一种负热膨胀材料ABC(MoO4)3及其制备方法技术

技术编号：41365907 阅读：11 留言：0更新日期：2024-05-20 10:13

本发明专利技术属于热膨胀材料领域，公开一种负热膨胀材料ABC(MoO<subgt;4</subgt;)<subgt;3</subgt;及其制备方法。A=Na、K或Rb，B=Mg或Mn，C=Fe、Sc、In或Lu。制备步骤如下：（1）、选取A<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;、BO、C<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;和MoO<subgt;3</subgt;为原料，将A<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;、BO、C<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;和MoO<subgt;3</subgt;按照目标产物ABC(MoO<subgt;4</subgt;)<subgt;3</subgt;中化学计量摩尔比A∶B∶C∶Mo=1∶1∶1∶3研磨混合均匀，将得到的混合粉末在500‑600℃下烧结6‑10h；（2）、将步骤（1）所得烧结产物研磨成粉压片后在650‑900℃烧结10‑24h，冷却至室温后，得到目标产物ABC(MoO<subgt;4</subgt;)<subgt;3</subgt;。本发明专利技术对ABC(MoO<subgt;4</subgt;)<subgt;3</subgt;系列材料进行合成，并且全部具有负热膨胀性能，其合成过程简单可靠，重复性高；ABC(MoO<subgt;4</subgt;)<subgt;3</subgt;系列材料可以和正热膨胀材料复合，从而生产出零热膨胀材料，有望在生物医用材料、航空航天装备、精密仪器等高新技术领域获得应用。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于热膨胀材料领域，具体涉及一种负热膨胀材料abc(moo4)3及其制备方法。

技术介绍

1、材料的尺寸通常会在温度改变时发生变化，一般来说，在外界压力不变的情况下，材料的体积会随温度的升高而增大，这就是“热胀冷缩”现象。当器件在经历热循环或者遭受热冲击时，热胀冷缩引起的材料间膨胀不匹配会导致器件的热应力、微裂纹，进而引起器件的性能下降甚至损坏。有一类具有反常热膨胀性质的材料，其尺寸会随着温度升高而减小，称作负热膨胀材料。自从zrw2o8被发现以来，负热膨胀（nte）材料的开发已经成为科学
日益感兴趣的领域。nte陶瓷与正热膨胀材料结合制备成零或低热膨胀材料具有重要的意义。此外，这些材料发在提高精密器件的性能方面发挥重要作用，如热稳定性、耐热冲击、导热性、耐辐射性和结构稳定性。

2、近年来，磷酸钠锆（nzp）家族因其非常低的热膨胀系数、高热和化学稳定性、快速离子电导率和对离子取代的灵活性而受到广泛关注。nzp陶瓷在望远镜技术、汽车工业、气体传感器、航空航天等领域有着潜在应用。nzp家族的优良性能主要归因于其灵活的晶体结构。其晶体结构由共顶点的po4四面体和zro6八面体组成，构成了一个稳定的三维框架结构。在三维框架结构中存在着许多空隙，这些空隙可以被锂、钠、钾、铷、铯、钙、锶、钡等离子占据，这些空隙被不同的离子占据时对材料热膨胀性能的影响很大。

3、热膨胀对工业生产和实际应用都产生着巨大的影响，尤其是在航空航天、精密仪器、微电子等方面，材料的热膨胀行为显得尤为重要。例如，当材料受到热冲击时

4、易挥发、易分解、易泄漏以及易燃等安全隐患的液态电解质是制约传统液态电池安全性能提升的关键因素。固态电解质不具有易挥发和易燃的问题，同时展现出高离子电导率、较宽的电化学窗口、较强的循环稳定性以及抑制枝晶生长等优势。nzp结构材料由于其优越的离子电导率和稳定的结构，广泛应用于全固态离子电池、全固态空气电池和混合动力电池。

5、虽然nzp系列材料的应用前景广阔，并且近些年对nzp系列负热膨胀材料的研究非常多，新的nzp负热膨胀材料越来越难被发现。

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负热膨胀材料abc(moo4)3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、一种负热膨胀材料abc(moo4)3，其中，a=na、k或rb，b=mg或mn，c=fe、sc、in或lu。

4、较好地，所述负热膨胀材料abc(moo4)3为namgsc(moo4)3、namgfe(moo4)3、kmgsc(moo4)3、kmgfe(moo4)3、kmglu(moo4)3、kmnsc(moo4)3、kmnin(moo4)3、kmnlu(moo4)3、kmnfe(moo4)3中的任意一种，空间群为三方晶系。

5、较好地，所述负热膨胀材料abc(moo4)3为kmgin(moo4)3、rbmgsc(moo4)3、rbmgin(moo4)3、rbmglu(moo4)3、rbmnsc(moo4)3、rbmnin(moo4)3、rbmnlu(moo4)3中的任意一种，空间群为单斜晶系。

6、所述负热膨胀材料abc(moo4)3的制备方法，制备步骤如下：

7、（1）、选取a2co3、bo、c2o3和moo3为原料，将a2co3、bo、c2o3和moo3按照目标产物abc(moo4)3中化学计量摩尔比a∶b∶c∶mo=1∶1∶1∶3研磨混合均匀，将得到的混合粉末在500-650℃下烧结6-10h；

8、（2）、将步骤（1）所得烧结产物研磨成粉然后压片并在650-900℃烧结10-24h，冷却至室温后，得到目标产物abc(moo4)3。

9、较好地，步骤（1）中，采用湿法研磨，研磨原料时加入乙醇，加入量以润湿a2co3、bo、c2o3和moo3为准。

10、较好地，步骤（1）和（2）中，升温速率为1-5℃/min。

11、与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：

12、（1）、nzp型材料一般为磷酸盐，我们通过元素替换，将p替换为mo，发现了新型nzp材料abc(moo4)3，这类材料和传统的nzp材料结构相似，拥有nzp系列材料的一些特性，比如在不同的位点都有大量的离子可以取代，其中a位可以被na+、k+、rb+取代，b位可以被mg2+、mn2+取代，c位可以被fe3+、lu3+、in3+、sc3+取代，通过对不同位点元素的替代，可以合成一系列的新型nzp材料，通过对这些材料的热膨胀测试发现，本专利技术abc(moo4)3系列材料全部具有负热膨胀性能，其合成过程简单可靠，重复性高；

13、（2）、abc(moo4)3系列材料除了具有负热膨胀特性之外，还具有良好的离子电导率和热学稳定性，可望广泛应用于全固态离子电池、全固态空气电池和混合动力电池；

14、（3）、abc(moo4)3系列材料可以和正热膨胀材料复合，从而生产出零热膨胀材料，有望在生物医用材料、航空航天装备、精密仪器等高新
获得应用。

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【技术保护点】

1.一种负热膨胀材料ABC(MoO4)3，其特征在于：A=Na、K或Rb，B=Mg或Mn，C=Fe、Sc、In或Lu。

2.如权利要求1所述的负热膨胀材料ABC(MoO4)3，其特征在于：所述负热膨胀材料ABC(MoO4)3为NaMgSc(MoO4)3、NaMgFe(MoO4)3、KMgSc(MoO4)3、KMgFe(MoO4)3、KMgLu(MoO4)3、KMnSc(MoO4)3、KMnIn(MoO4)3、KMnLu(MoO4)3、KMnFe(MoO4)3中的任意一种，空间群为三方晶系。

3.如权利要求1所述的负热膨胀材料ABC(MoO4)3，其特征在于：所述负热膨胀材料ABC(MoO4)3为KMgIn(MoO4)3、RbMgSc(MoO4)3、RbMgIn(MoO4)3、RbMgLu(MoO4)3、RbMnSc(MoO4)3、RbMnIn(MoO4)3、RbMnLu(MoO4)3中的任意一种，空间群为单斜晶系。

4.如权利要求1-3之任一项所述的负热膨胀材料ABC(MoO4)3的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：

5.如权利要

6.如权利要求4所述的负热膨胀材料ABC(MoO4)3的制备方法，其特征在于：步骤（1）和（2）中，升温速率为1-5℃/min。

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【技术特征摘要】

1.一种负热膨胀材料abc(moo4)3，其特征在于：a=na、k或rb，b=mg或mn，c=fe、sc、in或lu。

2.如权利要求1所述的负热膨胀材料abc(moo4)3，其特征在于：所述负热膨胀材料abc(moo4)3为namgsc(moo4)3、namgfe(moo4)3、kmgsc(moo4)3、kmgfe(moo4)3、kmglu(moo4)3、kmnsc(moo4)3、kmnin(moo4)3、kmnlu(moo4)3、kmnfe(moo4)3中的任意一种，空间群为三方晶系。

3.如权利要求1所述的负热膨胀材料abc(moo4)3，其特征在于：所述负热膨胀材料abc(moo4)3为kmgin(moo4)3、...

【专利技术属性】
技术研发人员：高其龙，赵欢，王青杰，侯浩文，杨伦，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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