nm，c軸長度為0.96nm ;圖1c為菲分子晶體在每一個菲分子層內(nèi)摻入兩個鉀原子，每兩個菲分子層間摻入一個鉀原子后的結(jié)構(gòu)示意圖，其a軸長度為0.88nm，b軸長度為0.68nm，c軸長度為1.29nm。層間摻雜鉀原子后的菲分子晶體材料具有更高的超導(dǎo)分數(shù)和超導(dǎo)臨界溫度。
[0016]優(yōu)選的，所述菲分子與鉀原子摩爾比為1:2?4。進一步優(yōu)選的，所述菲分子與鉀原子摩爾比為1: 3，每一個菲分子層內(nèi)摻入兩個鉀原子，每兩個菲分子層間摻入一個鉀原子。
[0017]通過上述摻雜，所述鉀摻雜菲分子晶體的超導(dǎo)臨界溫度可以達到5?8K。
[0018]本發(fā)明第二方面提供了一種鉀摻雜菲分子晶體的制備方法，其包括以下步驟:
[0019]A.將粉末狀的菲與鉀單質(zhì)混合；
[0020]B.在真空度低于5xlO_4Pa、水和氧含量分別低于0.1ppm的條件下退火獲得鉀摻雜菲分子晶體，退火條件為160°C?210°C，降溫速率低于3°C /小時。
[0021]優(yōu)選的，所述菲分子與鉀原子摩爾比為1:2?4。
[0022]優(yōu)選的，所述步驟B中真空度為lxlO—4?5x10 1?，水含量為0.001?0.lppm。
[0023]優(yōu)選的，所述步驟B中降溫速率為I?3V /小時。
[0024]優(yōu)選的，所述步驟B中退火條件為高溫條件下恒溫24?48小時，然后降溫至25?
60。。。
[0025]以下結(jié)合具體實施例詳細介紹本發(fā)明的鉀摻雜菲分子晶體及其制備方法。
[0026]實施例一
[0027]在水含量低于0.1ppm的手套箱中將白色粉末菲與亮白色鉀以摩爾比為1:3的比例稱量混合，裝入石英管中。
[0028]對裝有樣品的石英管抽高真空至lxlO_4Pa，邊抽真空邊密封石英管，使樣品密封石英管內(nèi)。
[0029]取部分密封好的石英管，標記為a，放入高真空退火爐中，退火條件為40min加熱至200°C，恒溫24h，冰浴降溫至50°C ο從石英管內(nèi)取出樣品放入手套箱，獲得鉀摻雜菲分子晶體；
[0030]取部分密封好的石英管，標記為b，放入高真空退火爐中，退火條件為40min加熱至200°C，恒溫24h，5°C /h降溫至50°C。從石英管內(nèi)取出樣品放入手套箱，獲得鉀摻雜菲分子晶體；
[0031]取部分密封好的石英管，標記為C，放入高真空退火爐中，退火條件為40min加熱至200°C，恒溫24h，2°C /h降溫至50°C。從石英管內(nèi)取出樣品放入手套箱，獲得鉀摻雜菲分子晶體；
[0032]對樣品a、b、c分別做XRD測試，得到如圖2所示的XRD圖譜。其中K3Phenanthrene的衍射圖譜是我們根據(jù)鉀在菲分子晶體層內(nèi)和層間按照如圖1c