基于超临界流体插层技术的磁性层状超导材料及其制备方法与应用
知识产权简介
本申请提出了一种新的电化学溶液插层方法，利用高扩散系数的二氧化碳超临界流体作为溶剂，通过添加少量极性溶剂增强二氧化碳超临界流体的导电性，溶解用于插层的磁性分子与金属盐材料，并利用其高扩散系数特性，在系统引入超临界CO2电化学插层技术，用于二维材料超导性能的调控，以突破传统插层方法在均匀性、结构完整性及材料纯度方面的限制。实现对铁基层状超导材料的高效电化学插层。
转化前景
本发明所提供的超临界CO₂流体插层技术方案，相较于现有技术，展现出以下显著的有益效果： 1．实现了高均匀性插层并有效保持了材料结构完整性。 本方案通过利用超临界CO₂的高扩散性与低粘度特性，使其能够均匀渗透至铁基层状超导材料的各层间隙，从而显著提升了插层过程的均匀性与可控性。同时，方案将反应条件精确控制在温和区间（40–60℃，约10 MPa），这一以物理溶解-扩散为主导的温和过程，能够最大限度地避免因晶格失配或化学副反应导致的结构损伤，有力保障了插层后二维材料晶体的完整性。 2. 完成了无溶剂残留的清洁插层，为精确物性测量奠定基础。本方案以超临界CO₂作为单一传输介质，其在常压下为气态，反应后可通过简单减压实现完全脱离，从根本上杜绝了溶剂分子或电解质分解产物的层间残留。该特性使得改性后的材料界面纯净，实验数据表明，其电输运测量结果的信噪比可提升约一个数量级，为准确探测材料的本征超导特性及制备高性能量子器件提供了可靠的样品平台。 3. 首次耦合超临界CO₂流体与电化学插层机制，实现原位电场调控下的精准插层与功能化。在本发明中，通过在高压反应釜内集成微型工作电极（如Pt或Au探针）与参比/对电极系统，可在超临界CO₂环境中施加可控偏压，使得用于插层的带电粒子还能在电场驱动下定向迁移至二维材料层间，实现电场调控的深度选择性插层。 4. 具备优异的工艺兼容性与经济性，产业化应用前景广阔。本方案所采用的CO₂具有无毒、不燃、成本低廉等优点，且工艺流程简洁，单次反应成本显著低于传统方法。此外，该干法插层过程与后续微纳加工工艺兼容性良好，避免了液相处理对预制元件的损伤，展现出显著的技术先进性与广阔的产业化应用潜力。