负热膨胀性ZrWMoO（0＜x≤2）粉体的制备及形貌控制研究

摘要

负热膨胀(Negative thermal expansion，简称NTE)材料研究是材料科学中近年来新兴的学科分支。特别是具有各向同性的NTE特性的ZrW<,2-x>Mo<,x>O<,8>系列材料，因其具有负热膨胀系数大、响应温度范围宽等优点，在光学平面镜、光纤通信领域、医用材料、低温传感器、热电偶及日常生活等方面有巨大的潜在应用价值。由于ZrW<,2-x>Mo<,x>O<,8>材料优异的特性及广泛的应用前景，本工作合成了一系列ZrW<,2-x>Mo<,x>O<,8>材料，并对其形貌进行控制，考察了其NTE特性。 制备ZrW<,2-x>Mo<,x>O<,8>粉体材料的方法主要分为液相法和固相法。液相法具有合成粉末纯度高，成分可控，组分均匀，颗粒形状统一等优点，所以液相法是目前公认较具有发展前途的粉体制备方法。本工作分别利用水合前驱物分解法和水热法，以硝酸氧锆[zro(NO<,3>)<,2>·5H<,2>O]、钨酸铵[N<,5>H<,37>W<,6>O<,24>·5H<,2>O]及钼酸铵[N<,6>H<,24>Mo<,7>O<,24>·4H<,2>O]等为原料，合成了ZrW<,2-x>Mo<,x>O<,8>(OMo<,x>O<,8>(0Mo<,0.3>O<,8>在25～600~C的温度范围内具有NTE特性，平均热膨胀系数为-6.16x10<'-6>K<'-1>；合成立方ZrWMoO<,8>在20～100~C体现正热膨胀特性，脱除水分子后便具有NTE特性，在100～600℃的温度范围平均热膨胀系数为-6.61×10<'-6>K<'-1>。水热法合成的立方ZrW<,1.7>Mo<,0.3>O<,8>在25～700℃内具有NTE特性，平均热膨胀系数为-6.61×10<'-6>K<'-1>；立方ZrWMoO<,8>含有结晶水，在120℃脱除水分子之后才具有NTE特性，在120～700℃的温度区间内的平均热膨胀系数为-5.73x10<'->6K<-1>。 两种方法相比较，水合前驱物分解法合成周期长(一个周期10d)，步骤较繁琐，条件较为苛刻，适用范围小；而水热反应是在高温高压的环境中进行的，大大的缩短了水热法的合成周期(一个周期15h)，而且工艺简单，适用范围宽广，更适合工业化生产。本工作通过改变胶凝剂(或酸介质)和添加剂的种类、制备方法等因素，制备出了棒状、方块状的ZrW<,1.7>Mo<,0.3>O<,8>粉体；立方体状、哑铃状、六棱柱状和方块状的ZrWMoO<,8>粉体；以及棒状、球形、蝴蝶结状的ZrMo<,2>O<,8>粉体。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1负热膨胀化合物材料

1.2负热膨胀化合物材料的分类

1.2.1 AM2O7系列NTE材料

1.2.2 AM2O8系列NTE材料

1.2.3 A2M3O12系列NTE材料

1.2.4结构特征

1.3负热膨胀机理

1.3.1相转变

1.3.2桥氧原子的低能横向热振动

1.3.3刚性多面体的旋转耦合

1.3.4阳离子迁移

1.3.5固体内压转变

1.4 ZrW2-xMoxO8系列NTE材料的制备方法

1.4.1水合前驱物分解法

1.4.2水热合成法

1.4.3微波合成法

1.4.4燃烧法

1.5负热膨胀材料的研究现状、发展应用前景

1.6本论文选题思想及研究内容

第二章水合前驱物分解法制备ZrW2-xMoxO8粉体

2.1湿化学法制备粉体的化学原理

2.2实验部分

2.2.1实验原料

2.2.2制备方法及检测

2.3实验结果与讨论

2.3.1前驱体ZrW2-xMoxO7(OH)2(H2O)2物相分析

2.3.2前驱体ZrW2-xMoxO7(OH)2(H2O)2的TG-DSC分析

2.3.3 ZrW2-xMoxO8的合成

2.3.4 ZrWxMo2-xO8粉体的形貌分析

2.3.5 ZrWxMo2-xO8粉体的热膨胀特性分析

2.3.6热膨胀系数的测定

2.3.7 ZrW2-xMoxO8(x=0.3，1)的相变点

2.4结论

第三章水热法制备ZrW2-xMoxO8(0＜x≤2)粉体

3.1水热法简介

3.1.1水热法的定义

3.1.2水热物理化学

3.1.3水热法分类

3.1.4水热法的优点

3.2实验方法

3.2.1实验原料

3.2.2制备方法及检测

3.3实验结果与讨论

3.3.1前驱体的FT-IR分析

3.3.2前驱体的TG-DSC分析

3.3.3 ZrW2-xMox8(0＜x≤2)的物相分析

3.3.4 ZrW2-xMoxO8(0＜x≤2)粉体的形貌分析

3.3.5 ZrW2-xMoxO8(x=0.3；1)粉体负热膨胀特性

3.3.6热膨胀系数的测定

3.3.7整体热膨胀系数的测定

3.3.8 ZrW2-xMoxO8(x=0.3，1)的相变点以及分解温度

3.4水合前驱物法和水热法的比较

3.4.1不同酸介质对前驱体合成的影响

3.4.2合成时间的比较

3.4.3热处理过程的比较

3.4.4产物形貌的比较

3.4.5产物NTE特性的比较

3.4.6小结

3.5本章小结

第四章水合前驱物分解法控制ZrW2-xMoxO8(0＜x≤2)粉体形貌

4.1湿法制粉的形貌控制

4.2实验部分

4.2.1实验原料

4.2.2实验方法

4.3实验结果与讨论

4.3.1前驱体物相分析

4.3.2 SEM结果分析

4.4小结

第五章水热法控制ZrW2-xMoxO8(0＜x≤2)粉体形貌

5.1水热法制粉的形貌控制

5.2实验部分

5.2.1实验原料及设备

5.2.2实验方法

5.3实验结果与讨论

5.3.1前驱体物相分析

5.3.2 ZrW2-xMoxO8物相分析

5.3.4水热条件下不同酸介质对产物形貌的影响

5.4小结

第六章结论

第七章展望

致 谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文