负热膨胀材料的研究与应用进展

总结近年来国内外文献,介绍了负热膨胀材料的定义、分类标准,归纳了具有代表性的负热膨胀材料的几大系列,以ZrW2O8为例介绍了负热膨胀材料的几种常用的合成方法以及影响热膨胀系数的因素, 指出了负热膨胀材料潜在的应用领域,并对负热膨胀材料的发展趋势和应用前景进行了预测.     

ZrW2-xMoxO8晶体结构及热膨胀性能

采用共沉淀法,以硝酸氧锆、钨酸铵和钼酸铵为原料制备了纯度较高的ZrW2-xMoxO8粉体,分别采用热重-差热和X射线衍射分析了W/Mo摩尔比对ZrW2-xMoxO8的结晶行为、晶体结构以及热膨胀性能的影响.结果表明:Mo的掺杂不会影响其热膨胀性能,所得ZrW2-xMoxO8均具有良好的负热膨胀特性,而ZrW2-xMoxO8的室温晶胞参数和合成温度均随着Mo取代量的增加而降低.x<0.5时,ZrW2-xMoxO8室温晶体结构为α-ZrW2O8相,ZrW2O8由氧化物原料在高温反应生成.高温XRD结果表明:ZrW2O8和ZrW1.5Mo05O8在高温会发生α-β相变,负热膨胀系数随之发生明显变化;当x≥0.5时,ZrW2-xMoxO8则由其对应的三方相或单斜相在高温转变而成,如果其室温相为β相,则在高温转变为不具负热膨胀特性的三方相.     

新型负膨胀系数材料ZrW2O8的合成与特性

ZrW2O8是新发现的由0.3K至分解温度1050K都具有各向同性的负热膨胀化合物，但由于其分解温度和窄的热稳定范围反应合成相当困难。本文综述了氧化物直接合成、微波合成和溶胶－凝胶法制备ZrW2O8以及单晶ZrW2O8的生长方法，讨论了ZrW2O8的特性，介绍了其负膨胀机理和潜在的应用。     

ZrW_2O_8的负热膨胀特性表征

以分析纯ZrO2和WO3为原料,采用分步固相法合成负热膨胀ZrW2O8粉体和陶瓷.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对产物结构及形貌进行表征,采用3种不同的方法测得ZrW2O8负热膨胀系数,研究了不同测量方法对ZrW2O8负热膨胀系数测量的影响.研究结果表明:合成的产物为单一的立方晶体结构的α-ZrW2O8,采用高温X射线衍射和Power X软件测得样品从室温至600 ℃范围内的平均热膨胀系数为-5.605×10-6 K-1;而采用热膨胀仪测得从室温至600 ℃范围内ZrW2O8陶瓷棒和冷压成型ZrW2O8粉体棒的平均热膨胀系数分别为-10.709×10-6 K-1和-4.490×10-6 K-1,测试方法、致密度和微观结构对样品的负热膨胀系数均有影响.     

新型负膨胀系数材料ZrW2O8的合成与特性

ZrW2 O8 是新发现的由 0 3K至分解温度 1 0 5 0K都具有各向同性的负热膨胀化合物 ,但由于其分解温度和窄的热稳定范围反应合成相当困难 .本文综述了氧化物直接合成、微波合成和溶胶 -凝胶法制备ZrW2 O8以及单晶ZrW2 O8的生长方法 ,讨论了ZrW2 O8的特性 ,介绍了其负膨胀机理和潜在的应用     

一种负热膨胀性材料的物相结构分析

用高温固相反应法制备了一种负热膨胀性材料 ,经X射线衍射分析证明为单一物相ZrW2 O8,进而确定了ZrW2 O8为简单立方晶系 .精化的晶胞参数a =0 .92 2 0 0nm ,计算了单位晶胞中含有的ZrW2 O8分子数目Z =4以及平均晶粒尺寸D =79nm、单位晶胞体积V =0 .78378nm3和比表面积S =1.4 9× 10 5cm2 / g等结构参数     

固相法合成负热膨胀性粉体ZrW2O8

以分析纯ZrO2和WO3为原料,用固相法制备了负热膨胀材料ZrW2O8粉体.以X射线粉末衍射、扫描电子显微镜分别对粉体进行物相分析和形貌观测;通过高温X射线衍射以及Powder X软件计算不同温度下的晶胞参数,从而确定热膨胀系数.结果表明经1 220℃保温3 h制备出的高纯度ZrW2O8粉体为单一立方结构,平均粒径为0.5μm;ZrW2O8粉体有显著的负热膨胀特性,在室温到150℃范围内,所得ZrW2O8粉体热膨胀系数为-11.58×10-6K-1;200～500℃范围内,热膨胀系数为-3.77×10-6K-1;在整个温度范围内平均热膨胀系数为-6.31×10-6K-1.     

环氧树脂/ZrW2O8封装材料的制备及其性能

将负热膨胀材料ZrW2O8粉体按一定质量比例与E-51环氧树脂混合,制备电子封装材料.测定了不同比例下封装材料的线膨胀系数、玻璃化温度、抗拉与弯曲强度、吸湿率和耐腐蚀性能.研究结果表明:采用超声波处理,可使ZrW2O8粉体均匀分散在环氧树脂E-51基体中.随着ZrW2O8质量分数的增加,封装材料的线膨胀系数下降,玻璃化温度升高,拉伸、弯曲强度与抗吸湿性提高;当ω(E-51)∶ω(ZrW2O8)=3∶2时,封装材料的耐酸性腐蚀较好,而耐碱性腐蚀的能力较差.     

负膨胀材料ZrW2O8的新制备方法及拉曼光谱研究

以ZrOCl2.8H2O、WO3和浓氨水为原料,采用化学沉淀法制备ZrW2O8陶瓷,通过XRD、拉曼光谱和热膨胀仪等分析手段对产物结构进行表征.结果表明,采用化学沉淀法在温度1473 K～1523 K,时间50～240 min内可以制备出具有较高纯度的ZrW2O8.变温拉曼光谱进一步表明,ZrW2O8的负热膨胀与低波数的声子模有关,另外高频光学声子模对其负热膨胀也有贡献.     

α-ZrW_2O_8/Cu复合材料的制备、微观结构和致密度

采用粉末冶金法制备了ZrW2O8/Cu复合材料.将所制备的ZrW2O8/Cu复合粉体在300～600 MPa压制成型,在H2和N2惰性还原混合气氛下600 ℃烧结2 h后获得含有不同体积分数α-ZrW2O8的α-ZrW2O8/Cu复合材料.XRD分析结果表明,在ZrW2O8表面包覆铜后进行烧结和后热处理所获得的α-ZrW2O8/Cu复合材料中,未发现因热应力产生的γ-ZrW2O8和杂相,有效减小了因ZrW2O8相变而导致其负热膨胀效应的降低.研究结果表明,α-ZrW2O8能均匀分布在Cu基体中.随着压力的提高和Cu的增加,复合材料的致密度提高至88.9%.     

NTE化合物-ZrW1.4 Mo0.6O8前驱物法合成及四方相的表征

本文用前驱物法合成了热致收缩(NTE)化合物ZrW1．4Mo0．6O8的四方相，该相为低温介稳相且尚未见公开报道．对其进行了X射线衍射(XRD)分析和指标化．并用透射电镜(TEM)技术观察了标题产物的形貌．     

ZrW0.8Mo1.2O8四方相的微波法合成及其表征

文章分别用微波法和前驱物法合成了ZrW0.8Mo1.2O8的四方相，该相尚未见公开报道．对其进行了XRD分析和指标化．对比了两种合成方法和合成产物的形貌，阐明了微波合成的优越性。     

锂离子电池LiNiO_2正极材料的高温固相合成①及其影响因素研究

采用高温固相法合成了LiNiO2,XRD确定了合成物的结构,用SEM表征LiNiO2粉体的形貌.探讨了反应条件:包括原材料、Li/Ni摩尔比、烧结气氛和温度对产物结构和性能的影响,从而优化了LiNiO2的合成工艺.在空气中合成只能得到Li2Ni8O10相,在O2中才能得到LiNiO2相,所得LiNiO2的电化学性能明显优于所得Li2Ni8O10.合成电化学性能良好的LiNiO2需要稍过量的锂和在氧气中600℃恒温3h,720℃恒温6h,合成过程中得预热处理,解决了低温下反应速度慢,高温下易于烧结而难于控制产物粒径的问题.分析了采用固相配位法合成LiNiO2失败的原因.     

化学反应对半金属CrO_2颗粒表面势垒影响的研究(九)

介绍了一种有效的方法,通过强氧化剂KMnO4与半金属CrO2颗粒表面的Cr2O3绝缘层反应,系统地研究了不同表面势垒性质的CrO2颗粒电磁性能.实验结果表明,随着化学反应时间的增加,电阻率出现显著的下降,比磁化强度σ在反应时间为10min时出现极大值.通过XRD、XPS对处理后样品晶格结构及表面成分的分析,表明经KMnO4反应后,CrO2颗粒表面Cr2O3绝缘层被有效地去除了.同时,为改善CrO2颗粒表面性质提供了有效的实验途径.     

Effect of sintering temperature on the physical properties and electrical contact properties of doped AgSnO_2 contact materials

AgSnO_ 2 electrical contact materials doped with Bi_2O_3,La_2O_3,and TiO_2 were successfully fabricated by the powder metallurgy method under different initial sintering temperatures.The electrical conductivity,density,hardness,and contact resistance of the Ag Sn O_2/Bi_2O_3,AgSnO_2/La_2O_3,and AgSnO_2/Ti O_2 contact materials were measured and analyzed.The arc-eroded surface morphologies of the doped AgSnO_2 contact materials were investigated by scanning electron microscopy(SEM).The effects of the initial sintering temperature on the physical properties and electrical contact properties of the doped AgSnO_2 contact materials were discussed.The results indicate that the physical properties can be improved and the contact resistance of the AgSnO_2 contact materials can be substantially reduced when the materials are sintered under their optimal initial sintering temperatures.     

层状化合物K_(0.81)Li_(0.27)Ti_(1.73)O_4的氢离子交换反应与胺剥层反应

采用固相法合成层状化合物K0.81Li0.27Ti1.73O4,考察不同原料配比、反应时间及反应温度等条件对其氢离子交换反应和有机胺插层剥层反应的影响.结果表明:在0.1～14mol/L的HNO3溶液中K0.81Li0.27Ti1.73O4均可以通过氢离子交换生成H1.08Ti1.73O4·H2O固体钛酸,若反应温度高,则产物容易转变成TiO2.合适的氢离子交换条件是:室温下浸泡4～7d,n(HNO3)∶n(KLiTiO)=10～20,c(HNO3)=1～10mol/L.在正丙胺(n-PA)和正丁胺溶液中H1.08Ti1.73O4·H2O均可以进行插层剥层反应.反应温度高和有机胺与H1.08Ti1.73O4·H2O的物质的量比过小都容易使生成物转变成TiO2相.理想的插层剥层反应条件为:120℃,反应1d,n(n-PA)∶n(HTiO)=20～100.     

Dy_2O_3改性YSZ相稳定性及熔盐腐蚀行为

以固相烧结法制备不同含量Dy_2O_3掺杂的YSZ陶瓷材料(DYSZ),通过XRD和SEM等表征手段研究了DYSZ材料的相稳定性及熔盐腐蚀行为.结果表明:在1500℃热处理24 h后,Dy_2O_3摩尔分数为6%的DYSZ材料有少量单斜相出现,随着掺量的增加,材料表现良好的相稳定性;在低温老化处理过程中,DYSZ材料具有较8YSZ材料更好的相稳定性.在熔盐腐蚀条件下,稳定剂Dy_2O_3优先析出与V2O5熔盐反应生成DyVO4,造成t/c-ZrO2向单斜相转变,相变应力及腐蚀产物生成与不规则生长造成材料的开裂失效.     

氧气在黄铁矿上的还原机理及黄药的影响

采用旋转盘-环电极及他种电化学处理方法,研究氧气(O_2)在黄铁矿表面的还原机理,实验结果表明:在pH值为9.1的0.05MNa_2B_4O_7溶液中,氧气在黄铁矿表面还原时,用或不用黄药,都分两步进行,有中间产物O_(?)和O~(2-)_(?),反应电子数n_((?)1)=n_(e2)=2,黄药的存在能加速氧气被黄铁矿表面吸附及还原作用。     

碳包覆改性尖晶石型LiMn_2O_4正极材料研究进展

尖晶石型LiMn_2O_4正极材料因其高电压、低成本、高安全性等优点被广泛研究和应用,但其充放电过程中Li~+的嵌/脱会伴随着锰的溶解、电解液的腐蚀和Jahn-Teller效应等问题,使得电化学性能变差.表面包覆和离子掺杂是有效改善LiMn_2O_4容量衰减和提高其循环稳定性的主要方法.其中,表面包覆材料通常有各类碳材料、氧化物、氟化物、金属单质和磷酸盐等.综述了不同碳源和方法对LiMn_2O_4进行碳包覆后的性能影响,展望了碳包覆对LiMn_2O_4正极材料未来的研究方向与发展前景.