專利名稱：一種負熱膨脹稀土鎢酸鹽Sc<sub>2</sub>W<sub>3</sub>O<sub>12</sub>材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及負熱膨脹材料，特指一種負熱膨脹稀土鎢酸鹽材料Sc2W3O12的制備方法，該種材料可通過摻雜或與其它材料復(fù)合成為低熱膨脹或零膨脹材料，從而可在光學(xué)、電子學(xué)、光纖通訊系統(tǒng)等領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。
背景技術(shù)：
自從1995年 Sleight 等人首次報道了負熱膨脹(neggative thermal expansion,簡稱ΝΤΕ)材料ZrW2O8之后，該類材料就受到了各界廣泛的關(guān)注；ΝΤΕ材料除了各向同性的AM2O8系列和AM2O7系列外，最重要的一類化合物就是各向異性的A2M3O12系列材料，其具有NTE性能響應(yīng)溫度范圍寬、高3價離子傳導(dǎo)及成分靈活多變等特點；早在20世紀(jì)六、七十年代，對分子式為A2M3O12型的三價金屬鎢(鑰)酸鹽的晶體結(jié)構(gòu)、熒光效應(yīng)、壓電、鐵電和鐵彈性就進行過大量的研究，而只是在近幾年才發(fā)現(xiàn)其中某些化合物具有 NTE效應(yīng)；其中Sc2W3O12是典型的A具O12型稀土鎢酸鹽NTE材料，在很寬的溫度范圍(至 少-263 927°C )具有NTE效應(yīng)，其NTE效應(yīng)可能持續(xù)到其熔點( 1640°C )，熱膨脹系數(shù)為-6'11 X 10_6°C ―1(室溫 800°C )，而其相變溫度是_263°C，相變壓力約為2. 7GPa ;因此基于上述特性，近年來對于Sc2W3O12系列材料的研究備受關(guān)注，制備Sc2W3O12的傳統(tǒng)方法是固相法，反應(yīng)溫度高(1100°C )，反應(yīng)時間長(> 24h)，并且由于WO3在高溫時揮發(fā)會影響最終產(chǎn)物純度(Evans JSO, Mary T A, Sleight A ff. Journal of Solid State Chemistry,1998，137:148-160.)，而濕化學(xué)法中的共沉淀法制備工藝，由于反應(yīng)在液相中，可以均勻進行，獲得化學(xué)成分均一、顆粒細小、形貌可控的產(chǎn)物，從而可擴大其實際應(yīng)用范圍，目前尚未見液相法合成Sc2W3O12的報道。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種負熱膨脹稀土鎢酸鹽材料Sc2W3O12的制備工藝，其特點是采用濕化學(xué)法中的共沉淀工藝，制備出正交晶體結(jié)構(gòu)的Sc2W3012。本發(fā)明以分析純的Sc2O3、濃鹽酸(36. 5wt%)、鎢酸銨、PEG (聚乙二醇20000)為初級原料配制前驅(qū)體，其具體操作流程為將Sc2O3溶于相比于化學(xué)計量過量的濃度為36. 5%的HCl中，待完全溶解后置于烘箱中烘干以去除多余的HC1，將烘干后的ScCl3溶于蒸餾水中配成O. 5^1mol/L的ScCl3溶液，將鎢酸銨配成O. 05、. lmol/L的溶液，為控制合成粉體的粒徑，本實驗在配好的鎢酸銨溶液中加入鎢酸銨溶液質(zhì)量的0. 3^0. 5%的PEG作為分散齊U，按Sc3+ ff6+=2 3的摩爾比例將兩溶液混合反應(yīng)，溶液中立刻析出白色沉淀，利用磁力攪拌器于6(T8(TC攪拌2 4h后，用離心機進行離心脫水，倒掉上層清液后反復(fù)洗滌、離心3次以除去多余Cl—離子，然后將收集到的白色沉淀放入鼓風(fēng)干燥箱中于7(T10(TC干燥得到Sc2W3O12的前驅(qū)體，將Sc2W3O12前驅(qū)體用瑪瑙研缽研磨均勻后置于馬弗爐中在60(T800°C的溫度下鍛燒2 4h得到Sc2W3O12粉體。本發(fā)明詳細研究并掌握了共沉淀工藝中各原料配比、攪拌溫度和攪拌時間、離心分離等制備前驅(qū)體的工藝參數(shù)以及后續(xù)的熱處理制度等對所制備材料結(jié)構(gòu)與性能的影響規(guī)律，從而制備出正交晶相的負熱膨脹Sc2W3O12材料。
圖I為本發(fā)明負膨脹稀土鎢酸鹽材料Sc2W3O12的典型XRD圖譜；材料的XRD衍射峰表明經(jīng)過熱處理后制備的材料為正交晶相的Sc2W3O12。
具體實施例方式實施例I
將2. 7582gSc203溶于15ml濃度為36. 5%的HCl中，濃鹽酸相比于化學(xué)計量過量，待完全溶解后置于烘箱中烘干以去除多余的HC1，將烘干后的ScCl3溶于蒸餾水中配成O. 5mol/ L的ScCl3溶液，將鎢酸銨配成O. lmol/L的溶液，并在配好的鎢酸銨溶液中加入鎢酸銨溶液質(zhì)量的O. 3%的PEG作為分散劑；然后按Sc3+ ff6+=2 3的摩爾比例將兩溶液混合反應(yīng)，溶液中立刻析出白色沉淀，利用磁力攪拌器于60°C攪拌4h后，用離心機進行離心脫水，倒掉上層清液后用去離子水對沉淀進行反復(fù)洗滌、離心3次以除去多余Cl—離子，然后將收集到的白色沉淀放入鼓風(fēng)干燥箱中在80°C干燥得到Sc2W3O12的前驅(qū)體，將Sc2W3O12前驅(qū)體用瑪瑙研缽研磨均勻后，置于馬弗爐中在600°C下保溫4h，隨爐冷卻至室溫后即得到Sc2W3O12粉體，經(jīng)XRD衍射儀測量表明，所制備的Sc2W3O12粉體為正交晶相。實施例2
將4. 1373gSc203溶于20ml濃度為36. 5%的HCl中，濃鹽酸相比于化學(xué)計量過量，待完全溶解后置于烘箱中烘干以去除多余的HC1，將烘干后的ScCl3溶于蒸餾水中配成lmol/L的ScCl3溶液，將鎢酸銨配成O. 05mol/L的溶液，為控制合成粉體的粒徑，并在配好的鎢酸銨溶液中加入鎢酸銨溶液質(zhì)量的O. 5%的PEG作為分散劑，然后按Sc3+ ff6+=2 3的摩爾比例將兩溶液混合反應(yīng)，溶液中立刻析出白色沉淀，利用磁力攪拌器于80°C攪拌2h后，用離心機進行離心脫水，倒掉上層清液后用去離子水對沉淀進行反復(fù)洗滌、離心3次以除去多余Cl—離子，然后將收集到的白色沉淀放入鼓風(fēng)干燥箱中在100°C干燥得到Sc2W3O12的前驅(qū)體，將Sc2W3O12前驅(qū)體用瑪瑙研缽研磨均勻后，置于馬弗爐中在800°C下保溫2h，再隨爐冷卻至室溫后即得到Sc2W3O12粉體，經(jīng)XRD衍射儀測量表明，所制備的Sc2W3O12粉體為正交晶相。上述實例表明采用本發(fā)明中的濕化學(xué)共沉淀工藝可成功制備出正交晶相的負熱膨脹稀土鎢酸鹽材料Sc2W3O12。
權(quán)利要求
1.一種負熱膨脹稀土鎢酸鹽Sc2W3O12材料的制備方法，具體如下將Sc2O3溶于相比于化學(xué)計量過量的濃度為36. 5%的HCl中，待完全溶解后置于烘箱中烘干以去除多余的HC1，將烘干后的ScCl3溶于蒸餾水中配成O. 5^1mol/L的ScCl3溶液，將鎢酸銨配成O.05、. lmol/L的溶液，為控制合成粉體的粒徑，本實驗在配好的鎢酸銨溶液中加入鎢酸銨溶液質(zhì)量的O. 3^0. 5%的PEG作為分散劑，按Sc3+ ff6+=2 3的摩爾比例將兩溶液混合反應(yīng)，溶液中立刻析出白色沉淀，利用磁力攪拌器于6(T80°C攪拌2 4h后，用離心機進行離心脫水，倒掉上層清液后反復(fù)洗滌、離心以除去多余Cl—離子，然后將收集到的白色沉淀放入鼓風(fēng)干燥箱中于7(T10(TC干燥得到Sc2W3O12的前驅(qū)體，將Sc2W3O12前驅(qū)體用瑪瑙研缽研磨均勻后置于馬弗爐中在60(T80(TC的溫度下鍛燒2 4h得到Sc2W3O12粉體。
全文摘要
本發(fā)明涉及負熱膨脹材料，特指一種負熱膨脹稀土鎢酸鹽材料Sc2W3O12的制備方法，其特征是使用了濕化學(xué)法中的共沉淀工藝，制備出稀土鎢酸鹽Sc2W3O12，該方法制備出來的鎢酸鹽Sc2W3O12為正交晶相，具有負熱膨脹性能，可以通過摻雜或與常規(guī)材料復(fù)合，制備出低膨脹或零膨脹的材料，在光學(xué)、電子學(xué)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。
文檔編號C01G41/00GK102826606SQ20111041776
公開日2012年12月19日 申請日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者程曉農(nóng), 朱君君, 楊娟 申請人:江蘇大學(xué)