CN103072958A - 锰基反钙钛矿型氮化物的制备方法 - Google Patents
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Abstract
锰基反钙钛矿型氮化物的制备方法，它涉及反钙钛矿型氮化物的制备方法。它要解决现有反钙钛矿型氮化物制备方法反应时间长，制备方法较复杂的问题。制备方法：一、碱金属氮化物、锰粉与金属单质粉磨碎混合，压制成片；二、混合料压片放入反应容器中，在氮气的保护下微波加热，或者将混合料压片放入反应容器中，再将反应容器放入石英管中，石英管抽真空后充入氮气，包裹上加热介质，微波加热得到反应物；三、反应物取出放入去离子水中浸泡，干燥后得到锰基反钙钛矿型氮化物。本发明的制备方法简单，成本低廉，微波加热功率为800W时，仅需10～30分钟即可快速合成锰基反钙钛矿型氮化物。本发明主要应用于锰基反钙钛矿型氮化物的合成。
Description
技术领域
本发明涉及反钙钛矿型氮化物的制备方法。
背景技术
目前大多数的固体材料显示热膨胀特性，即它们的晶格常数在外界压力不变的情况下随温度的升高而增大；相比之下，部分材料显示出负热膨胀的奇特效应，即晶格常数随温度的升高而减小。负膨胀材料可以与热膨胀材料在一定的条件下制成具有零膨胀系数的复合材料，这种材料在高精度的光学及机械零部件如布拉格衍射光栅等方面有着重要的应用。反钙钛矿型氮化物因具有负膨胀效应、巨磁阻等特性而有着较大的应用价值，近年来引起了人们的关注。
反钙钛矿型氮化物的通用性合成方法很少，现有方法主要是采用流动的氮气与金属锰粉于700℃反应60小时，制备Mn2N前驱体。将制备的Mn2N前驱体与纯金属粉末（>99.9%）按照化学计量比混合压片，用钽箔包裹，放入石英管中抽真空至10-4Pa后，于850℃-900℃反应72-120小时，制备相应的锰基氮化物。但该方法的反应温度较高，反应时间较长，制备工艺烦琐，容易引进杂质。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有反钙钛矿型氮化物制备方法反应时间长，制备方法较复杂的问题，而提供锰基反钙钛矿型氮化物的制备方法。
本发明锰基反钙钛矿型氮化物的制备方法是通过下列步骤实现：
一、将碱金属氮化物、锰粉与金属单质粉磨碎，混合均匀，再压制成混合料压片；二、将步骤一得到的混合料压片放入反应容器中，然后在反应容器的外壁包裹上加热介质，在氮气的保护下微波加热10～30分钟，得到反应物；三、把步骤二得到的反应物取出放入去离子水中浸泡，干燥后得到锰基反钙钛矿型氮化物；
其中步骤一中的碱金属氮化物为纯度不小于99％的氮化锂，金属单质粉为铜粉、锌粉、锗粉、镓粉中的一种或几种的混合物，氮化锂，金属单质粉和锰粉的摩尔比为（1～2）:1:3；
步骤二中的微波加热中微波加热的功率为600～1000W。
本发明锰基反钙钛矿型氮化物的制备方法是通过下列步骤实现：
一、将碱金属氮化物、锰粉与金属单质粉磨碎，混合均匀，再压制成混合料压片；二、把步骤一得到的混合料压片放入反应容器中，再将反应容器放入石英管中，石英管抽真空至10-4Pa后充入氮气，然后在石英管上包裹加热介质，微波加热10～30分钟，得到反应物；三、把步骤二得到的反应物取出放入去离子水中浸泡，干燥后得到锰基反钙钛矿型氮化物；
其中步骤一中的碱金属氮化物为纯度不小于99％的氮化锂，金属单质粉为铜粉、锌粉、锗粉、镓粉中的一种或几种的混合物，氮化锂，金属单质粉和锰粉的摩尔比为（1～2）:1:3；
步骤二中的微波加热中微波加热的功率为600～1000W。
本发明锰基反钙钛矿型氮化物的制备方法是以氮化锂，金属单质粉和锰粉为原料，通过微波加热快速合成锰基反钙钛矿型氮化物，所用的微波加热设备可以是实验室用微波合成设备，也可以是家用微波炉，所用设备简单，成本低廉，当微波加热功率为800W时，仅需10～30分钟即可快速合成锰基反钙钛矿型氮化物，大大缩短了合成时间。所用原料碱金属氮化物的纯度大于99%，可以有效地避免杂质的污染。本发明主要应用于锰基反钙钛矿型氮化物的合成。
附图说明
图1是实施例一微波加热10分钟制备的锰基反钙钛矿型氮化物Mn3CuN的X射线衍射图谱；
图2是实施例四微波加热15分钟制备的锰基反钙钛矿型氮化物Mn3CuN的X射线衍射图谱；
图3是实施例六微波加热10分钟制备的锰基反钙钛矿型氮化物Mn3Cu0.5Zn0.5N的X射线衍射图谱。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式锰基反钙钛矿型氮化物的制备方法是通过下列步骤实施：
一、将碱金属氮化物、锰粉与金属单质粉磨碎，混合均匀，再压制成混合料压片；二、将步骤一得到的混合料压片放入反应容器中，然后在反应容器的外壁包裹上加热介质，在氮气的保护下微波加热10～30分钟，得到反应物；三、把步骤二得到的反应物取出放入去离子水中浸泡，干燥后得到锰基反钙钛矿型氮化物；
其中步骤一中的碱金属氮化物为纯度不小于99％的氮化锂，金属单质粉为铜粉、锌粉、锗粉、镓粉中的一种或几种的混合物，氮化锂，金属单质粉和锰粉的摩尔比为（1～2）:1:3；
步骤二中的微波加热中微波加热的功率为600～1000W。
采用本实施方式金属单质粉为铜粉、锌粉、锗粉、镓粉的混合物时，铜粉、锌粉、锗粉和镓粉可按任意比例混合，采用本发明锰基反钙钛矿型氮化物的制备方法可以合成Mn3XN,(X=Zn,Cu,Sn,Ga,Ge,)Mn3XYN,(X,Y=Zn,Cu,Sn,Ga,Ge)等三元氮化物，以及Mn3CuZnN,Mn3CuGeN,Mn3ZnGeN等四元氮化物,乃至Mn3CuZnGeN等五元氮化物，利用微波加热缩短反映的合成时间，制备方法简单易行。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一压制成混合料压片，压制过程是使用压片机施以15MPa～30MPa的压力压制碱金属氮化物、锰粉与金属单质粉混合粉末。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤二中的反应容器为氧化铝坩埚、氮化铝坩埚或者陶瓷坩埚。其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤二中的加热介质为碳化硅或氧化铜。其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式锰基反钙钛矿型氮化物的制备方法是通过下列步骤实施：
一、将碱金属氮化物、锰粉与金属单质粉磨碎，混合均匀，再压制成混合料压片；二、把步骤一得到的混合料压片放入反应容器中，再将反应容器放入石英管中，石英管抽真空至10-4Pa后充入氮气，然后在石英管上包裹加热介质，微波加热10～30分钟，得到反应物；三、把步骤二得到的反应物取出放入去离子水中浸泡，干燥后得到锰基反钙钛矿型氮化物；
其中步骤一中的碱金属氮化物为纯度不小于99％的氮化锂，金属单质粉为铜粉、锌粉、锗粉、镓粉中的一种或几种的混合物，氮化锂，金属单质粉和锰粉的摩尔比为（1～2）:1:3；
步骤二中的微波加热中微波加热的功率为600～1000W。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是步骤一碱金属氮化物、锰粉与金属单质粉是在玛瑙研钵中碾磨并混合均匀。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五或六不同的是步骤一中的锰粉与金属单质粉的纯度大于99.99％。其它步骤及参数与具体实施方式五或六相同。
实施例一：本实施例锰基反钙钛矿型氮化物的制备方法是通过下列步骤实施：
一、将0.02mol碱金属氮化物、0.036mol的锰粉与0.012mol的金属单质粉磨碎，混合均匀，再压制成混合料压片；二、将步骤一得到的混合料压片放入氧化铝坩埚中，然后在氧化铝坩埚的外壁包裹上加热介质，在氮气的保护下微波加热10分钟，得到反应物；三、把步骤二得到的反应物取出放入去离子水中浸泡，干燥后得到锰基反钙钛矿型氮化物；
其中步骤一中的碱金属氮化物为纯度为99.9％的氮化锂，金属单质粉为铜粉；
步骤二中的微波加热中微波加热的功率为800W。
本实施例得到的锰基反钙钛矿型氮化物为Mn3CuN块体，微波加热10分钟制备的Mn3CuN的X射线衍射图谱如图1所示，对衍射数据指标化后与标准卡片对照（ICDD-PDF:23-0229,空间群Pm3m），确认为反钙钛矿型晶体结构。
实施例二：本实施例锰基反钙钛矿型氮化物的制备方法是通过下列步骤实施：
一、将0.02mol碱金属氮化物、0.036mol的锰粉与0.012mol的锌粉磨碎，混合均匀，再压制成混合料压片；二、将步骤一得到的混合料压片放入氧化铝坩埚中，然后在氧化铝坩埚的外壁包裹上加热介质，在氮气的保护下微波加热10分钟，得到反应物；三、把步骤二得到的反应物取出放入去离子水中浸泡，干燥后得到锰基反钙钛矿型氮化物；
其中步骤一中的碱金属氮化物为纯度为99.9％的氮化锂；
步骤二中的微波加热中微波加热的功率为800W。
本实施例碱金属氮化物、锰粉与锌粉的压制过程是使用压片机施加15MPa的压力，将混合粉末压成片状。制备得到的锰基反钙钛矿型氮化物为Mn3ZnN块体，微波加热时间为10分钟。
实施例三：本实施例锰基反钙钛矿型氮化物的制备方法是通过下列步骤实施：
一、将0.02mol碱金属氮化物、0.036mol的锰粉与0.012mol的锗粉磨碎，混合均匀，压制成混合料压片；二、将步骤一得到的混合料压片放入氧化铝坩埚中，然后在氧化铝坩埚的外壁包裹上加热介质，在氮气的保护下微波加热10分钟，得到反应物；三、把步骤二得到的反应物取出放入去离子水中浸泡，干燥后得到锰基反钙钛矿型氮化物；
其中步骤一中的碱金属氮化物为纯度为99.9％的氮化锂；步骤二中的微波加热中微波加热的功率为800W。
本实施例制备得到的锰基反钙钛矿型氮化物为Mn3GeN块体，微波加热时间为10分钟。
实施例四：本实施例锰基反钙钛矿型氮化物的制备方法是通过下列步骤实施：
一、将0.02mol碱金属氮化物、0.036mol锰粉与0.012mol的铜粉磨碎，混合均匀，再压制成混合料压片；二、把步骤一得到的混合料压片放入氧化铝坩埚中，再将氧化铝坩埚放入石英管中，石英管抽真空至10-4Pa后充入氮气，然后在石英管上包裹碳化硅加热介质，微波加热15分钟，得到反应物；三、把步骤二得到的反应物取出放入去离子水中浸泡，干燥后得到锰基反钙钛矿型氮化物；
其中步骤一中的碱金属氮化物为纯度为99.9％的氮化锂；
步骤二中的微波加热中微波加热的功率为800W。
本实施例得到的锰基反钙钛矿型氮化物为Mn3CuN块体，微波加热15分钟制备的Mn3CuN的X射线衍射图谱如图2所示，对衍射数据指标化后与标准卡片对照（ICDD-PDF:23-0229,空间群Pm3m），确认为反钙钛矿型晶体结构。
实施例五：本实施例锰基反钙钛矿型氮化物的制备方法是通过下列步骤实施：
一、将0.02mol碱金属氮化物、0.036mol锰粉与0.012mol的锌粉磨碎，混合均匀，压制成混合料压片；二、把步骤一得到的混合料压片放入氧化铝坩埚中，再将氧化铝坩埚放入石英管中，石英管抽真空至10-4Pa后充入氮气，然后在石英管上包裹碳化硅加热介质，微波加热10分钟，得到反应物；三、把步骤二得到的反应物取出放入去离子水中浸泡，干燥后得到锰基反钙钛矿型氮化物；
其中步骤一中的碱金属氮化物为纯度为99.9％的氮化锂；
步骤二中的微波加热中微波加热的功率为800W。
本实施例制备得到的锰基反钙钛矿型氮化物为Mn3ZnN块体，微波加热时间为10分钟。
实施例六：本实施例锰基反钙钛矿型氮化物的制备方法是通过下列步骤实施：
一、将0.02mol碱金属氮化物、0.036mol锰粉、0.006mol的铜粉和0.006mol的锌粉磨碎，混合均匀，压制成混合料压片；二、把步骤一得到的混合料压片放入氧化铝坩埚中，再将氧化铝坩埚放入石英管中，石英管抽真空至10-4Pa后充入氮气，然后在石英管上包裹碳化硅加热介质，微波加热10分钟，得到反应物；三、把步骤二得到的反应物取出放入去离子水中浸泡，干燥后得到锰基反钙钛矿型氮化物；
其中步骤一中的碱金属氮化物为纯度为99.9％的氮化锂；
步骤二中的微波加热中微波加热的功率为800W。
本实施例得到的锰基反钙钛矿型氮化物为Mn3Cu0.5Zn0.5N块体，微波加热10分钟制备的Mn3Cu0.5Zn0.5N的X射线衍射图谱如图3所示，得到的锰基反钙钛矿型氮化物为单相，不含杂质，对衍射数据指标化后与标准卡片对照（ICDD-PDF:23-0229,空间群Pm3m），确认为反钙钛矿型晶体结构。
Claims (7)
1.锰基反钙钛矿型氮化物的制备方法，其特征在于锰基反钙钛矿型氮化物的制备方法是通过下列步骤实现：
一、将碱金属氮化物、锰粉与金属单质粉磨碎，混合均匀，再压制成混合料压片；二、将步骤一得到的混合料压片放入反应容器中，然后在反应容器的外壁包裹上加热介质，在氮气的保护下微波加热10～30分钟，得到反应物；三、把步骤二得到的反应物取出放入去离子水中浸泡，干燥后得到锰基反钙钛矿型氮化物；
其中步骤一中的碱金属氮化物为纯度不小于99％的氮化锂，金属单质粉为铜粉、锌粉、锗粉、镓粉中的一种或几种的混合物，氮化锂，金属单质粉和锰粉的摩尔比为（1～2）:1:3；
步骤二中的微波加热中微波加热的功率为600～1000W。
2.根据权利要求1所述的锰基反钙钛矿型氮化物的制备方法，其特征在于步骤一压制成混合料压片，压制过程是使用压片机施以15MPa～30MPa的压力压制碱金属氮化物、锰粉与金属单质粉混合粉末。
3.根据权利要求1所述的锰基反钙钛矿型氮化物的制备方法，其特征在于步骤二中的反应容器为氧化铝坩埚、氮化铝坩埚或者陶瓷坩埚。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的锰基反钙钛矿型氮化物的制备方法，其特征在于加热介质为碳化硅或氧化铜。
5.锰基反钙钛矿型氮化物的制备方法，其特征在于锰基反钙钛矿型氮化物的制备方法是通过下列步骤实现：
一、将碱金属氮化物、锰粉与金属单质粉磨碎，混合均匀，再压制成混合料压片；二、把步骤一得到的混合料压片放入反应容器中，再将反应容器放入石英管中，石英管抽真空至10-4Pa后充入氮气，然后在石英管上包裹加热介质，微波加热10～30分钟，得到反应物；三、把步骤二得到的反应物取出放入去离子水中浸泡，干燥后得到锰基反钙钛矿型氮化物；
其中步骤一中的碱金属氮化物为纯度不小于99％的氮化锂，金属单质粉为铜粉、锌粉、锗粉、镓粉中的一种或几种的混合物，氮化锂，金属单质粉和锰粉的摩尔比为（1～2）:1:3；
步骤二中的微波加热中微波加热的功率为600～1000W。
6.根据权利要求5所述的锰基反钙钛矿型氮化物的制备方法，其特征在于步骤一碱金属氮化物、锰粉与金属单质粉是在玛瑙研钵中碾磨并混合均匀。
7.根据权利要求5所述的锰基反钙钛矿型氮化物的制备方法，其特征在于锰粉与金属单质粉的纯度大于99.99％。
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130501 |