及其固相燒結(jié)合成方法
【專利說明】一種新型負(fù)熱膨脹發(fā)光材料HfScW2PO12及其固相燒結(jié)合成方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于無機(jī)非金屬材料領(lǐng)域，具體涉及一種新型負(fù)熱膨脹發(fā)光材料HfScW2PO12及其固相燒結(jié)合成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由晶格熱振動(dòng)的非諧效應(yīng)產(chǎn)生的“熱脹冷縮”性質(zhì)已成為人們普遍接受的自然屬性之一，但在自然界中也存在一些較為少見“熱縮冷脹”的反?，F(xiàn)象，即負(fù)熱膨脹現(xiàn)象。隨著科技的發(fā)展，人們對具有低膨脹系數(shù)或者零膨脹系數(shù)材料的需求越來越多，人們希望通過研宄負(fù)熱膨脹(NTE)材料，利用這種材料與一般的正熱膨脹材料復(fù)合，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)可控，甚至為零。這種復(fù)合材料可以最大限度的減少材料在溫度急劇變化時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力，增加材料的抗熱沖擊強(qiáng)度，可廣泛應(yīng)用于航空航天、光學(xué)、光電子精密儀器制造等領(lǐng)域。自然界中絕大多數(shù)材料具有熱脹冷縮性質(zhì)，而具有相反性質(zhì)的材料，即負(fù)熱膨脹材料還非常有限，而性能優(yōu)異、具有工程應(yīng)用價(jià)值的負(fù)熱膨脹材料則更是少之又少。目前，人們普遍研宄的氧化物負(fù)熱膨脹材料主要包括LiAlSi04、ZrV2O7, Zrff2O8, Sc2 (WO4) 3、Y2Mo3O12等，但這些材料存在一些問題制約其應(yīng)用。例如ZrW2O8在室溫下為亞穩(wěn)相材料，在150 V左右發(fā)生相變，與其他材料復(fù)合時(shí)易發(fā)生分解；ZrV207在室溫下為3X3X3的超晶胞結(jié)構(gòu)，只有在102 °C以上才轉(zhuǎn)變?yōu)?X1X1的正常結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出負(fù)熱膨脹；A2M3012€列材料只有正交相才具有負(fù)熱膨脹性質(zhì)，一般來說，當(dāng)A3+離子半徑較小(如A=Al、Fe、Cr、In)時(shí)，室溫下結(jié)晶為單斜相，只有在高溫下才轉(zhuǎn)化為正交結(jié)構(gòu)；當(dāng)43+離子半徑較大(4=1^1、￥13、￥)時(shí)，結(jié)晶在室溫下雖然是正交結(jié)構(gòu)，但是其具有較強(qiáng)的吸水性，只有隨著溫度升高完全失去結(jié)晶水后，才表現(xiàn)出負(fù)熱膨脹特性。結(jié)晶水的吸附與釋放同時(shí)引起材料的巨大收縮和膨脹，使結(jié)晶的力學(xué)性能變差，制約其應(yīng)用。
[0003]因此，研發(fā)一種負(fù)膨脹性能穩(wěn)定、工藝簡單、適合規(guī)?；a(chǎn)的新型負(fù)膨脹材料是非常必要并且具有顯著意義的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供了一種負(fù)膨脹性能穩(wěn)定的新型負(fù)熱膨脹發(fā)光材料HfScW2PO12，提供該新型負(fù)熱膨脹發(fā)光材料的固相燒結(jié)合成方法則是本發(fā)明的另一個(gè)目的。
[0005]基于上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種新型負(fù)熱膨脹發(fā)光材料，分子式為:HfScff2P012o
[0006]所述新型負(fù)熱膨脹發(fā)光材料的固相燒結(jié)合成方法，包括以下步驟:
(I)以摩爾比計(jì)，按Hf02:Sc 203:W0 3:P 205=2:1:4:1稱取原料，混合，研磨均勻；(2)將研磨均勻的原料在空氣氣氛中燒結(jié)合成，自然冷卻得到目標(biāo)產(chǎn)物HfScW2PO12，其中，燒結(jié)條件為:溫度 1100-1300 °C，時(shí)間 10 min~7 h。
[0007]進(jìn)一步地，步驟(I)中，研磨前加入無水乙醇，能夠快速均勾地將原料研磨充分。
[0008]進(jìn)一步地，步驟(I)中，研磨時(shí)間為2 h，可使原料得到充分研磨。
[0009]另外，步驟(2)中，燒結(jié)前，可將混合均勻的原料進(jìn)行壓片處理，拿取方便。
[0010]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
1、本發(fā)明提供的新型發(fā)光負(fù)熱膨脹材料HfScW2PO12，在_138~1200°0范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的負(fù)熱膨脹性質(zhì)，且在紫外光的激發(fā)下能發(fā)出白色熒光，具有工程應(yīng)用價(jià)值；
2、使用本發(fā)明提供的固相燒結(jié)合成方法，可一次燒結(jié)完成，反應(yīng)過程簡單，燒結(jié)速度快，反應(yīng)時(shí)間短，在常壓空氣氣氛中燒結(jié)1100~300 °C，燒結(jié)時(shí)間為10 min~7 h，在高溫下原料反應(yīng)充分，制成的產(chǎn)品純度高，適合批量生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0011]圖1為實(shí)施例1合成的HfScW2PO1^ XRD圖譜(1300 °C燒結(jié)10 min)；
圖2為實(shí)施例2合成的HfScW2PO1^ XRD圖譜(1300 °C燒結(jié)3 h)；
圖3為實(shí)施例3合成的HfScW2PO1^ XRD圖譜(1300 °C燒結(jié)7 h)；
圖4為實(shí)施例4合成的HfScW2PO1^ XRD圖譜(1200 °C燒結(jié)4 h)；
圖5為實(shí)施例5合成的HfScW2PO1^ XRD圖譜(1100 °C燒結(jié)5 h)；
圖6為實(shí)施例2合成的HfScW2PO1J^相對長度隨測試溫度(20~1200 V )的變化曲線； 圖7為實(shí)施例2合成的HfScW2PO1J^相對長度隨測試溫度(_138~400 V )的變化曲線；
圖8為實(shí)施例2合成的!1巧(^2?012在325 nm波長紫外光激發(fā)下的熒光照片；
圖9為實(shí)施例2合成的把3(^^012在325 nm波長紫外光激發(fā)下的熒光光譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0013]實(shí)施例1
一種新型負(fù)熱膨脹發(fā)光材料，分子式為:HfScW2P012。
[0014]該新型負(fù)熱膨脹發(fā)光材料的固相燒結(jié)合成方法，包括以下步驟:(1)將分析純試劑 HfO2、Sc203、W03、P2O5按摩爾比 Hf:Sc:ff:P=1:1:2:1，即 HfO 2:Sc 203:W0 3:P 205=2:1:4:1稱取原料，在瑪瑙研缽內(nèi)混合均勻，加入無水乙醇后研磨2 ho
[0015](2)在單軸方向壓強(qiáng)為300 Mpa條件下，將研磨均勻的原料壓片處理，將高溫管式爐的爐溫設(shè)置到1300 °C，待高溫管式爐內(nèi)溫度達(dá)到預(yù)設(shè)溫度并穩(wěn)定后，將裝有樣品的剛玉坩禍放入管式爐，常壓空氣氣氛中燒結(jié)10 min，在空氣中自然冷卻。
[0016]產(chǎn)品對應(yīng)的XRD圖譜見圖1，圖1給出的XRD圖譜中沒有出現(xiàn)原料峰和可能的中間產(chǎn)物峰，表明制備的樣品是純正交相結(jié)構(gòu)的HfScW2PO12。
[0017]實(shí)施例2
與實(shí)施例1不同之處在于:步驟(2)中，常壓空氣氣氛中燒結(jié)3 ho
[0018]產(chǎn)品對應(yīng)的XRD圖譜見圖2，圖2給出的XRD圖譜中沒有出現(xiàn)原料峰和可能的中間產(chǎn)物峰，表明制備的樣品是純正交相結(jié)構(gòu)的HfScW2PO12。
[0019]實(shí)施例3
與實(shí)施例1不同之處在于:步驟(2)中，常壓空氣氣氛中燒結(jié)7 ho
[0020]產(chǎn)品對應(yīng)的XRD圖譜見圖3，圖3給出的XRD圖譜中沒有出現(xiàn)原料峰和可能的中間產(chǎn)物峰，表明制備的樣品是純正交相結(jié)構(gòu)的HfScW2PO12。
[0021]實(shí)施例4
與實(shí)施例1不同之處在于:步驟(2)中，設(shè)置高溫管式爐1200 °C，常壓空氣氣氛中燒結(jié)
4h0
[0022]產(chǎn)品對應(yīng)的XRD圖譜見圖4，圖4給出的XRD圖譜中沒有出現(xiàn)原料峰和可能的中間產(chǎn)物峰，表明制備的樣品是純正交相結(jié)構(gòu)的HfScW2PO12。
[0023]實(shí)施例5
與實(shí)施例4不同之處在于:步驟(2)中，設(shè)置高溫管式爐1100 °C，常壓空氣氣氛中燒結(jié)
5h0
[0024]產(chǎn)品對應(yīng)的XRD圖譜見圖5，圖5給出的XRD圖譜中沒有出現(xiàn)原料峰和可能的中間產(chǎn)物峰，表明制備的樣品是純正交相結(jié)構(gòu)的HfScW2PO12。
[0025]實(shí)施例6性能檢測
圖6和圖7是實(shí)施例2制備的HfScW2PO12其相對長度隨測試溫度的變化曲線，從圖中可以看出，實(shí)施例2合成的HfScW2PO1Jg對長度隨溫度的增加而縮小，表明所制備材料為負(fù)熱膨脹材料。通過計(jì)算得出線性膨脹系數(shù)約為-1.61 X 10_6 0C (20-1200 V)和-2.14X10—6 0C (-138-400 °C )，說明在_138~1200 °〇范圍內(nèi)該材料具有穩(wěn)定的負(fù)熱膨脹性質(zhì)。
[0026]在拉曼光譜儀上對該新型負(fù)熱膨脹發(fā)光材料進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)該材料在325 nm波長紫外光激發(fā)下能發(fā)出白色熒光，照片如圖8所示，說明該材料可作為熒光材料使用，具有工程應(yīng)用價(jià)值。該材料在325 nm波長紫外光激發(fā)下的熒光光譜圖如圖9所示。圖9表明，該材料具有從近紫外到紅光范圍的寬光譜發(fā)光，說明其在白光LED發(fā)光器件中具有應(yīng)用前景。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種新型負(fù)熱膨脹發(fā)光材料，其分子式為:HfScW2P012。
2.權(quán)利要求1所述新型負(fù)熱膨脹發(fā)光材料的固相燒結(jié)合成方法，其特征在于，包括以下步驟:(1)以摩爾比計(jì)，按HfO2-Sc 203:W03:P 205=2:1:4:1稱取原料，混合，研磨均勻；(2)將研磨均勻的原料在空氣氣氛中燒結(jié)合成，自然冷卻得到目標(biāo)產(chǎn)物HfScW2PO12，其中，燒結(jié)條件為??溫度 1100-1300 °C，時(shí)間 10 min~7 h。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述新型負(fù)熱膨脹發(fā)光材料的固相燒結(jié)合成方法，其特征在于，步驟(I)中，研磨前加入無水乙醇。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述新型負(fù)熱膨脹發(fā)光材料的固相燒結(jié)合成方法，其特征在于，步驟(I)中，研磨時(shí)間為2 ho
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型負(fù)熱膨脹發(fā)光材料，屬于無機(jī)非金屬材料領(lǐng)域，分子式為：HfScW2PO12。該新型負(fù)熱膨脹發(fā)光材料的固相燒結(jié)合成方法，包括以下步驟：（1）以摩爾比計(jì)，按HfO2：Sc2O3：WO3：P2O5=2：1：4：1稱取原料，混合，研磨均勻；（2）將研磨均勻的原料在空氣氣氛中燒結(jié)合成，自然冷卻得到目標(biāo)產(chǎn)物HfScW2PO12，其中，燒結(jié)條件為：溫度1100~1300℃，時(shí)間10min~7h。本發(fā)明提供的新型發(fā)光負(fù)熱膨脹材料HfScW2PO12，在-138~1200℃范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的負(fù)熱膨脹性質(zhì)，且在紫外光的激發(fā)下能發(fā)出白色熒光，具有工程應(yīng)用價(jià)值。
【IPC分類】C04B35-495, C04B35-622, C04B35-64
【公開號】CN104844205
【申請?zhí)枴緾N201510196139
【發(fā)明人】梁二軍, 程永光, 袁保合, 葛向紅, 陳冬霞, 晁明舉
【申請人】鄭州大學(xué)
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年4月23日