CN102826606A

CN102826606A - 一种负热膨胀稀土钨酸盐Sc2W3O12材料的制备方法

Info

Publication number: CN102826606A
Application number: CN2011104177670A
Authority: CN
Inventors: 程晓农; 朱君君; 杨娟
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2011-12-14
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2012-12-19

Abstract

本发明涉及负热膨胀材料，特指一种负热膨胀稀土钨酸盐材料Sc₂W₃O₁₂的制备方法，其特征是使用了湿化学法中的共沉淀工艺，制备出稀土钨酸盐Sc₂W₃O₁₂，该方法制备出来的钨酸盐Sc₂W₃O₁₂为正交晶相，具有负热膨胀性能，可以通过掺杂或与常规材料复合，制备出低膨胀或零膨胀的材料，在光学、电子学等领域有广泛的应用。

Description

一种负热膨胀稀土钨酸盐Sc2W3O12材料的制备方法

技术领域

本发明涉及负热膨胀材料，特指一种负热膨胀稀土钨酸盐材料Sc₂W₃O₁₂的制备方法，该种材料可通过掺杂或与其它材料复合成为低热膨胀或零膨胀材料，从而可在光学、电子学、光纤通讯系统等领域得以广泛应用。

背景技术

自从1995年Sleight等人首次报道了负热膨胀（neggative thermal expansion，简称NTE）材料ZrW₂O₈之后，该类材料就受到了各界广泛的关注；NTE 材料除了各向同性的AM₂O₈系列和AM₂O₇系列外，最重要的一类化合物就是各向异性的A₂M₃O₁₂系列材料，其具有NTE性能响应温度范围宽、高3价离子传导及成分灵活多变等特点；早在20世纪六、七十年代，对分子式为A₂M₃O₁₂型的三价金属钨（钼）酸盐的晶体结构、荧光效应、压电、铁电和铁弹性就进行过大量的研究，而只是在近几年才发现其中某些化合物具有NTE效应；其中Sc₂W₃O₁₂是典型的A₂M₃O₁₂型稀土钨酸盐NTE材料，在很宽的温度范围(至少-263～927℃)具有NTE效应，其NTE效应可能持续到其熔点(～1640℃)，热膨胀系数为-6~-11×10^-6℃^-1（室温~800℃），而其相变温度是-263℃，相变压力约为2.7GPa；因此基于上述特性，近年来对于Sc₂W₃O₁₂系列材料的研究备受关注，制备Sc₂W₃O₁₂的传统方法是固相法，反应温度高（1100℃），反应时间长（＞24h），并且由于WO₃在高温时挥发会影响最终产物纯度（Evans J S O, Mary T A, Sleight A W. Journal of Solid State Chemistry, 1998,137:148-160.），而湿化学法中的共沉淀法制备工艺，由于反应在液相中，可以均匀进行，获得化学成分均一、颗粒细小、形貌可控的产物，从而可扩大其实际应用范围，目前尚未见液相法合成Sc₂W₃O₁₂的报道。

发明内容

本发明公开了一种负热膨胀稀土钨酸盐材料Sc₂W₃O₁₂的制备工艺，其特点是采用湿化学法中的共沉淀工艺，制备出正交晶体结构的Sc₂W₃O₁₂。

本发明以分析纯的Sc₂O₃、浓盐酸（36.5wt%）、钨酸铵、PEG（聚乙二醇20000）为初级原料配制前驱体，其具体操作流程为：将Sc₂O₃溶于相比于化学计量过量的浓度为36.5%的HCl中，待完全溶解后置于烘箱中烘干以去除多余的HCl，将烘干后的ScC1₃溶于蒸馏水中配成0.5~1mol/L的ScCl₃溶液，将钨酸铵配成0.05~0.1mol/L的溶液，为控制合成粉体的粒径，本实验在配好的钨酸铵溶液中加入钨酸铵溶液质量的0.3~0.5%的PEG作为分散剂，按Sc³⁺∶W⁶⁺=2∶3的摩尔比例将两溶液混合反应，溶液中立刻析出白色沉淀，利用磁力搅拌器于60~80℃搅拌2~4h后，用离心机进行离心脱水，倒掉上层清液后反复洗涤、离心3次以除去多余Cl^-离子，然后将收集到的白色沉淀放入鼓风干燥箱中于70~100℃干燥得到Sc₂W₃O₁₂的前驱体，将Sc₂W₃O₁₂前驱体用玛瑙研钵研磨均匀后置于马弗炉中在600~800℃的温度下锻烧2~4h得到Sc₂W₃O₁₂粉体。

本发明详细研究并掌握了共沉淀工艺中各原料配比、搅拌温度和搅拌时间、离心分离等制备前驱体的工艺参数以及后续的热处理制度等对所制备材料结构与性能的影响规律，从而制备出正交晶相的负热膨胀Sc₂W₃O₁₂材料。

附图说明

图1为本发明负膨胀稀土钨酸盐材料Sc₂W₃O₁₂的典型XRD图谱；材料的XRD衍射峰表明经过热处理后制备的材料为正交晶相的Sc₂W₃O₁₂。

具体实施方式

实施例l

将2.7582gSc₂O₃溶于15ml浓度为36.5%的HCl中，浓盐酸相比于化学计量过量，待完全溶解后置于烘箱中烘干以去除多余的HCl，将烘干后的ScC1₃溶于蒸馏水中配成0.5mol/L的ScC1₃溶液，将钨酸铵配成0.1mol/L的溶液，并在配好的钨酸铵溶液中加入钨酸铵溶液质量的0.3%的PEG作为分散剂；然后按Sc³⁺∶W⁶⁺=2∶3的摩尔比例将两溶液混合反应，溶液中立刻析出白色沉淀，利用磁力搅拌器于60℃搅拌4h后，用离心机进行离心脱水，倒掉上层清液后用去离子水对沉淀进行反复洗涤、离心3次以除去多余Cl^-离子，然后将收集到的白色沉淀放入鼓风干燥箱中在80℃干燥得到Sc₂W₃O₁₂的前驱体，将Sc₂W₃O₁₂前驱体用玛瑙研钵研磨均匀后，置于马弗炉中在600℃下保温4h，随炉冷却至室温后即得到Sc₂W₃O₁₂粉体，经XRD衍射仪测量表明，所制备的Sc₂W₃O₁₂粉体为正交晶相。

实施例2

将4.1373gSc₂O₃溶于20ml浓度为36.5%的HCl中，浓盐酸相比于化学计量过量，待完全溶解后置于烘箱中烘干以去除多余的HCl，将烘干后的ScC1₃溶于蒸馏水中配成1mol/L的ScC1₃溶液，将钨酸铵配成0.05mol/L的溶液，为控制合成粉体的粒径，并在配好的钨酸铵溶液中加入钨酸铵溶液质量的0.5%的PEG作为分散剂，然后按Sc³⁺∶W⁶⁺=2∶3的摩尔比例将两溶液混合反应，溶液中立刻析出白色沉淀，利用磁力搅拌器于80℃搅拌2h后，用离心机进行离心脱水，倒掉上层清液后用去离子水对沉淀进行反复洗涤、离心3次以除去多余Cl^-离子，然后将收集到的白色沉淀放入鼓风干燥箱中在100℃干燥得到Sc₂W₃O₁₂的前驱体，将Sc₂W₃O₁₂前驱体用玛瑙研钵研磨均匀后，置于马弗炉中在800℃下保温2h，再随炉冷却至室温后即得到Sc₂W₃O₁₂粉体，经XRD衍射仪测量表明，所制备的Sc₂W₃O₁₂粉体为正交晶相。

上述实例表明采用本发明中的湿化学共沉淀工艺可成功制备出正交晶相的负热膨胀稀土钨酸盐材料Sc₂W₃O₁₂。

Claims

1.一种负热膨胀稀土钨酸盐Sc₂W₃O₁₂材料的制备方法，具体如下：将Sc₂O₃溶于相比于化学计量过量的浓度为36.5%的HCl中，待完全溶解后置于烘箱中烘干以去除多余的HCl，将烘干后的ScC1₃溶于蒸馏水中配成0.5~1mol/L的ScCl₃溶液，将钨酸铵配成0.05~0.1mol/L的溶液，为控制合成粉体的粒径，本实验在配好的钨酸铵溶液中加入钨酸铵溶液质量的0.3~0.5%的PEG作为分散剂，按Sc³⁺∶W⁶⁺=2∶3的摩尔比例将两溶液混合反应，溶液中立刻析出白色沉淀，利用磁力搅拌器于60~80℃搅拌2~4h后，用离心机进行离心脱水，倒掉上层清液后反复洗涤、离心以除去多余Cl^-离子，然后将收集到的白色沉淀放入鼓风干燥箱中于70~100℃干燥得到Sc₂W₃O₁₂的前驱体，将Sc₂W₃O₁₂前驱体用玛瑙研钵研磨均匀后置于马弗炉中在600~800℃的温度下锻烧2~4h得到Sc₂W₃O₁₂粉体。