一种导电多阶有序钙钛矿晶体及其制备方法

本发明涉及一种导电多阶有序钙钛矿晶体及其制备方法，属于钙钛矿材料。

背景技术：

1、a位有序双钙钛矿是一种多阶钙钛矿材料，其在简单钙钛矿abo3的晶体结构基础上，通过将a位元素的3/4替换为离子半径更小的元素，例如mn、cu等，而得到化学式为aa’3b4o12的结构。a位有序双钙钛矿由于a’元素的引入，导致了晶体结构的畸变，同时会使得钙钛矿结构当中的元素之间产生更加复杂的关联作用：例如a’位元素的引入会产生a位和a’位之间的电荷交换作用，同时也会使得不同离子间的轨道杂化和电子排布更加复杂。这些复杂的关联作用常常会产生新奇的物理特性，例如多铁性、超导性、负热膨胀性、非费米液体行为等等，因此a位有序双钙钛矿材料在物理、化学和材料领域具有重要的研究价值。

2、然而，由于a’元素离子半径原小于原有的a位元素，为了配合这种离子半径的改变，b-o八面体则需要发生畸变，往往会产生旋转和扭曲。而由于这种晶体结构的畸变，使得a位有序双钙钛矿材料往往需要在高温高压的条件下合成。

3、由于钙钛矿材料可以看作金属氧化物，而金属与氧元素的结合往往倾向于形成较强的化学键，这使得钙钛矿材料当中，金属元素的自由电子和氧原子的空轨道之间往往形成离子或共价结合，这种化学结合会导致材料的导电性很差，使得钙钛矿材料绝大多数均为绝缘体或半导体。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种导电多阶有序钙钛矿晶体及其制备方法。本发明成功在高温高压的条件下合成了一种a位有序双钙钛矿材料pbcu3ru4o12。该材料表现出金属性且是一种导电材料。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

3、一种导电多阶有序钙钛矿晶体，所述晶体的化学式为pbcu3ru4o12，使用cu靶kα衍射，以2θ角度表示的x射线粉末衍射图谱在16.79°、29.31°、33.93°、38.09°、45.41°和48.75°处具有衍射峰，2θ角度测量误差为±0.01。

4、进一步的，使用cu靶kα衍射，其以2θ角度表示的x射线粉末衍射图谱还在51.91°、60.71°、63.47°、71.39°、79.00°和81.43°处具有衍射峰，2θ角度测量误差为±0.01°。

5、进一步的，所述pbcu3ru4o12晶体为立方晶系，空间群为im-3(no.204)，晶格常数α＝β＝γ＝90°；晶胞中各原子坐标为pb(0，0，0)、cu(0，0.5，0.5)、ru(0.25，0.25，0.25)、o(0.32，0.20，0)。

6、进一步的，所述pbcu3ru4o12晶体中，pb-o键长为ru-o键长为ru-o-ru键角为141.4-141.8°，o-ru-o键角为83.9-84.3°；晶体原胞体积为理论密度为8.0-8.4g/cm3。

7、一种本发明所述的导电多阶有序钙钛矿晶体的制备方法，方法步骤包括：

8、(1)将pbo、cuo和ruo2粉末按照化学计量比混合并充分研磨，得到混合粉末；

9、(2)将所述混合粉末密封包裹后，在压力为10-18gpa、温度为1000-1400℃下，烧结0.1小时-6小时，得到一种导电多阶有序钙钛矿晶体。

10、进一步的，所述pbo、cuo和ruo2的摩尔比为1:3:4。

11、进一步的，烧结压力为12 -14gpa，烧结温度为1100-1200℃，烧结时间为0.5小时-3小时。

12、进一步的，当烧结温度＜1100℃时，使用金箔对所述混合粉末进行密封包裹；当烧结温度≥1100℃时，使用铂箔对所述混合粉末进行密封包裹。

13、有益效果

14、本发明提供了一种导电多阶有序钙钛矿晶体及其制备方法，pbcu3ru4o12晶体属于立方晶系im-3(no.204)空间群，是一种pb基a位有序双钙钛矿导电材料，对研究电子的强关联行为等物理现象提供了很好的材料基础，对加深钙钛矿体系晶体场效应的认识和理解具有重要的物理意义。

技术特征：

1.一种导电多阶有序钙钛矿晶体，其特征在于：所述晶体的化学式为pbcu3ru4o12，使用cu靶kα衍射，以2θ角度表示的x射线粉末衍射图谱在16.79°、29.31°、33.93°、38.09°、45.41°和48.75°处具有衍射峰，2θ角度测量误差为±0.01。

2.如权利要求1所述的一种导电多阶有序钙钛矿晶体，其特征在于：使用cu靶kα衍射，其以2θ角度表示的x射线粉末衍射图谱还在51.91°、60.71°、63.47°、71.39°、79.00°和81.43°处具有衍射峰，2θ角度测量误差为±0.01°。

3.如权利要求1或2所述的一种导电多阶有序钙钛矿晶体，其特征在于：所述pbcu3ru4o12晶体为立方晶系，空间群为im-3(no.204)，晶格常数α＝β＝γ＝90°；晶胞中各原子坐标为pb(0，0，0)、cu(0，0.5，0.5)、ru(0.25，0.25，0.25)、o(0.32，0.20，0)。

4.如权利要求3所述的一种导电多阶有序钙钛矿晶体，其特征在于：所述pbcu3ru4o12晶体中，pb-o键长为ru-o键长为ru-o-ru键角为141.4-141.8°，o-ru-o键角为83.9-84.3°；晶体原胞体积为理论密度为8.0-8.4g/cm3。

5.一种如权利要求1～4任意一项所述的导电多阶有序钙钛矿晶体的制备方法，其特征在于：方法步骤包括：

6.如权利要求5所述的一种导电多阶有序钙钛矿晶体的制备方法，其特征在于：所述pbo、cuo和ruo2的摩尔比为1:3:4。

7.如权利要求5所述的一种导电多阶有序钙钛矿晶体的制备方法，其特征在于：烧结压力为12-14gpa，烧结温度为1100-1200℃，烧结时间为0.5小时-3小时。

8.如权利要求5所述的一种导电多阶有序钙钛矿晶体的制备方法，其特征在于：当烧结温度＜1100℃时，使用金箔对所述混合粉末进行密封包裹；当烧结温度≥1100℃时，使用铂箔对所述混合粉末进行密封包裹。

技术总结本发明涉及一种导电多阶有序钙钛矿晶体及其制备方法，属于钙钛矿材料技术领域。所述晶体的化学式为PbCu<subgt;3</subgt;Ru<subgt;4</subgt;O<subgt;12</subgt;，使用Cu靶Kα衍射，以2θ角度表示的X射线粉末衍射图谱在16.79°、29.31°、33.93°、38.09°、45.41°和48.75°处具有衍射峰，2θ角度测量误差为±0.01。所述材料是一种Pb基A位有序双钙钛矿导电材料，对研究电子的强关联行为等物理现象提供了很好的材料基础，对加深钙钛矿体系晶体场效应的认识和理解具有重要的物理意义。技术研发人员：田瑞丰,叶鹏达,金美玲,陈宇翔,李月美,李翔受保护的技术使用者：北京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/8/20