CuMoO4和ZrCuMo3O12负热膨胀性能研究

摘要

社会生活中的绝大部分材料都具有热缩冷胀的性质，“热胀冷缩”在造福人类的时候，也对人们的生活、生产和技术应用造成了不小的困扰。设备、仪器及器件通常使用多种不同材料制备而成，但不同材料的热膨胀性能差异会产生热应力的差异从而导致设备和器件的使用寿命下降甚至发生故障。负热膨胀材料的出现为可控热膨胀甚至是近零热膨胀材料的制备提供了有效途径，使用可控热膨胀材料制备相应器件解决其内外热应力差异问题是一种有效手段。综合性能良好的负热膨胀材料是制备可控热膨胀材料的关键，但是已有的负膨胀材料仍然存在着这样或那样的缺点，如热稳定性能较差、有吸水性、制备工艺繁杂等，这都制约着负热膨胀材料的推广使用。因此发现或制备工艺简单、综合性能良好的负热膨胀材料来满足实际需求，仍然是负热膨胀材料走向应用的一个十分迫切的课题。本工作制备出新的负热膨胀材料ZrCuMo3O12，并发现CuMoO4具有负热膨胀性能，对ZrCuMo3O12和CuMoO4的制备条件、微观形貌、物相结构、负热膨胀性能、光电性能和热缩机理进行了进行研究，主要工作内容和创新点如下：
　　（1）采取固相烧结法制备出新的负热膨胀材料ZrCuMo3O12，实验结果及分析表明，ZrCuMo3O12样品包含ZrMo2O8和CuMoO4两种相。ZrCuMo3O12在不同温度区间具有不同的线膨胀系数，分别为-6.94752×10-6 K-1（RT~440 K）、0.859285×10-6 K-1（440~470 K）和-3.22203×10-6 K-1（470~700 K）。ZrCuMo3O12的负膨胀性是ZrMo2O8、CuMoO4两种材料的负膨胀性以及少量纯相ZrCuMo3O12引起的；
　　（2）固相烧结法制备CuMoO4，其微观组织为紧密排列的、单一的短棒状颗粒相，颗粒尺寸2~6μm。实验结果及分析表明，CuMoO4在RT~390K温度区间保持稳定的三斜结构α相，并发现其在RT-390 K温度区间具有稳定的负热膨胀性能，平均线膨胀系数为-4.407×10-6 K-1；
　　（3）CuMoO4热缩机理为：CuMoO4α相晶格由CuO6八面体、CuO5六面体和MOO4四面体共顶点连接，CuO6八面体中Cu-O的键长比CuO5六面体Cu-O的键长大。当温度逐渐升高时（RT~373 K），电荷从O2—→Cu2+转移，部分CuO6八面体变成CuO5六面体。CuMoO4晶胞a轴和c轴逐渐减小，导致样品的体积也随着CuO6八面体体积分数的减少而减小。而且CuMoO4样品中含有六配位的二价铜离子，所以样品具有Jahn-Teller效应，随着温度的升高，O含量的变少，Jahn-Teller畸变的释放导致CuO6八面体由低温高畸变结构转变为高温低畸变结构。因Jahn-Teller畸变是不定向的，所以样品的膨胀有很明显的非线性。
　　（5）由于CuMoO4样品中含有六价元素Mo,所以对其光致发光、光催化性能进行了测试，得到样品在波长为300 nm光的激发下，CuMoO4样品的光致发光谱位于370~460 nm，395~410 nm蓝紫光最强。

目录

声明

1 绪论

1.1 负热膨胀材料简介

1.2 负膨胀材料的研究进展

1.3 负热膨胀材料的分类

1.4 负热膨胀材料的热缩机理

1.5 负热膨胀材料的制备方法

1.6 负热膨胀材料的应用

1.7 本论文的研究意义与主要内容

2 样品表征手及原理

2.1 XRD（X射线衍射）

2.2 电镜（SEM）

2.3 热分析

2.4 热膨胀仪

2.5 分光光度法

2.6 光致发光谱（PL谱）

2.7 Raman光谱

2.8 电化学工作站（Electrochemical workstation）

3 负热膨胀材料CuMoO4的制备及性能研究

3.1 引言

3.2 实验

3.3 实验结果与讨论

3.4 本章小结

4负热膨胀材料ZrCuMo3O12的制备及性能研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 实验结果与讨论

4 .4 本章小结

5 全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 展望

参考文献

个人简历及攻读硕士期间发表的学术论文和发明专利

致谢