[发明专利]一种双功能材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种即具有负热膨胀特性又具光催化特性的双功能材料，特指ZrMo_2-xV_xO_8-δ粉体材料，特指x=0.5且δ=0.25，经过本发明所阐述的方法获得了不仅在室温以上具有各向同性的负热膨胀特性且在紫外光照射下具有光催化活性的粉体材料，该材料不仅在航空航天、光学元件、微电子器件、光纤通讯等领域还在环境治理领域具有极大的应用价值。

背景技术

材料的热膨胀性能对提高航空航天结构和电子设备等热几何稳定性有重要意义，卫星天线和电子器件等工作环境复杂，不均匀分布和大的温度变化引起较大的热变形，造成信号失真；大的温度变化往往引起大的温度应力，造成结构破坏，因此，将负热膨胀材料与传统正热膨胀材料复合制备零膨胀或者热膨胀系数可控的复合材料研制备受关注，成为新材料研发的重点领域之一。

目前，ZrM₂O₈（M=W或Mo）系列材料由于其在室温以上具有各向同性的负热膨胀效应且响应温度宽等优势成为NTE领域的研究热点，我们通过对该类材料的研究，我们发现了一种即具负热膨胀特性又具光催化特性的双功能材料ZrMo_1.5V_0.5O_7.75，其不仅在室温以上具有各向同性的负热膨胀特性且在紫外光照射下具有光催化活性，该材料由单一物质构成，易于制备，性能稳定，不仅可用于合成热膨胀系数可控的材料用于航空航天、光学元件、微电子器件、光信息传播器件、建筑材料等领域；还因其具有光催化的活性在环境治理领域具有极大的应用价值。

发明内容

本发明的目的提供一种即具有负热膨胀特性又具光催化特性的双功能材料ZrMo_1.5V_0.5O_7.75。

一种即具有负热膨胀特性又具光催化特性的双功能材料，其分子式为ZrMo_1.5V_0.5O_7.75，由Zr、Mo、V和O组成，其原子比为Zr:Mo:V:O=1:1.5:0.5:7.75，其晶体结构为ZrW₂O₈型立方结构。

本发明中的ZrMo_1.5V_0.5O_7.75材料，在25~500℃温度范围内具有显著负热膨胀效应，如图1所示：根据平均线热膨胀系数计算公式

α=ΔL(LΔT)，ΔL为温度T₁和T₂间试样长度的变化（T₁<T₂）；L为试样的原始长度；ΔT为温度T₂和T₁间的温度差，由此可得，ZrMo_1.5V_0.5O_7.75在25~500℃温度平均负热膨胀系数为-4.37×10^-6℃^-1。

一种即具有负热膨胀特性又具光催化特性的双功能材料ZrMo_1.5V_0.5O_7.75的制备方法，采用水热法合成ZrMo_1.5V_0.5O_7.75材料，所用原料为ZrO(NO₃)₂·5H₂O（分析纯）、(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O（化学纯）、NH₄VO₃（分析纯）和HCl（分析纯）。

制备工艺为：

(1)   将ZrO(NO₃)₂·5H₂O、(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O和NH₄VO₃按Zr⁴⁺:Mo⁶⁺:V⁵⁺摩尔比为1:1.5:0.5分别溶于去离子水中，将三种溶液搅拌混合均匀，向混合溶液中加入浓盐酸，浓盐酸的体积为混合液体积的1/6~1/4，继续搅拌3~6小时；