一種負熱膨脹稀土鎢酸鹽Sc₂W₃O₁₂材料的制備方法

專利名稱：一種負熱膨脹稀土鎢酸鹽Sc₂W₃O₁₂材料的制備方法
技術領域：
本發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合成為低熱膨脹或零膨脹材料，從而可在光學、電子學、光纖通訊系統等領域得以廣泛應用。
背景技術：
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性能響應溫度范圍寬、高3價離子傳導及成分靈活多變等特點；早在20世紀六、七十年代，對分子式為A2M3O12型的三價金屬鎢(鑰)酸鹽的晶體結構、熒光效應、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現其中某些化合物具有 NTE效應；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，其NTE效應可能持續到其熔點( 1640°C )，熱膨脹系數為-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注，制備Sc2W3O12的傳統方法是固相法，反應溫度高(1100°C )，反應時間長(> 24h)，并且由于WO3在高溫時揮發會影響最終產物純度(Evans JSO, Mary T A, Sleight A ff. Journal of Solid State Chemistry,1998，137:148-160.)，而濕化學法中的共沉淀法制備工藝，由于反應在液相中，可以均勻進行，獲得化學成分均一、顆粒細小、形貌可控的產物，從而可擴大其實際應用范圍，目前尚未見液相法合成Sc2W3O12的報道。

發明內容
本發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法中的共沉淀工藝，制備出正交晶體結構的Sc2W3012。本發明以分析純的Sc2O3、濃鹽酸(36. 5wt%)、鎢酸銨、PEG (聚乙二醇20000)為初級原料配制前驅體，其具體操作流程為將Sc2O3溶于相比于化學計量過量的濃度為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，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干燥箱中于7(T10(TC干燥得到Sc2W3O12的前驅體，將Sc2W3O12前驅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體的工藝參數以及后續的熱處理制度等對所制備材料結構與性能的影響規律，從而制備出正交晶相的負熱膨脹Sc2W3O12材料。


圖I為本發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，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干燥箱中在80°C干燥得到Sc2W3O12的前驅體，將Sc2W3O12前驅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，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干燥箱中在100°C干燥得到Sc2W3O12的前驅體，將Sc2W3O12前驅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明中的濕化學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，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干燥箱中于7(T10(TC干燥得到Sc2W3O12的前驅體，將Sc2W3O12前驅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材料復合，制備出低膨脹或零膨脹的材料，在光學、電子學等領域有廣泛的應用。
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 優先權日2011年12月14日
發明者程曉農, 朱君君, 楊娟 申請人:江蘇大學