專利名稱：一種CaV₂O₄的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種CaV2O4的制備方法。
背景技術(shù)：
磁失措體系在低溫下表現(xiàn)出的各種新奇的現(xiàn)象，使其成為眾多科學(xué)家關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)?！爸弊中闻帕械姆磋F磁自旋鏈間存在兩種磁相互作用最近鄰相互作用和次近鄰相互作用，這種模型是最簡(jiǎn)單同時(shí)也是最重要的磁失措體系。在這種最簡(jiǎn)單的模型中，一般存在6種磁相2種Neel有序相(N' eel ordered phases), 2種存在霍爾丹帶隙的相(phase with a Haldane gap)，一種無(wú)帶隙的手性相(a gapless chiral phase)以及一種存在帶隙的手性相(a gapped chiral phase)。深入研究這些磁相形成原因及導(dǎo)致相變的原因，對(duì)于凝聚態(tài)物理基本理論的深入和拓展有極其重要的意義。CaV2O4結(jié)構(gòu)中存在沿c軸方向的“之”字形排列的S=I反鐵磁自旋鏈，存在兩種晶體學(xué)位置的V3+ (S=I)離子，這兩種V3+ (S=I)離子自旋鏈間存在兩種磁相互作用最近鄰相互作用和次近鄰相互作用，所以CaV2O4結(jié)構(gòu)中就可能存在磁失措的現(xiàn)象，因此是研究磁失措的理想材料。傳統(tǒng)的制備CaV2O4的方法是以V2O3(純度99. 99%以上)和Ca0( 1100°C分解CaCO3得到)為原料，在充氦氣的手套箱中經(jīng)研缽充分研磨后，壓片置于陶瓷方舟中，陶瓷方舟放入石英器皿中，石英器皿放入管式電阻爐中，通入氫氣和氦氣的混合氣體(氫氣體積比4. 5%)， 1200°C燒結(jié)96小時(shí)，中間需要再次研磨一次，最終得到CaV2O4多晶粉末。上述制備方法存在難度大、可操作性差、燒結(jié)溫度以及燒結(jié)時(shí)間難以控制等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種采用兩步固相燒結(jié)法在較低的溫度下制備CaV2O4多晶粉末的方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是
本發(fā)明采用兩步固相燒結(jié)法制備CaV2O4，即先以碳酸鈣(CaCO3)和五氧化二釩(V2O5)為原料，利用固相燒結(jié)法制備CaV2O6 ； CaC03+V205 — CaV2O6+ CO2 個(gè)
再在氫氣或者CO等還原性氣氛下還原CaV2O6制備CaV2O4粉末， CaV206+H2 — CaV204+2 H2O。本發(fā)明方法具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果
1、本發(fā)明采用的兩步固相燒結(jié)法不僅操作簡(jiǎn)單，而且所用的燒結(jié)溫度相比較而言也很低，具有傳統(tǒng)方法無(wú)法比擬的。2、在本發(fā)明方法中對(duì)固相燒結(jié)法進(jìn)行了探索，主要研究了整個(gè)固相燒結(jié)過(guò)程所涉及的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，尋找到了兩步固相燒結(jié)法制備CaV2O4的方法，該方法在制備(實(shí)驗(yàn))難度、可操作性上以及燒結(jié)溫度、燒結(jié)時(shí)間等方面都比傳統(tǒng)的制備方法優(yōu)越的多，對(duì)該材料的工業(yè)化生產(chǎn)有及其重要的意義。


圖1是本發(fā)明制備CaV2O4材料所采用的設(shè)備簡(jiǎn)圖。圖2是本發(fā)明制備得到的CaV2O6的X射線衍射譜圖。圖3是本發(fā)明制備得到的CaV2O4的X射線衍射譜圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明采用兩步固相燒結(jié)法制備CaV2O4，具體制備工藝步驟如下 第一步制備CaV2O6
①、將碳酸鈣(CaCO3純度99. 9%)和五氧化二釩(V2O5純度99%)按照 1 1的摩爾比例混合，將混合物放入瑪瑙研缽中，加入少量無(wú)水乙醇，研磨混合物直至無(wú)水乙醇全部蒸發(fā)，以使混合物能混合均勻。②、將混合物置于陶瓷坩堝中，馬弗爐中空氣氣氛下600°C燒結(jié)5小時(shí)即可得到 CaV2O6,反應(yīng)方程式CaC03+V205 — CaV2O6+ CO2 個(gè)。如附圖2所示第一步制備得到的CaV2O6的X射線衍射譜圖表明，樣品為單一的 CaV2O6材料，因?yàn)閄射線衍射譜圖上沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其他雜質(zhì)的衍射峰。第二步制備CaV2O4
將第一步中制得的CaV2O6置于陶瓷方舟中，陶瓷方舟放入石英器皿中，石英器皿放入管式電阻爐中，石英器皿為管狀，將一頭接氫氣氣瓶，另一頭接乳膠管，乳膠管出氣口放入盛有一定量水的燒杯中(見圖1)，打開氣瓶閥門，往石英器皿中通入氫氣或CO還原性氣體 (純度99. 9%)，室溫下通氣0. 5 1小時(shí)，流速200毫升/分鐘，使石英器皿的氧氣被徹底排凈。然后升溫至600°C還原CaV2065小時(shí)，冷卻至室溫后即可得到CaV2O4多晶粉末，反應(yīng)方程式CaV206+H2 — CaV204+2 H2O。如附圖3所示第二步制備得到的CaV2CM的X射線衍射譜圖表明，樣品為單一的 CaV2O4材料，其X射線衍射譜圖上也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其他雜質(zhì)的衍射峰。
權(quán)利要求
1.一種CaV2O4的制備方法，其特征在于采用兩步固相燒結(jié)法制備單相CaV2O4多晶粉末，即首先以碳酸鈣CaCO3和五氧化二釩V2O5為原料，利用固相燒結(jié)法制備CaV2O6，反應(yīng)方程式是CaC03+V205 — CaV2O6+ CO2丨；其次在氫氣或者CO還原性氣氛下還原CaV2O6制備CaV2O4 多晶粉末，反應(yīng)方程式是CaV206+H2 — CaV204+2 H2O0
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種CaV2O4的制備方法，其特征在于所述的制備方法的具體步驟是第一步制備CaV2O6 將純度99. 9%碳酸鈣CaCO3和純度99%五氧化二釩V2O5按照1 1的摩爾比例混合，將混合物放入瑪瑙研缽中，加入少量無(wú)水乙醇，研磨混合物直至無(wú)水乙醇全部蒸發(fā)，以使混合物能混合均勻；②將混合物置于陶瓷坩堝中，馬弗爐中空氣氣氛下600°C燒結(jié)5小時(shí)即可得到CaV2O6 ； 第二步制備CaV2O4將第一步中制得的CaV2O6置于陶瓷方舟中，陶瓷方舟放入石英器皿中，石英器皿放入管式電阻爐中，石英器皿為管狀，將一頭接氫氣氣瓶，另一頭接乳膠管，乳膠管出氣口放入盛有一定量水的燒杯中，打開氣瓶閥門，往石英器皿中通入純度99. 9%的氫氣或CO還原性氣體，室溫下通氣0. 5 1小時(shí)，流速200毫升/分鐘，使石英器皿的氧氣被徹底排凈，然后升溫至600°C還原CaV2O6 5小時(shí)，冷卻至室溫后即可得到CaV2O4多晶粉末。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種CaV2O4的制備方法，該方法是采用兩步固相燒結(jié)法制備單相CaV2O4多晶粉末，即首先以碳酸鈣CaCO3和五氧化二釩V2O5為原料，利用固相燒結(jié)法制備CaV2O6，反應(yīng)方程式是CaCO3+V2O5→CaV2O6+CO2↑；其次在氫氣或者CO還原性氣氛下還原CaV2O6制備CaV2O4多晶粉末，反應(yīng)方程式是CaV2O6+H2→CaV2O4+2H2O。
文檔編號(hào)C01G31/00GK102557132SQ201010606280
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月27日
發(fā)明者馮博, 劉曉燕, 楊景海, 王雅新, 范厚剛, 魏茂斌 申請(qǐng)人:吉林師范大學(xué)