[发明专利]一种NaV2O5的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种NaV₂O₅的制备方法。

背景技术

佩尔斯相变是一种结构相变，在许多准一维体系中能观察到。由于自旋二聚化导致的磁-弹性相变，就是自旋-佩尔斯相变，它是未来自旋电子学器件的一个重要的理论基础。自旋-佩尔斯相变最先是在有机物TTF-CuBDT和MEM(TCNQ)₂中发现的。1993年，Hase首次在无机材料CuGeO₃的磁化率实验中观察到了自旋-佩尔斯相变。

1996年，日本科学家Isobe等人在对NaV₂O₅的磁化率的测量中发现，在T_C<T<300K温度范围时，NaV₂O₅是反铁磁的绝缘体；T≈T_C，即34K（迄今为止最高的临界温度）附近，其磁化率急剧减小；T<T_C，体系为绝缘的无磁自旋单重态基态。这种相变被称为自旋-佩尔斯相。从自旋单重态基态到第一激发态之间存在一个有限的带隙，所以可以应用该特性制作控制电子自旋的量子开关，这在将来的自旋电子学器件应用方面具有重要的意义和价值。而且自旋-佩尔斯相变的深入研究对于深化和拓展凝聚态物理的基本理论有及其重大的意义。

NaV₂O₅室温时为正交结构，其结构中存在“之”字形的V⁴⁺离子链，低于临界温度，其结构变为单斜结构。NaV₂O₅中观察到的自旋-佩尔斯相变与传统的有机物及CuGeO₃等材料中观察到的自旋-佩尔斯相变还有一些很大的差别，所以习惯上把NaV₂O₅中观察到的相变称为类自旋-佩尔斯相变。所以对NaV₂O₅的深入研究又有特别的理论意义。

由于NaV₂O₅结构中存在的V⁴⁺离子化学性质不稳定，极易被氧化成化学稳定性极高的V⁵⁺离子或者被还原成化学稳定性一般的V³⁺离子，所以NaV₂O₅的制备难度很大，制备方法目前仅有固相烧结和水热法两种。水热法的产率低，可重复性较差。常规的固相烧结法是采用NaVO₃、V₂O₃和V₂O₅原料按照一定的配比均匀混合，然后在真空或者惰性气体气氛下高温烧结几天，才能得到NaV₂O₅。原料中的NaVO₃对人体有较大的毒性，所以实验过程有一定的危险性。而且整个烧结过程的时间长达几天，这些都不利于将来的工业化生产。

发明内容

本发明的目的是要提供一种采用无毒的碳酸钠（Na₂CO₃）取代传统的制备方法中毒性较大的NaVO₃原料，以碳酸钠（Na₂CO₃）、三氧化二钒（V₂O₃）和五氧化二钒（V₂O₅）为原料，按照一定的化学配比，利用固相烧结在较短的烧结时间内制备NaV₂O₅多晶粉末的方法。

本发明的技术解决方案是：

在本发明方法中对固相烧结法进行了探索，主要研究了整个固相烧结过程所涉及的化学反应过程，寻找到了可以替代对人体有较大的毒性NaVO₃原料的材料，即无毒的碳酸钠（Na₂CO₃）材料。根据Na₂CO₃与V₂O₅的反应可以生成NaVO₃的化学反应：Na₂CO₃+ V₂O₅→2NaVO3+ CO₂↑（Ⅰ），以及制备NaV₂O₅的化学反应：