本发明涉及塑性无机半导体材料,具体涉及一种银硫基类塑性无机半导体及实现银硫基塑性无机半导体超高塑性变形量的方法。
背景技术:
1、半导体由于其独特的物理性质,在通讯、物联网、健康检测设备等方面受到广泛研究与应用。然而,传统无机半导体在外力作用下通常展现出脆性断裂,这极大地限制了其加工方式和应用场景。
2、近年来,银硫基半导体被报道具有良好的塑性变形能力,压缩应变超过50%(xunshi et al.),拉伸应变超过12%(shiyang he et al.)。此外,相较于传统的有机半导体,银硫基无机半导体具有高的电输运性能,迁移率在100-1000cm2/(v·s),因此在柔性电子领域极具应用潜力。
3、公开号为cn115096935a的专利申请公开了一种银基硫族金属绝缘体相变柔性半导体热敏传器与应用技术。该专利申请使用银基硫族化合物作为温度敏感材料,通过材料组分设计其热敏电阻系数、塞贝克系数、金属绝缘体相变特性,并通过精密机加工将其制作成柔性自支撑膜、丝低维材料用以进一步制作成分立式器件或阵列式器件。综合银基硫族化合负阻温系数热敏电阻特性、金属绝缘体相变、塞贝克系数,实现温度传感、热开关、高精度热扰动探测应用。所提供技术方法在温度智能传感、红外探测、热扰动探测、热开关、浪涌电流抑制方面具有可观的应用价值,并可实现器件的柔性化。
4、然而相比于传统金属材料,上述专利申请公开的银硫基半导体的塑性变形能力仍不突出,单次塑性变形十分有限。当塑性变形超过一定量后,银硫基半导体将出现明显裂纹,因此难以利用传统的塑性加工方式来获得各种形状以及特定形状的银硫基半导体。
5、目前针对银硫基无机半导体的加工方式仍局限于切割,这不仅带来物料损耗严重、加工精度受限的问题,同时也难以获得复杂形状,并且银硫基半导体的塑性特征并未得到充分利用。
6、随着当前柔性电子以及物联网的快速发展,迫切需要通过快速高效的方式获得满足特定应用场景、特定形状尺寸的半导体产品,因此发展一种能实现当前银硫基塑性无机半导体的超高塑性变形量的方法尤为关键与迫切。
技术实现思路
1、本发明提供了一种实现银硫基塑性无机半导体超高塑性变形量的方法,利用该方法能够制得具有超高的塑性变形量的银硫基塑性无机半导体材料。
2、本发明提供了一种实现银硫基塑性无机半导体超高塑性变形量的制备方法,包括:
3、(1)对银硫基材料冷加工;
4、(2)在惰性气体氛围下或真空环境下,将冷加工后的银硫基材料进行退火;
5、(3)重复(1)-(2),实现银硫基塑性无机半导体材料的超高变形量;
6、所述银硫基材料为ag2-xcuxs1-ymy,其中,m为se和/或te,x=0-0.5,y=0.2-0.7。
7、本发明通过引入适量的半径较大的se和/或te元素,使得银硫基材料在完成较大变形率的冷加工后形成非晶,同时通过调控ag和cu的比例,避免产生孔洞对退火后的银硫基材料的塑性性能产生影响,从而能够较好的恢复银硫基材料的塑性性能,为下一次冷加工做准备,通过多次迭代直至得到本发明所需的超高变形量。
8、进一步的,步骤(2)的退火温度为相变温度以上,750℃以下,退火时间为5min以上。所述相变温度为银硫基材料由非晶态转变为晶态的温度,是通过dsc测试得到的。本发明通过控制退火温度在相变温度以上,使得银硫基材料由非晶转变为晶态从而能够较好的恢复银硫基材料的塑性性能,并通过控制退火时间为相变转变提供足够的时间来获得较好塑性的晶相组织。
9、进一步的,步骤(2)的退火温度为300-700℃。本发明通过提供合适的退火温度,使得冷加工后得到的非晶组织转变为立方结构的晶相,从而恢复银硫基材料的塑性性能,尽量减少转变为塑性性能较差的单斜结构的晶相。
10、进一步的,步骤(2)的退火温度为350-500℃,退火时间为5-120min。本发明通过进一步控制退火温度和退火时间,在保证形成具有较好塑性的银硫基材料的同时,还能够避免固溶度较低的ag,cu,s材料的析出、挥发,影响半导体材料的性能。
11、进一步的,步骤1的拉伸率在50%以下、辊轧变形率在200%以下或拉拔直径减少在50%以下。通过控制变形率避免单次加工后银硫基材料边缘产生毛刺,甚至直接断裂。
12、进一步的,退火后的冷却方式包括空冷、水冷和炉冷。
13、本发明通过控制冷却方式,使得冷却速度控制在合理范围内,使得银硫基材料在相变过程中产生较少的脆性第二相,从而使得银硫基具有较好的塑性性能。
14、进一步优选的,冷却方式为空冷和水冷,与其他冷却方式相比,在空冷和水冷条件下,在银硫基材料中产生的第二相最少,且避免产生塑性性能较差的单斜结构的晶相,因此塑性最好。
15、进一步的,惰性气体的气压为0-100mpa。以控制s/te元素的挥发。
16、进一步的,在步骤(2)中的冷加工为冷轧、冷锻、冷拔、冷镦或冷折。
17、另一方面,本发明还提供了通过所述的实现银硫基塑性无机半导体超高塑性变形量的制备方法制备得到银硫基塑性无机半导体。
18、与现有技术相比,本发明的有益效果为:
19、本发明通过提供适量的se和/或te元素使得银硫基材料在冷加工后发生非晶转变,然后通过退火工艺使得非晶银硫基材料发生晶相转变,从而恢复银硫基材料的塑性,同时控制se和/或te元素的量和cu元素的量,避免对退火后的银硫基材料的塑性性能产生影响,由于在每次冷加工后均会进行塑性恢复,从而使得银硫基材料在多次冷加工过程中也不会产生开裂和毛刺的形象,同时达到了获得超高变形量的银硫基塑性无机半导体材料的目的。
1.一种实现银硫基塑性无机半导体超高塑性变形量的方法,其特征在于,包括:
2.根据权利要求1所述的实现银硫基塑性无机半导体超高塑性变形量的方法,其特征在于,步骤(2)的退火温度为相变温度以上,750℃以下,退火时间为5min以上。
3.根据权利要求2所述的实现银硫基塑性无机半导体超高塑性变形量的方法,其特征在于,步骤(2)的退火温度为300-700℃。
4.根据权利要求3所述的实现银硫基塑性无机半导体超高塑性变形量的方法,其特征在于,步骤(2)的退火温度为350-500℃,退火时间为5-120min。
5.根据权利要求1所述的实现银硫基塑性无机半导体超高塑性变形量的方法,其特征在于,步骤1的拉伸率在50%以下、辊轧变形率在200%以下或拉拔直径减少在50%以下。
6.根据权利要求1所述的实现银硫基塑性无机半导体超高塑性变形量的方法,其特征在于,退火后的冷却方式包括空冷、水冷和炉冷。
7.根据权利要求6所述的实现银硫基塑性无机半导体超高塑性变形量的方法,其特征在于,退火后的冷却方式为空冷和水冷。
8.一种通过权利要求1-7任一项所述的实现银硫基塑性无机半导体超高塑性变形量的方法制备得到的银硫基类塑性无机半导体。
