專利名稱：一種雙功能材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種即具有負(fù)熱膨脹特性又具光催化特性的雙功能材料，特指ZrMo2_xVx08_s粉體材料，特指x=0.5且δ =0.25，經(jīng)過本發(fā)明所闡述的方法獲得了不僅在室溫以上具有各向同性的負(fù)熱膨脹特性且在紫外光照射下具有光催化活性的粉體材料，該材料不僅在航空航天、光學(xué)元件、微電子器件、光纖通訊等領(lǐng)域還在環(huán)境治理領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用價值。
背景技術(shù)：
材料的熱膨脹性能對提高航空航天結(jié)構(gòu)和電子設(shè)備等熱幾何穩(wěn)定性有重要意義，衛(wèi)星天線和電子器件等工作環(huán)境復(fù)雜，不均勻分布和大的溫度變化引起較大的熱變形，造成信號失真；大的溫度變化往往引起大的溫度應(yīng)力，造成結(jié)構(gòu)破壞，因此，將負(fù)熱膨脹材料與傳統(tǒng)正熱膨脹材料復(fù)合制備零膨脹或者熱膨脹系數(shù)可控的復(fù)合材料研制備受關(guān)注，成為新材料研發(fā)的重點領(lǐng)域之一。目前，ZrM2O8(M=W或Mo)系列材料由于其在室溫以上具有各向同性的負(fù)熱膨脹效應(yīng)且響應(yīng)溫度寬等優(yōu)勢成為NTE領(lǐng)域的研究熱點，我們通過對該類材料的研究，我們發(fā)現(xiàn)了一種即具負(fù)熱膨脹特性又具光催化特性的雙功能材料Ζι.ΜΟι.5να 507.75，其不僅在室溫以上具有各向同性的負(fù)熱膨脹特性且在紫外光照射下具有光催化活性，該材料由單一物質(zhì)構(gòu)成，易于制備，性能穩(wěn)定，不僅可用于合成熱膨脹系數(shù)可控的材料用于航空航天、光學(xué)元件、微電子器件、光信息傳播器件、建筑材料等領(lǐng)域；還因其具有光催化的活性在環(huán)境治理領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用 價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提供一種即具有負(fù)熱膨脹特性又具光催化特性的雙功能材料ZrMo1 5 V0.507.75 ο一種即具有負(fù)熱膨脹特性又具光催化特性的雙功能材料，其分子式為ZrMo1.5V0.507.75,由 Zr、Mo、V 和 O 組成，其原子比為 Zr:Mo:V:0=l: 1.5:0.5:7.75，其晶體結(jié)構(gòu)為ZrW2O8型立方結(jié)構(gòu)。本發(fā)明中的ZrMo1.5VQ.507.75材料，在25飛00°C溫度范圍內(nèi)具有顯著負(fù)熱膨脹效應(yīng)，如圖1所示:根據(jù)平均線熱膨脹系數(shù)計算公式
Q=AL(LAT), AL為溫度T1和T2間試樣長度的變化(T1CT2) ;L為試樣的原始長度；AT為溫度T2和T1間的溫度差，由此可得，ZrMo1.5Va 507.75在25飛00°C溫度平均負(fù)熱膨脹系數(shù)為-4.37X10-6。。'一種即具有負(fù)熱膨脹特性又具光催化特性的雙功能材料ZrMo1.5V0.507.75的制備方法，采用水熱法合成ZrMo1.5V0.507.75材料，所用原料為ZrO (NO3) 2.5H20 (分析純)、(NH4)6Mo7O24.4H20 (化學(xué)純)、NH4VO3 (分析純)和 HCl (分析純)。制備工藝為:(1)將 ZrO(NO3)2.5H20、(NH4)6Mo7O24.4H20 和 NH4VO3 按 Zr4+:Mo6+: V5+ 摩爾比為1:1.5:0.5分別溶于去離子水中，將三種溶液攪拌混合均勻，向混合溶液中加入濃鹽酸，濃鹽酸的體積為混合液體積的1ΑΓ1/4，繼續(xù)攪拌3飛小時；
(2)將混合液移至水熱釜中置于烘箱中14(T18(TC水熱反應(yīng)3 18小時之后，用去離子水反復(fù)洗滌生成物，將洗凈的前驅(qū)體放入干燥箱5(T90°C烘干；
(3)將前驅(qū)體于395 415 V加熱15 30分鐘，驟冷至室溫，即得到目標(biāo)產(chǎn)物ZrMo1 5 V0.507.75 ο步驟2中水熱溫度為16(Tl80°C，水熱時間1(Γ 8小時為佳。步驟3中加熱溫度40(T410°C，加熱時間15 25分鐘為佳。本發(fā)明的具有如下優(yōu)點:本發(fā)明一種即具有負(fù)熱膨脹特性又具光催化特性的雙功能材料ZrMo1.5VQ.507.75，它在室溫以上較寬的溫度范圍內(nèi)均具有各向同性的負(fù)熱膨脹效應(yīng)且在紫外光照射下具有光催化活性，使其不僅可用于制備零膨脹或者熱膨脹系數(shù)可控的復(fù)合材料應(yīng)用于航空航天、光學(xué)元件、微電子器件、光纖通訊等領(lǐng)域，還在環(huán)境治理領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用價值，極大的拓寬了 NTE材料的應(yīng)用領(lǐng)域和具有光催化活性物質(zhì)的種類，該材料來源豐富，制備條件容易實現(xiàn)。


圖1為ZrMo1.5V0.507.75粉體材料的X射線衍射譜 圖2為以ZrMo1.5Va 507.75為光催化劑，羅丹明B濃度和光照時間的關(guān)系曲線；
圖3為ZrMo1.5Va 507.75粉體材料經(jīng)TMA測試的試樣長度隨溫度變化曲線。
具體實施方式
:
實施例1
一種即具有負(fù)熱膨脹特性又具光催化特性的雙功能材料，其分子式為ZrMoh5Vc1.507.75，由Zr、Mo、V和O組成，其原子比為Zr:Mo:V:0=l:l.5:0.5:7.75，其晶體結(jié)構(gòu)為Zrff2O8型立方結(jié)構(gòu)。一種即具有負(fù)熱膨脹特性又具光催化特性的雙功能材料ZrMo1.5Va 507.75的制備方法，將 ZrO (NO3) 2.5H20、(NH4)6Mo7O24.4Η20 和 NH4VO3 按 Zr4+:Mo6+: V5+ 摩爾比為 1: 1.5:0.5分別溶于去離子水中，將三種溶液攪拌混合均勻，向混合溶液中加入濃鹽酸，濃鹽酸的體積為混合液體積的1/6，繼續(xù)攪拌3小時；將混合液移至水熱釜中置于烘箱中140°C水熱反應(yīng)3小時之后，用去離子水反復(fù)洗滌生成物，將洗凈的前驅(qū)體放入干燥箱50°C烘干；將前驅(qū)體于395°C加熱15分鐘，驟冷至室溫，即得到目標(biāo)產(chǎn)物ZrMo1.5Va 507.75。實施例2
一種即具有負(fù)熱膨脹特性又具光催化特性的雙功能材料，其分子式為ZrMoh5Vc1.507.75，由Zr、Mo、V和O組成，其原子比為Zr:Mo:V:0=l:l.5:0.5:7.75，其晶體結(jié)構(gòu)為Zrff2O8型立方結(jié)構(gòu)。一種即具有 負(fù)熱膨脹特性又具光催化特性的雙功能材料ZrMo1.5Va 507.75的制備方法，將 ZrO (NO3) 2.5H20、(NH4)6Mo7O24.4Η20 和 NH4VO3 按 Zr4+:Mo6+: V5+ 摩爾比為 1: 1.5:0.5分別溶于去離子水中，將三種溶液攪拌混合均勻，向混合溶液中加入濃鹽酸，濃鹽酸的體積為混合液體積的1/5，繼續(xù)攪拌5小時；將混合液移至水熱釜中置于烘箱中160°C水熱反應(yīng)9小時之后，用去離子水反復(fù)洗滌生成物，將洗凈的前驅(qū)體放入干燥箱60°C烘干；將前驅(qū)體于405°C加熱25分鐘，驟冷至室溫，即得到目標(biāo)產(chǎn)物ZrMo1.5Va 507.75。實施例3
一種即具有負(fù)熱膨脹特性又具光催化特性的雙功能材料，其分子式為ZrMoh5Vc1.507.75，由Zr、Mo、V和O組成，其原子比為Zr:Mo:V:0=l:l.5:0.5:7.75，其晶體結(jié)構(gòu)為Zrff2O8型立方結(jié)構(gòu)。一種即具有負(fù)熱膨脹特性又具光催化特性的雙功能材料ZrMo1.5Va 507.75的制備方法，將 ZrO (NO3) 2.5Η20、(NH4) 6Μο7024.4Η20 和 NH4VO3 按 Zr4+:Mo6+: V5+摩爾比為 1:1.5:0.5 分別溶于去離子水中，將三種溶液攪拌混合均勻，向混合溶液中加入濃鹽酸，濃鹽酸的體積為混合液體積的1/4，繼續(xù)攪拌6小時；將混合液移至水熱釜中置于烘箱中180°C水熱反應(yīng)18小時之后，用去離子水反復(fù)洗滌生成物，將洗凈的前驅(qū)體放入干燥箱90°C烘干；將前驅(qū)體于415°C加熱30分鐘，驟冷至室溫，即得到目標(biāo)產(chǎn)物ZrMo1.5Va 507.75。圖1為制備的ZrMOl.5Va507.7d^X射線衍射譜圖，譜圖中未發(fā)現(xiàn)其他雜質(zhì)的衍射峰，說明所得為 ZrMOl.5Va 507.75。實驗通過降解羅丹明B (RhB)來評價合成產(chǎn)物的光催化性能，首先稱取0.1g本實例所得的ZrMo1.5Va 507.75粉體置于燒杯中并加入IOOmL濃度為5Χ 10 5 mol -L 1的羅丹明B溶液，將混合液超聲振蕩30min之后放入紫外燈下照射，每20mim取樣一次，離心分離后用于測試RhB的濃度隨光照時間的變化情況；圖2為RhB濃度和光照時間的關(guān)系曲線，由圖可見，光照180min后，RhB的降解率為50.2% ；
采用德國NetZSchDIL402EP型熱膨脹儀測量線膨脹率及平均熱膨脹系數(shù)，試樣尺寸約為5X5X30mm，測試溫度范圍為室溫到500°C，加熱速率為10°C /min，測試在空氣氣氛中進(jìn)行，參考材料為Al2O3,本實例所得ZrMo1.5Va 507.75粉體材料經(jīng)TMA測試的試樣長度隨溫度變化曲線如圖3所示，ZrMoh5Va5O7.75隨溫度升高體積收縮，平均線負(fù)熱膨脹系數(shù)為-4.37 X IO-6oC '
權(quán)利要求
1.一種雙功能材料，其特征在于:所述雙功能材料分子式為ZrMOl.5Va 507.75，其晶體結(jié)構(gòu)為ZrW2O8型立方結(jié)構(gòu)，所述雙功能材料在25飛00°C溫度平均負(fù)熱膨脹系數(shù)為-4.β ΧΙΟ-6!:-1，對于5X10 5 mol.L 1的羅丹明B溶液，光照180min后，降解率為50.2%。
2.如權(quán)利要求1所述的一種雙功能材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟:將 ZrO (NO3) 2.5H20、(NH4) 6Μο7024.4H20 和 NH4VO3 按 Zr4+:Mo6+: V5+ 摩爾比為 1: 1.5:0.5分別溶于去離子水中，將三種溶液攪拌混合均勻，向混合溶液中加入市售濃鹽酸，濃鹽酸的體積為混合液體積的1ΑΓ1/4，繼續(xù)攪拌3飛小時； 將混合液移至水熱釜中置于烘箱中14(T18(TC水熱反應(yīng)3 18小時之后，用去離子水反復(fù)洗滌生成物，將洗凈的前驅(qū)體放入干燥箱5(T90°C烘干； 將前驅(qū)體于395 415°C加熱15 30分鐘，驟冷至室溫，即得到目標(biāo)產(chǎn)物ZrMo1.5Va 507.75。
3.如權(quán)利要求2所述的一種雙功能材料的制備方法，其特征在于:所述步驟2中水熱溫度為16(Tl80°C，水熱時間10 18小時。
4.如權(quán)利要求2所述的一種雙功能材料的制備方法，其特征在于:所述步驟3中加熱溫度40(T410°C，加熱時間1 5 25分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種即具有負(fù)熱膨脹特性又具光催化特性的雙功能材料，特指ZrMo2-xVxO8-δ粉體材料，特指x=0.5且δ=0.25，采用水熱方法獲得了不僅在室溫以上具有各向同性的負(fù)熱膨脹特性且在紫外光照射下具有光催化活性的粉體材料，該材料不僅在航空航天、光學(xué)元件、微電子器件、光纖通訊等領(lǐng)域還在環(huán)境治理領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用價值。
文檔編號C01G41/00GK103121720SQ201210491480
公開日2013年5月29日 申請日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者劉芹芹, 程曉農(nóng), 沈浩, 楊小飛, 孫東泉, 徐彥立, 楊娟, 孫秀娟 申請人:江蘇大學(xué)