一种可调控热膨胀材料(KMn)xA2-xMo3O12及其制备方法技术

技术编号：43468624 阅读：13 留言：0更新日期：2024-11-27 13:06

本发明专利技术属于热膨胀领域，公开一种可调控热膨胀材料(KMn)<subgt;x</subgt;A<subgt;2‑x</subgt;Mo<subgt;3</subgt;O<subgt;12</subgt;及其制备方法。其分子式为(KMn)<subgt;x</subgt;A<subgt;2‑x</subgt;Mo<subgt;3</subgt;O<subgt;12</subgt;，其中，A=Sc、Fe或In，0.4≤x≤1.0。制备步骤：（1）、选取K<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;、MnO、A<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;和MoO<subgt;3</subgt;为原料，将K<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;、MnO、A<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;和MoO<subgt;3</subgt;按照目标产物(KMn)<subgt;x</subgt;A<subgt;2‑x</subgt;Mo<subgt;3</subgt;O<subgt;12</subgt;中化学计量摩尔比K∶Mn∶A∶Mo=x∶x∶(2‑x)∶3研磨混合均匀，将研磨后得到的混合粉末在500~800℃进行一次煅烧，煅烧时间为6~24 h，煅烧完成后，自然冷却至室温；（2）、将一次煅烧所得产物再次研磨混合均匀、压片，在600~900℃进行二次煅烧，煅烧时间为6~24 h，煅烧完成后，自然冷却至室温后，获得目标产物(KMn)<subgt;x</subgt;A<subgt;2‑x</subgt;Mo<subgt;3</subgt;O<subgt;12</subgt;。本发明专利技术可调控热膨胀材料通过调节A和x的取值，可以实现零膨胀或负热膨胀的精准调控；本发明专利技术可调控热膨胀材料具有单一纯相、化学稳定性好、具有较大的潜在应用价值。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于热膨胀领域，具体涉及一种可调控热膨胀材料(kmn) xa2- xmo3o12及其制备方法。

技术介绍

1、负热膨胀材料（nte）是一类在温度升高时体积收缩的特殊材料，可以与正热膨胀材料结合或通过化学方法进行定制，以获得接近零热膨胀的材料。零热膨胀材料在航空航天材料、发动机部件、精密仪器、光学器件等方面有重要作用。具体来说，零膨胀材料在加热过程中体积保持不变，可以有效减低因加热引起的热应力，保持高精度的尺寸稳定性。自sleight小组在1996年发现zrw2o8在0.3-1050 k的温度范围内表现出优异的nte特性以来，nte材料快速发展。如今，nte化合物的种类繁多，大致可分为两大类：一类为声子驱动型负热膨胀材料，是由低频声子引起的原子横向热振动等因素产生的负热膨胀，这类材料主要存在于框架结构类化合物中，具有较长桥连原子链的框架结构灵活性有利于横向热振动，进而产生强的负热膨胀性能，如氧化物、氟化物、氰化物、金属有机框架和普鲁士蓝类似物；另一类为电子驱动型负热膨胀材料，其nte性能通常与其它物理特性一起出现，如pbtio3中的沿c轴方向的自发极化，ybcual、binio3和bicu3fe4o12中的电荷转移，反钙钛矿锰氮化物mn3an和合金的磁致伸缩，但此类材料合成条件较为复杂如：高压高温，氧化性/还原性气氛，这极大限制了它们在实际工业生产中的应用。与电子驱动的nte相比，一些低频声子驱动的nte材料合成条件简单方便，且声子驱动型nte

2、在具有柔性框架结构的材料中，a2m3o12家族材料在较宽的温度范围内表现出稳定的nte。a2m3o12家族材料a位阳离子易于取代且化学灵活性高，可以作为设计近零或负热膨胀材料的基础材料。然而a2m3o12家族材料存在吸水缺点，限制了其应用，如何调控热膨胀系数，克服吸水性是该家族材料的主要研究热点。研究表明，a2m3o12家族材料的相变温度与a位阳离子的电负性有关；a2m3o12家族材料的吸水性与a位阳离子的半径有关，a位阳离子半径越大晶体结构中的微通道越大，水分子更易进入晶体结构阻碍晶体的横向热振动，宏观表现出吸水性及影响负热膨胀性能。a位阳离子的部分取代还能调控热膨胀系数。此外，双阳离子取代调控热膨胀系数也是制备零或负热膨胀材料的可行的方法。双阳离子中的碱金属离子如k+、na+等具有较大的离子半径，碱金属离子掺杂后会占据晶格中的间隙位置，提高晶格体积。对于框架结构的负热膨胀材料，根据平均原子体积(aav)的经验概念，结构框架中的空间越大，负热膨胀性能越强，碱金属离子半径的增加增强了整体框架的灵活性，从这方面来看，碱金属离子掺杂有利于提高负热膨胀性能。另一方面，碱金属离子处于间隙位置，可能会影响晶胞内多面体的耦合旋转，削弱负热膨胀性能。所以可以通过改变碱金属离子掺杂量来综合调控材料的负热膨胀性能。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中存在的不足之处，本专利技术的目的在于提供一种可调控热膨胀材料(kmn) xa2- xmo3o12及其制备方法。

2、为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：

3、一种可调控热膨胀材料，其分子式为(kmn) xa2- xmo3o12，其中，a=sc、fe或in，0.4≤ x≤1.0；所述可调控热膨胀材料是指随着a和 x取值的不同，实现零膨胀或负热膨胀的精准调控。

4、一种可调控热膨胀材料的制备方法，制备步骤如下：

5、（1）、选取k2co3、mno、a2o3（a2o3=sc2o3、fe2o3或in2o3）和moo3为原料，将k2co3、mno、a2o3和moo3按照目标产物(kmn) xa2- xmo3o12中化学计量摩尔比k∶mn∶a∶mo= x∶ x∶(2- x)∶3研磨混合均匀，将研磨后得到的混合粉末在500~800 ℃进行一次煅烧，煅烧时间为6~24 h，煅烧完成后，自然冷却至室温；

6、（2）、将一次煅烧所得产物再次研磨混合均匀、压片，在600~900 ℃进行二次煅烧，煅烧时间为6~24 h，煅烧完成后，自然冷却至室温后，获得目标产物(kmn) xa2- xmo3o12。

7、较好地，步骤（1）和步骤（2）中，采用湿法研磨，研磨时加入无水乙醇，加入量以润湿对应的待研磨物质为准。

8、较好地，步骤（1）中，k2co3、mno、a2o3和moo3原料的质量纯度均为99~99.99 %。

9、较好地，步骤（1）和步骤（2）中，一次煅烧和二次煅烧时的升温速率均为3~10 ℃/min。

10、较好地，步骤（2）中，压片时，将样品压制成为直径8~10 mm、高3~6 mm的圆片。

11、较好地，步骤（2）中，压片时，对磨具施加压力4~10 mpa并保压2~5 min。

12、有益效果：

13、（1）、本专利技术可调控热膨胀材料通过调节a和 x的取值，可以实现零膨胀或负热膨胀的精准调控；

14、（2）、本专利技术可调控热膨胀材料具有单一纯相、化学稳定性好、具有较大的潜在应用价值。

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【技术保护点】

1.一种可调控热膨胀材料，其特征在于：其分子式为(KMn)xA2-xMo3O12，其中，A=Sc、Fe或In，0.4≤x≤1.0；所述可调控热膨胀材料是指随着A和x取值的不同，实现零膨胀或负热膨胀的精准调控。

2.一种如权利要求1所述的可调控热膨胀材料的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：

3.如权利要求2所述的可调控热膨胀材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）和步骤（2）中，采用湿法研磨，研磨时加入无水乙醇，加入量以润湿对应的待研磨物质为准。

4.如权利要求2所述的可调控热膨胀材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，K2CO3、MnO、A2O3和MoO3原料的质量纯度均为99~99.99 %。

5.如权利要求2所述的可调控热膨胀材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）和步骤（2）中，一次煅烧和二次煅烧时的升温速率均为3~10 ℃/min。

6.如权利要求2所述的可调控热膨胀材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，压片时，将样品压制成为直径8~10 mm、高3~6 mm的圆片。

7.如权利要求2所述的可调控

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【技术特征摘要】

1.一种可调控热膨胀材料，其特征在于：其分子式为(kmn)xa2-xmo3o12，其中，a=sc、fe或in，0.4≤x≤1.0；所述可调控热膨胀材料是指随着a和x取值的不同，实现零膨胀或负热膨胀的精准调控。

2.一种如权利要求1所述的可调控热膨胀材料的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：

4.如权利要求2所述的可调控热膨胀材料的制备方法，其特征在于：步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：高其龙，何功森，胡同同，乔永强，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：

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