单晶的助熔剂生长方法及制备的产品的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及晶体生长领域，尤其是单晶的生长方法，具体为一种USb2单晶的助熔剂生长方法及制备的产品。本发明以锑作为自助熔剂，能够制备出含高活性放射性材料铀的化合物USb2单晶，对于USb 2单晶的研究和应用具有重要的意义。
【背景技术】
[0002]由于U 5f电子具有局域和巡游双重特性及其与晶格、自旋、轨道等多自由度的耦合，使得铀化合物表现出纷繁复杂的宏观物理现象，如:非常规超导、非费米液体行为、局域巡游转变、自旋密度波、电荷密度波、量子临界、磁有序和隐藏序等。对这些物理性质的深入理解，需要制备高质量的单晶进行表征，才能获得准确的信息。
[0003]USb2具有反-Cu2Sb型晶体结构，空间群为P4/nmm，是四方结构的反铁磁化合物，反铁磁转变温度为203K。其中的电子-声子相互作用、传导电子与f电子杂化、声子与磁子的相互作用，使得物理性质及电子结构具有丰富的物理内涵。因此，制备出USb2单晶，并从实验上获得其本征特性，对于解释其基础物理性能，深入理解f电子特性，推动凝聚态理论不断前行，具有重要的科研意义。
[0004]凝聚态物理研究所涉及的单晶材料性质受材料自身的纯度影响较大，而常规的单晶生长方法难以克服坩祸或模具本身杂质对材料熔体的影响。同时，铀的活性很高，极易与其它材料(如氧、氢、水等)发生反应，难以获得高纯度的单晶材料。另外，铀具有放射性，需要特殊的防护环境，才能满足实验条件，这也进一步使得铀化合物单晶生长的难度较大。
[0005]因此，目前迫切需要一种的1^132单晶生长方法，以满足其制备的需要。
【发明内容】
[0006]本发明的发明目的在于:针对采用常规单晶制备方法难以克服坩祸或模具本身杂质对材料熔体的影响，无法满足1^132单晶制备的需要，且由于铀的高活性、放射性，难以获得高纯度铀化合物单晶的问题，提供一种1^132单晶的助熔剂生长方法及制备的产品。本发明采用铀块、锑块为原料，以其中的锑作为自助熔剂，成功制备出大尺寸的高质量USb^a0体。本发明能大幅降低晶体的生长温度，减小高温熔化时熔液的粘度以及挥发性，更加有利于晶体生长过程中的溶质传输。同时，本发明通过对反应条件的控制，有效避免了旧匕单晶生长过程中包裹体的产生，解决了高活性含放射性材料的单晶生长问题，能够生长出毫米量级、具有科研价值的高纯度USb2单晶，具有较高的应用价值。
[0007]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种1^132单晶的助熔剂生长方法，包括如下步骤:
(I)将金属U、金属Sb、坩祸、石英管、石英管密封装置分别放入氩气气氛的手套箱中；
(2 )在手套箱中，按配比将金属U、金属Sb放入坩祸中，再将坩祸置于石英管内，然后用石英管密封装置对石英管进行密封连接，使石英管内部与外界气体隔离，得到连接石英管的石英管密封装置； (3)将连接石英管的石英管密封装置从手套箱内取出，并通过石英管密封装置将石英管内抽真空至IXlO3 Pa~3X103 Pa，然后将石英管密封装置的阀门关闭，再将石英管的开口端密封，得单层石英管中间件；
(4)将单层石英管中间件置于第二石英管中，并将装有单层石英管中间件的第二石英管与石英管密封装置装配，通过石英管密封装置将第二石英管内抽真空至I X 10 3Pa~3 X 10 3 Pa后，再将第二石英管的开口端密封，得双层密封石英管；
(5)将双层密封石英管置于晶体生长炉中，升温至1000°C~1050°C，恒温40~60h，使坩祸内经高温加热得到的溶液均化，在坩祸内得到高温溶液；
(6)将步骤5的高温溶液快速降温至900~950°C，完成一次降温，再以I?3°C/h的降温速率二次降温至700°C ~750°C，将二次降温后的双层密封石英管快速取出，并置于离心机内进行离心分离；
(7)将步骤6离心分离后的双层密封石英管从离心机内取出，并将石英管破坏，取出坩祸，选出坩祸内的晶体，即可。
[0008]所述步骤I中，金属U的纯度为彡99.8wt%，金属Sb的纯度为彡99.9999wt%。
[0009]所述步骤I中，手套箱内的氧含量低于lOyg/g，水含量低于lOyg/g。
[0010]所述步骤2中，将金属U、金属Sb按摩尔比1:15~20放入坩祸中。
[0011]所述步骤3或步骤4中，用氢氧焰或乙炔焰将石英管的开口端密封。
[0012]所述步骤3或步骤4中，通过石英管密封装置将石英管内抽真空至3X10 3 Pa。
[0013]所述步骤6中，一次降温的降温速率为100~200°C /h, 二次降温的降温速率为I?30C /ho
[0014]所述步骤6中，将双层密封石英管置于离心机内进行离心分离时，离心机的转速为4000转/秒-10000转/秒。
[0015]所述步骤7中，取出坩祸后，晶体与助熔剂Sb相互分离，选出坩祸内的晶体，即可。
[0016]所述坩祸采用氧化铝材料制备而成。
[0017]采用前述方法制备的产品。
[0018]针对前述问题，本发明提供一种USb2单晶的助熔剂生长方法及制备的产品。本发明中，首先将坩祸、石英管、石英管密封装置、金属U、金属Sb放入低氧低湿氩气保护气氛的手套箱中。其中，石英管包括第一石英管、第二石英管，第二石英管的管径大于第一石英管，第一石英管能置于第二石英管内；金属U的纯度可以为多99.9wt%,金属Sb的纯度可以为彡99.9999wt%。然后，在手套箱中，按配比分别称取金属U和金属Sb (金属U、金属Sb的摩尔比为1:15-20),将称取的金属U、金属Sb记为原料，将原料置于第一石英管内，再用石英管密封装置对第一石英管进行密封连接，使第一石英管内部与外界气体隔离(即其是依靠石英管密封装置对第一石英管的开口端进行密封)，得到连接第一石英管的石英管密封装置。将该装置从手套箱内取出后，通过石英管密封装置将第一石英管内抽真空，再将石英管密封装置的阀门关闭，使第一石英管内处于真空状态，最后采用氢氧焰或乙炔焰将第一石英管的开口端密封(其是利用高温火焰将石英玻璃管熔断，利用熔融石英的粘接凝固实现真空密封)，得单层石英管中间件。将单层石英管中间件置于第二石英管(即更大的石英管)中，再将该第二石英管与石英管密封装置装配，通过石英管密封装置将第二石英管内抽真空，再采用氢氧焰或乙炔焰将第二石英管的开口端密封，得双层密封石英管。
[0019]将得到的双层密封石英管置于晶体生长炉中，升温至1000°C ~1050°C，恒温40~60h，使坩祸内经高温加热得到的溶液均化，从而在坩祸中得到高温溶液。将得到的高温溶液进行二次降温，首先快速降温至900~950°C，快速降温的速率为100~200°C /h，完成一次降温，再以I?3°C /h的降温速率进行二次降温至700°C。当降温至700°C时，快速取出装有坩祸及高温溶液的双层密封石英管，并置于离心机内进行离心分离，离心分离的转速在4000转/秒以上。取出离心分离的双层密封石英管，并将石英管破碎，取出坩祸，选出坩祸中规则方块的晶体，晶体和助熔剂Sb是分离的。本发明中，石英管密封装置可采用一种用于石英玻璃管高真空封装的装置(公开日:2013.09.04，申请号:CN201320126743.4)或其他的密封装置。
[0020]本发明采用铀、锑为原料，以其中的锑作为自助熔剂，在氩气气氛下的手套箱内，将原料按特定比例混合，在真空气氛下加热至1000~1050°C，恒温40~80h，该步骤能够使得溶液充分均化；均化完成后，采用二段降温，先将高温溶液快速降温至900~950°C，再以I?3°C/h的降温速率进行二次降温至700°C，进行晶体生长；最后，在700°C下采用离心分离法将多余助溶剂去除，从而得到高纯度、大尺寸的毫米级的USb2晶体。
[0021]本发明通过控制反应环境，有效降低环境中的杂质，从而保证了所生长晶体的纯度。双层石英管密封能完全避免在单晶生长过程中石英管开裂失效而造成原料氧化、单晶生长失败的问