[发明专利]一种负热膨胀稀土钨酸盐Sc2W3O12材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及负热膨胀材料，特指一种负热膨胀稀土钨酸盐材料Sc₂W₃O₁₂的制备方法，该种材料可通过掺杂或与其它材料复合成为低热膨胀或零膨胀材料，从而可在光学、电子学、光纤通讯系统等领域得以广泛应用。

背景技术

自从1995年Sleight等人首次报道了负热膨胀（neggative thermal expansion，简称NTE）材料ZrW₂O₈之后，该类材料就受到了各界广泛的关注；NTE 材料除了各向同性的AM₂O₈系列和AM₂O₇系列外，最重要的一类化合物就是各向异性的A₂M₃O₁₂系列材料，其具有NTE性能响应温度范围宽、高3价离子传导及成分灵活多变等特点；早在20世纪六、七十年代，对分子式为A₂M₃O₁₂型的三价金属钨（钼）酸盐的晶体结构、荧光效应、压电、铁电和铁弹性就进行过大量的研究，而只是在近几年才发现其中某些化合物具有NTE效应；其中Sc₂W₃O₁₂是典型的A₂M₃O₁₂型稀土钨酸盐NTE材料，在很宽的温度范围(至少-263～927℃)具有NTE效应，其NTE效应可能持续到其熔点(～1640℃)，热膨胀系数为-6~-11×10^-6℃^-1（室温~800℃），而其相变温度是-263℃，相变压力约为2.7GPa；因此基于上述特性，近年来对于Sc₂W₃O₁₂系列材料的研究备受关注，制备Sc₂W₃O₁₂的传统方法是固相法，反应温度高（1100℃），反应时间长（＞24h），并且由于WO₃在高温时挥发会影响最终产物纯度（Evans J S O, Mary T A, Sleight A W. Journal of Solid State Chemistry, 1998,137:148-160.），而湿化学法中的共沉淀法制备工艺，由于反应在液相中，可以均匀进行，获得化学成分均一、颗粒细小、形貌可控的产物，从而可扩大其实际应用范围，目前尚未见液相法合成Sc₂W₃O₁₂的报道。

发明内容

本发明公开了一种负热膨胀稀土钨酸盐材料Sc₂W₃O₁₂的制备工艺，其特点是采用湿化学法中的共沉淀工艺，制备出正交晶体结构的Sc₂W₃O₁₂。

本发明以分析纯的Sc₂O₃、浓盐酸（36.5wt%）、钨酸铵、PEG（聚乙二醇20000）为初级原料配制前驱体，其具体操作流程为：将Sc₂O₃溶于相比于化学计量过量的浓度为36.5%的HCl中，待完全溶解后置于烘箱中烘干以去除多余的HCl，将烘干后的ScC1₃溶于蒸馏水中配成0.5~1mol/L的ScCl₃溶液，将钨酸铵配成0.05~0.1mol/L的溶液，为控制合成粉体的粒径，本实验在配好的钨酸铵溶液中加入钨酸铵溶液质量的0.3~0.5%的PEG作为分散剂，按Sc³⁺∶W⁶⁺=2∶3的摩尔比例将两溶液混合反应，溶液中立刻析出白色沉淀，利用磁力搅拌器于60~80℃搅拌2~4h后，用离心机进行离心脱水，倒掉上层清液后反复洗涤、离心3次以除去多余Cl^-离子，然后将收集到的白色沉淀放入鼓风干燥箱中于70~100℃干燥得到Sc₂W₃O₁₂的前驱体，将Sc₂W₃O₁₂前驱体用玛瑙研钵研磨均匀后置于马弗炉中在600~800℃的温度下锻烧2~4h得到Sc₂W₃O₁₂粉体。