本發(fā)明屬于材料制備，具體涉及一種球形和片狀crf3·3h2o微納粉體的制備及其晶態(tài)轉化方法。

背景技術：

1、隨著現代科技的快速發(fā)展，新材料的研究與開發(fā)在推動工業(yè)、電子、能源等多個領域進步中起到了關鍵作用。其中，過渡金屬氟化物由于其獨特的物理化學性質，如高電負性、高離子電導率、優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，已成為材料科學領域的研究熱點。過渡金屬氟化物在電池、電容器、磁性材料、催化劑以及抗腐蝕涂層等方面均展現出了廣泛的應用前景。crf3·3h2o作為一種重要的鉻基氟化物，具有三水合氟化鉻的分子結構，其在催化反應、磁性材料及抗腐蝕涂層等領域具有潛在的應用價值。然而，目前制備crf3·3h2o微納粉體的常規(guī)方法多存在一些不足，如制備過程復雜、反應條件苛刻、產物形貌不均勻、粒徑分布較寬等問題，這限制了其在高性能材料應用中的廣泛推廣。

2、現有的crf3·3h2o制備方法主要包括溶液化學法、溶膠-凝膠法、共沉淀法和固相反應法等。這些方法雖然能夠制備出crf3·3h2o粉體，但由于反應條件的復雜性和對形貌的控制難度較大，往往難以獲得形貌均一、尺寸可控的微納米級粉體。同時，這些方法通常需要長時間的反應過程，不僅增加了能耗，還容易導致材料的結晶缺陷，進而影響其在實際應用中的性能。此外，雖然多晶態(tài)的crf3·3h2o在某些應用中表現良好，但在一些特定領域，如磁性材料和催化劑中，非晶態(tài)材料往往具有更優(yōu)異的性能。非晶材料由于其無長程有序的原子排列，通常具有更高的表面積、更均勻的活性位點分布以及更好的耐腐蝕性。因此，研究開發(fā)出一種簡單有效的工藝，不僅能夠制備形貌均一的crf3·3h2o微納粉體，還能夠通過熱處理實現其晶態(tài)的轉變。

3、針對現有技術在crf3·3h2o微納粉體的制備以及其形貌和結晶狀態(tài)方面仍然存在一定的局限性和挑戰(zhàn)。開發(fā)一種簡便高效的制備方法，并能夠通過控制熱處理條件實現材料的晶態(tài)轉變，將為新型功能材料的研究和應用提供新的思路和技術支持。

技術實現思路

1、本發(fā)明提供一種制備crf3·3h2o微納粉體的方法，及其結晶狀態(tài)的調控途徑，也獲得了具有微納結構的crf3·3h2o球形或片狀粉體、及對應非晶crf3粉體和結晶的cr2o2.4與cr2o3粉體：該材料適用于高性能涂層材料、潤滑劑、催化劑和其他功能材料的開發(fā)。

2、一、球形crf3·3h2o微納粉體的制備

3、本發(fā)明提供了一種通過氫氟酸反應cr2alb2制備球狀crf3·3h2o微納粉體的方法。具體方法如下：

4、（1）在cr2alb2粉體中緩慢加入hf酸溶液，于25~40?℃下100-350?r/min攪拌反應4~20?h；所述hf酸溶液質量分數為20~45%。

5、cr2alb2粉體的粒徑控制在50微米以下。cr2alb2粉體在hf酸溶液的濃度為0.04~0.1g/ml。

6、（2）反應結束后，將得到的溶液先后用去離子水和無水乙醇離心洗滌至中性；離心轉速為3000-5000?r/min。

7、（3）得到沉淀物在-60℃?~?-80℃冷凍干燥，得到球形crf3·3h2o粉末。

8、二、二維片狀crf3·3h2o的制備方法

9、將球狀crf3·3h2o微納粉體在乙醇溶液中超聲處理，使其充分展開，形成二維片狀crf3·3h2o微納粉體材料。

10、三、crf3·3h2o微納粉體的晶態(tài)轉變方法

11、1、將球形或二維片狀crf3·3h2o微納粉體進行熱處理，熱處理溫度160-300?℃，熱處理時間大于30分鐘，使其脫去結晶水，得到非晶態(tài)球形或片狀crf3粉體。

12、2、將球形或二維片狀crf3·3h2o微納粉體在缺氧環(huán)境下進行熱處理，熱處理溫度400℃~1000?℃，熱處理時間大于30分鐘，形成具有氧空位的cr2o2.4的球形或片狀材料；

13、將球形或二維片狀crf3·3h2o微納粉體在大氣環(huán)境下進行熱處理，熱處理溫度400℃~1000?℃，熱處理時間大于30分鐘，形成具有氧空位的cr2o3的片狀材料。

14、可以先完成由球形向片狀的變化，再進行非晶態(tài)轉變，也可以先完成晶態(tài)轉變，再由球形向片狀材料的轉化。先完成晶態(tài)轉變，再由球形向片狀材料的轉化的過程如下：

15、1、球形crf3·3h2o微納粉體的晶態(tài)轉變方法

16、（1）通過熱處理使球狀crf3·3h2o微納粉體由多晶態(tài)轉變?yōu)榉蔷B(tài)的方法，具體步驟包括：

17、將制備得到的球狀crf3·3h2o微納粉體進行熱處理，熱處理溫度160-300?℃，使其脫去結晶水，得到非晶態(tài)crf3粉體；熱處理時間大于30分鐘。

18、（2）球狀crf3·3h2o微納粉體轉變?yōu)槎嗑B(tài)cr2o3或cr2o2.4

19、將制備得到的球狀crf3·3h2o微納粉體在缺氧環(huán)境或大氣環(huán)境下進行熱處理，熱處理溫度400℃~1000?℃，形成具有氧空位的cr2o2.4或cr2o3；熱處理時間大于30分鐘。

20、2、二維片狀crf3·3h2o的制備方法

21、將所制備的球狀晶態(tài)crf3·3h2o微納粉體或非晶態(tài)crf3粉體在乙醇溶液中超聲處理，使其充分展開，形成二維片狀crf3·3h2o微納粉體材料或二維片狀非晶態(tài)crf3粉體材料。

22、四、本發(fā)明制備球狀crf3·3h2o微納粉體及其晶態(tài)轉變機理

23、crf3·3h2o微納粉體的制備主要基于氫氟酸（hf）對cr2alb2的選擇性刻蝕反應。cr2alb2是一種具有層狀結構的過渡金屬碳化物和硼化物復合材料。其結構中，鉻原子與鋁、硼原子之間存在強烈的化學鍵，這些鍵的穩(wěn)定性在酸性介質中有所不同。在反應過程中，hf與cr2alb2中的鋁和鉻發(fā)生化學反應，生成鉻的氟化物以及其他副產物。具體反應步驟可以概括為：1.?hf首先攻擊cr2alb2中的鋁，生成alf3和h2；2.隨著反應的進行，cr2alb2中的鉻逐漸轉化為crf3，并與溶液中的水分子結合生成crf3·3h2o。通過控制反應條件（酸濃度、反應溫度時間、干燥溫度等），可以調節(jié)crf3·3h2o的結晶過程，使其逐漸形成球狀的微納米粉體結構。球狀形貌的形成主要與溶液中的表面張力以及顆粒的生長動力學有關。在合適的條件下，crf3·3h2o的顆粒通過均勻的核化和生長過程，逐步形成球狀微納結構。通過調節(jié)反應條件，可以獲得形貌均一、粒徑分布較窄的crf3·3h2o微納粉體。

24、crf3·3h2o的晶態(tài)轉化過程是通過熱處理實現的。熱處理的核心在于通過控制溫度和保溫時間，使材料從多晶態(tài)轉變?yōu)榉蔷B(tài)。其機理可以分為以下幾個方面：1.?加熱過程中的晶格擾動：在加熱過程中，crf3·3h2o的晶格會吸收熱能，導致晶格的振動加劇。當加熱溫度達到一定程度時，晶格中的原子位置開始變得不穩(wěn)定，逐漸失去長程有序性。這種原子排列的無序化是非晶態(tài)形成的主要原因；2.?表面能和內部應力的作用：在微納米尺度下，crf3·3h2o粉體具有較大的比表面積，這使得表面能對材料的熱力學行為產生顯著影響。隨著溫度的升高，粉體內部和表面的能量差異進一步加劇，引起材料內部應力的增加。這種內部應力促使晶體結構的塌陷，進而導致材料從有序的多晶態(tài)轉變?yōu)闊o序的非晶態(tài)。3.?水分子的脫除：在較高溫度下，crf3·3h2o中的結晶水可能部分或完全脫除，這一過程也會引起晶格的進一步破壞。結晶水的脫除不僅改變了晶體結構的穩(wěn)定性，還可能導致晶體內部形成空隙或缺陷，這些都為非晶化的發(fā)生提供了條件。隨著溫度進一步升高，殘留的氟化物繼續(xù)分解，氧化過程加劇，在高溫條件下晶格有序化逐漸形成cr2o2.4和氧化鉻cr2o3。

25、本發(fā)明提供了一種全新的基于氫氟酸（hf）對cr2alb2的選擇性刻蝕反應制備球狀crf3·3h2o微納粉體的方法。通過調節(jié)反應條件，可以獲得形貌均一、粒徑分布較窄的球形crf3·3h2o微納粉體，并能夠容易轉化為二維片狀材料，且通過熱處理可以實現crf3·3h2o的晶態(tài)轉化。球狀或片層結構能提高材料的比表面積，有助于催化或電極材料中提升反應活性。此外，形貌均一的球形顆粒的流動性更好，易于均勻分散，適用于涂層或3d打印等加工過程。二維片層材料在摩擦學應用中表現出優(yōu)異的潤滑性能，降低摩擦系數，延長使用壽命。