專利名稱：錳基反鈣鈦礦型氮化物的制備方法
技術領域：
本發明涉及反鈣鈦礦型氮化物的制備方法。
背景技術：
目前大多數的固體材料顯示熱膨脹特性，即它們的晶格常數在外界壓力不變的情況下隨溫度的升高而增大；相比之下，部分材料顯示出負熱膨脹的奇特效應，即晶格常數隨溫度的升高而減小。負膨脹材料可以與熱膨脹材料在一定的條件下制成具有零膨脹系數的復合材料，這種材料在高精度的光學及機械零部件如布拉格衍射光柵等方面有著重要的應用。反鈣鈦礦型氮化物因具有負膨脹效應、巨磁阻等特性而有著較大的應用價值，近年來引起了人們的關注。反鈣鈦礦型氮化物的通用性合成方法很少，現有方法主要是采用流動的氮氣與金屬錳粉于700°C反應60小時，制備Mn2N前驅體。將制備的Mn2N前驅體與純金屬粉末099.9%)按照化學計量比混合壓片，用鉭箔包裹，放入石英管中抽真空至10_4Pa后，于8500C _900°C反應72-120小時，制備相應的錳基氮化物。但該方法的反應溫度較高，反應時間較長，制備工藝煩瑣，容易引進雜質。
發明內容
本發明的目的是為了解決現有反鈣鈦礦型氮化物制備方法反應時間長，制備方法較復雜的問題，而提供錳基反鈣鈦礦型氮化物的制備方法。本發明錳基反鈣鈦礦型氮化物的制備方法是通過下列步驟實現:一、將堿 金屬氮化物、錳粉與金屬單質粉磨碎，混合均勻，再壓制成混合料壓片；二、將步驟一得到的混合料壓片放入反應容器中，然后在反應容器的外壁包裹上加熱介質，在氮氣的保護下微波加熱10 30分鐘，得到反應物；三、把步驟二得到的反應物取出放入去離子水中浸泡，干燥后得到錳基反鈣鈦礦型氮化物；其中步驟一中的堿金屬氮化物為純度不小于99%的氮化鋰，金屬單質粉為銅粉、鋅粉、鍺粉、鎵粉中的一種或幾種的混合物，氮化鋰，金屬單質粉和錳粉的摩爾比為(I 2):1:3 ；步驟二中的微波加熱中微波加熱的功率為600 1000W。本發明錳基反鈣鈦礦型氮化物的制備方法是通過下列步驟實現:一、將堿金屬氮化物、錳粉與金屬單質粉磨碎，混合均勻，再壓制成混合料壓片；二、把步驟一得到的混合料壓片放入反應容器中，再將反應容器放入石英管中，石英管抽真空至10_4Pa后充入氮氣，然后在石英管上包裹加熱介質，微波加熱10 30分鐘，得到反應物；三、把步驟二得到的反應物取出放入去離子水中浸泡，干燥后得到錳基反鈣鈦礦型氮化物；其中步驟一中的堿金屬氮化物為純度不小于99%的氮化鋰，金屬單質粉為銅粉、鋅粉、鍺粉、鎵粉中的一種或幾種的混合物，氮化鋰，金屬單質粉和錳粉的摩爾比為(I 2):1:3 ；步驟二中的微波加熱中微波加熱的功率為600 1000W。本發明錳基反鈣鈦礦型氮化物的制備方法是以氮化鋰，金屬單質粉和錳粉為原料，通過微波加熱快速合成錳基反鈣鈦礦型氮化物，所用的微波加熱設備可以是實驗室用微波合成設備，也可以是家用微波爐，所用設備簡單，成本低廉，當微波加熱功率為800W時，僅需10 30分鐘即可快速合成錳基反鈣鈦礦型氮化物，大大縮短了合成時間。所用原料堿金屬氮化物的純度大于99%，可以有效地避免雜質的污染。本發明主要應用于錳基反鈣鈦礦型氮化物的合成。
圖1是實施例一微波加熱10分鐘制備的錳基反鈣鈦礦型氮化物Mn3CuN的X射線衍射圖譜；圖2是實施例四微波加熱 15分鐘制備的錳基反鈣鈦礦型氮化物Mn3CuN的X射線衍射圖譜；圖3是實施例六微波加熱10分鐘制備的錳基反鈣鈦礦型氮化物Mn3Cua5Zn0.5N的X射線衍射圖譜。
具體實施例方式具體實施方式
一:本實施方式錳基反鈣鈦礦型氮化物的制備方法是通過下列步驟實施:一、將堿金屬氮化物、錳粉與金屬單質粉磨碎，混合均勻，再壓制成混合料壓片；
二、將步驟一得到的混合料壓片放入反應容器中，然后在反應容器的外壁包裹上加熱介質，在氮氣的保護下微波加熱10 30分鐘，得到反應物；三、把步驟二得到的反應物取出放入去離子水中浸泡，干燥后得到錳基反鈣鈦礦型氮化物；其中步驟一中的堿金屬氮化物為純度不小于99%的氮化鋰，金屬單質粉為銅粉、鋅粉、鍺粉、鎵粉中的一種或幾種的混合物，氮化鋰，金屬單質粉和錳粉的摩爾比為(I
2):1:3 ；步驟二中的微波加熱中微波加熱的功率為600 1000W。采用本實施方式金屬單質粉為銅粉、鋅粉、鍺粉、鎵粉的混合物時，銅粉、鋅粉、鍺粉和鎵粉可按任意比例混合，采用本發明錳基反鈣鈦礦型氮化物的制備方法可以合成 Mn3XN, (X=Zn, Cu, Sn, Ga, Ge,)Mn3XYN, (X，Y=Zn, Cu, Sn, Ga, Ge)等三元氮化物，以及Mn3CuZnN, Mn3CuGeN, Mn3ZnGeN等四元氮化物，乃至Mn3CuZnGeN等五元氮化物，利用微波加熱縮短反映的合成時間，制備方法簡單易行。
具體實施方式
二:本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一壓制成混合料壓片，壓制過程是使用壓片機施以15MPa 30MPa的壓力壓制堿金屬氮化物、錳粉與金屬單質粉混合粉末。其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三:本實施方式與具體實施方式
一或二不同的是步驟二中的反應容器為氧化鋁坩堝、氮化鋁坩堝或者陶瓷坩堝。其它步驟及參數與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四:本實施方式與具體實施方式
一至三之一不同的是步驟二中的加熱介質為碳化硅或氧化銅。其它步驟及參數與具體實施方式
一至三之一相同。
具體實施方式
五:本實施方式錳基反鈣鈦礦型氮化物的制備方法是通過下列步驟實施:一、將堿金屬氮化物、錳粉與金屬單質粉磨碎，混合均勻，再壓制成混合料壓片；
二、把步驟一得到的混合料壓片放入反應容器中，再將反應容器放入石英管中，石英管抽真空至10_4Pa后充入氮氣，然后在石英管上包裹加熱介質，微波加熱10 30分鐘，得到反應物；三、把步驟二得到的反應物取出放入去離子水中浸泡，干燥后得到錳基反鈣鈦礦型氮化物；其中步驟一中的堿金屬氮化物為純度不小于99%的氮化鋰，金屬單質粉為銅粉、鋅粉、鍺粉、鎵粉中的一種或幾種的混合物，氮化鋰，金屬單質粉和錳粉的摩爾比為(I
2):1:3 ；步驟二中的微波加熱中微波加熱的功率為600 1000W。
具體實施方式
六:本實施方式與具體實施方式
五不同的是步驟一堿金屬氮化物、錳粉與金屬單質粉是在瑪瑙研缽中碾磨并混合均勻。其它步驟及參數與具體實施方式
五相同。
具體實施方式
七:本實施方式與具體實施方式
五或六不同的是步驟一中的錳粉與金屬單質粉的純度大于99.99%。其它步驟及參數與具體實施方式
五或六相同。實施例一:本實施例錳基反鈣鈦礦型氮化物的制備方法是通過下列步驟實施:一、將0.02mol堿 金屬氮化物、0.036mol的錳粉與0.012mol的金屬單質粉磨碎，混合均勻，再壓制成混合料壓片；二、將步驟一得到的混合料壓片放入氧化鋁坩堝中，然后在氧化鋁坩堝的外壁包裹上加熱介質，在氮氣的保護下微波加熱10分鐘，得到反應物；三、把步驟二得到的反應物取出放入去離子水中浸泡，干燥后得到錳基反鈣鈦礦型氮化物；其中步驟一中的堿金屬氮化物為純度為99.9%的氮化鋰，金屬單質粉為銅粉；步驟二中的微波加熱中微波加熱的功率為800W。本實施例得到的錳基反鈣鈦礦型氮化物為Mn3CuN塊體，微波加熱10分鐘制備的Mn3CuN的X射線衍射圖譜如圖1所示，對衍射數據指標化后與標準卡片對照(ICDD-PDF:23-0229,空間群Pm3m)，確認為反鈣鈦礦型晶體結構。實施例二:本實施例錳基反鈣鈦礦型氮化物的制備方法是通過下列步驟實施:一、將0.02mol堿金屬氮化物、0.036mol的錳粉與0.012mol的鋅粉磨碎，混合均勻，再壓制成混合料壓片；二、將步驟一得到的混合料壓片放入氧化鋁坩堝中，然后在氧化鋁坩堝的外壁包裹上加熱介質，在氮氣的保護下微波加熱10分鐘，得到反應物；三、把步驟二得到的反應物取出放入去離子水中浸泡，干燥后得到錳基反鈣鈦礦型氮化物；其中步驟一中的堿金屬氮化物為純度為99.9%的氮化鋰；步驟二中的微波加熱中微波加熱的功率為800W。本實施例堿金屬氮化物、錳粉與鋅粉的壓制過程是使用壓片機施加15MPa的壓力，將混合粉末壓成片狀。制備得到的錳基反鈣鈦礦型氮化物為Mn3ZnN塊體，微波加熱時間為10分鐘。實施例三:本實施例錳基反鈣鈦礦型氮化物的制備方法是通過下列步驟實施:一、將0.02mol堿金屬氮化物、0.036mol的錳粉與0.012mol的鍺粉磨碎，混合均勻，壓制成混合料壓片；二、將步驟一得到的混合料壓片放入氧化鋁坩堝中，然后在氧化鋁坩堝的外壁包裹上加熱介質，在氮氣的保護下微波加熱10分鐘，得到反應物；三、把步驟二得到的反應物取出放入去離子水中浸泡，干燥后得到錳基反鈣鈦礦型氮化物；其中步驟一中的堿金屬氮化物為純度為99.9%的氮化鋰；步驟二中的微波加熱中微波加熱的功率為800W。本實施例制備得到的錳基反鈣鈦礦型氮化物為Mn3GeN塊體，微波加熱時間為10分鐘。實施例四:本實施例錳基反鈣鈦礦型氮化物的制備方法是通過下列步驟實施:一、將0.02mol堿金屬氮化物、0.036mol猛粉與0.012mol的銅粉磨碎，混合均勻，再壓制成混合料壓片；二、把步驟一得到的混合料壓片放入氧化鋁坩堝中，再將氧化鋁坩堝放入石英管中，石英管抽真空至10_4Pa后充入氮氣，然后在石英管上包裹碳化硅加熱介質，微波加熱15分鐘，得到反應物；三、把步驟二得到的反應物取出放入去離子水中浸泡，干燥后得到錳基反鈣鈦礦型氮化物；其中步驟一中的堿金屬氮化物為純度為99.9%的氮化鋰；步驟二中的微波加熱中微波加熱的功率為800W。本實施例得到的錳基反鈣鈦礦型氮化物為Mn3CuN塊體，微波加熱15分鐘制備的Mn3CuN的X射線衍射圖譜如圖2所示，對衍射數據指標化后與標準卡片對照(ICDD-PDF:23-0229,空間群Pm3m)，確認為反鈣鈦礦型晶體結構。實施例五:本實施例錳基反鈣鈦礦型氮化物的制備方法是通過下列步驟實施:一、將0.02mol堿金屬氮化物、0.036mol錳粉與0.012mol的鋅粉磨碎，混合均勻，壓制成混合料壓片；二、把步驟一得到的混合料壓片放入氧化鋁坩堝中，再將氧化鋁坩堝放入石英管中，石英管抽真空至10_4Pa后充入氮氣，然后在石英管上包裹碳化硅加熱介質，微波加熱10分鐘，得到反應物；三、把步驟二得到的反應物取出放入去離子水中浸泡，干燥后得到錳基反鈣鈦礦型氮化物；其中步驟一中的堿金屬氮化物為純度為99.9%的氮化鋰；步驟二中的微波加熱中微波加熱的功率為800W。本實施例制備得到的錳基反鈣鈦礦型氮化物為Mn3ZnN塊體，微波加熱時間為10分鐘。實施例六:本實施例錳基反鈣鈦礦型氮化物的制備方法是通過下列步驟實施:一、將0.02mol堿金屬氮化物、0.036mol錳粉、0.006mol的銅粉和0.006mol的鋅粉磨碎，混合均勻，壓制成混合料壓片；二、把步驟一得到的混合料壓片放入氧化鋁坩堝中，再將氧化鋁坩堝放入石英管中，石英管抽真空至10_4Pa后充入氮氣，然后在石英管上包裹碳化硅加熱介質，微波加熱10分鐘，得到反應物；三、把步驟二得到的反應物取出放入去離子水中浸泡，干燥后得到錳基反鈣鈦礦型氮化物；其中步驟一中的堿金屬氮化物為純度為99.9%的氮化鋰；步驟二中的微波加熱中微波加熱的功率為800W。本實施例得到的錳基反鈣鈦礦型氮化物為Mn3Cu0.5Zna5N塊體，微波加熱10分鐘制備的Mn3Cu0.5Zna5N的X射線衍 射圖譜如圖3所示，得到的錳基反鈣鈦礦型氮化物為單相，不含雜質，對衍射數據指標化后與標準卡片對照(I⑶D-PDF: 23-0229，空間群Pm3m)，確認為反鈣鈦礦型晶體 結構。
權利要求
1.錳基反鈣鈦礦型氮化物的制備方法，其特征在于錳基反鈣鈦礦型氮化物的制備方法是通過下列步驟實現: 一、將堿金屬氮化物、錳粉與金屬單質粉磨碎，混合均勻，再壓制成混合料壓片；二、將步驟一得到的混合料壓片放入反應容器中，然后在反應容器的外壁包裹上加熱介質，在氮氣的保護下微波加熱10 30分鐘，得到反應物；三、把步驟二得到的反應物取出放入去離子水中浸泡，干燥后得到錳基反鈣鈦礦型氮化物； 其中步驟一中的堿金屬氮化物為純度不小于99%的氮化鋰，金屬單質粉為銅粉、鋅粉、鍺粉、鎵粉中的一種或幾種的混合物，氮化鋰，金屬單質粉和錳粉的摩爾比為(I 2):1:3 ; 步驟二中的微波加熱中微波加熱的功率為600 1000W。
2.根據權利要求1所述的錳基反鈣鈦礦型氮化物的制備方法，其特征在于步驟一壓制成混合料壓片，壓制過程是使用壓片機施以15MPa 30MPa的壓力壓制堿金屬氮化物、錳粉與金屬單質粉混合粉末。
3.根據權利要求1所述的錳基反鈣鈦礦型氮化物的制備方法，其特征在于步驟二中的反應容器為氧化鋁坩堝、氮化鋁坩堝或者陶瓷坩堝。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的錳基反鈣鈦礦型氮化物的制備方法，其特征在于加熱介質為碳化硅或氧化銅。
5.錳基反鈣鈦礦型氮化物的制備方法，其特征在于錳基反鈣鈦礦型氮化物的制備方法是通過下列步驟實現: 一、將堿金屬氮化物、錳粉與金屬單質粉磨碎，混合均勻，再壓制成混合料壓片；二、把步驟一得到的混合料壓片放入反應容器中，再將反應容器放入石英管中，石英管抽真空至10_4Pa后充入氮氣，然 后在石英管上包裹加熱介質，微波加熱10 30分鐘，得到反應物；三、把步驟二得到的反應物取出放入去離子水中浸泡，干燥后得到錳基反鈣鈦礦型氮化物； 其中步驟一中的堿金屬氮化物為純度不小于99%的氮化鋰，金屬單質粉為銅粉、鋅粉、鍺粉、鎵粉中的一種或幾種的混合物，氮化鋰，金屬單質粉和錳粉的摩爾比為(I 2):1:3 ； 步驟二中的微波加熱中微波加熱的功率為600 1000W。
6.根據權利要求5所述的錳基反鈣鈦礦型氮化物的制備方法，其特征在于步驟一堿金屬氮化物、錳粉與金屬單質粉是在瑪瑙研缽中碾磨并混合均勻。
7.根據權利要求5所述的錳基反鈣鈦礦型氮化物的制備方法，其特征在于錳粉與金屬單質粉的純度大于99.99%。
全文摘要
錳基反鈣鈦礦型氮化物的制備方法，它涉及反鈣鈦礦型氮化物的制備方法。它要解決現有反鈣鈦礦型氮化物制備方法反應時間長，制備方法較復雜的問題。制備方法一、堿金屬氮化物、錳粉與金屬單質粉磨碎混合，壓制成片；二、混合料壓片放入反應容器中，在氮氣的保護下微波加熱，或者將混合料壓片放入反應容器中，再將反應容器放入石英管中，石英管抽真空后充入氮氣，包裹上加熱介質，微波加熱得到反應物；三、反應物取出放入去離子水中浸泡，干燥后得到錳基反鈣鈦礦型氮化物。本發明的制備方法簡單，成本低廉，微波加熱功率為800W時，僅需10～30分鐘即可快速合成錳基反鈣鈦礦型氮化物。本發明主要應用于錳基反鈣鈦礦型氮化物的合成。
文檔編號C01B21/00GK103072958SQ20131003874
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月31日 優先權日2013年1月31日
發明者韓杰才, 宋波, 銀穎, 元泉, 金雷, 趙超亮 申請人:哈爾濱工業大學