[發明專利]一種錳氮化合物-碳納米管復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310376982.X
• 申請日: 2013-08-27
• 公開（公告）號: CN103468225A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 嚴學華;劉佳琪;繆進進;吳肖;程曉農;劉夢璐;邢鶴馨
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C09K5/14
• 分類號: C09K5/14;H01B1/00;H01B1/04
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

????本發明涉及負熱膨脹材料或零膨脹材料，特指一種Mn₃(Zn_1-xSn_x)N/CNTs復合材料，?x=0.1~0.5，該類復合材料在室溫附近具有近零或者負熱膨脹特性，且隨著x值的變化，所制備的復合材料的平均線熱膨脹系數在一定的溫區范圍內可控，該類材料具有良好的導電導熱性能，也具有良好的機械性能，因此在航空航天，光學元件，微電子器件，光纖通訊等領域具有廣闊的應用前景。

背景技術

????材料的熱膨脹性能是材料科學研究關注的焦點之一，它對于一些特殊環境中工作的高精度儀器有很大的影響，如：天文望遠鏡、激光器、精密光學鏡面及襯底、光學顯微鏡光柵受溫度影響后發生熱脹冷縮，精密度降低，在低溫工程領域，設備在室溫或者高溫到低溫之間的溫度變化時，如果設備中的材料之間熱膨脹系數不匹配，設備的性能將會受到很大的影響，因此，研究負熱膨脹或零膨脹材料一直是低溫工程和精密儀器領域所要關注的熱點。

????目前已發現具有負熱膨脹或零膨脹性能的材料很多，主要分為兩大類：（1）主要是一些分子式為AM₂O₈的氧化物材料，如Sleight等人發現的ZrW₂O₈和HfW₂O₈，此類材料雖然在很寬的溫區內有負熱膨脹性能，但是由于存在制備工藝復雜，成本高，機械強度低等缺點，應用存在一定的局限性；（2）主要是一類晶體結構為反鈣鈦礦型的錳氮化合物，如Mn₃(Cu_1-xGe_x)N、Mn₃(Zn_1-xGe_x)N、Mn₃(Cu_1-xSn_x)N以及Mn₃(Zn_1-xSn_x)N等，此類材料的負熱膨脹系數很大，且具有良好的導電導熱性能和磁學性能，但是這種材料只在材料的磁性轉變溫度（奈爾溫度）附近有負熱膨脹性能，且其作為單一的氮化物而言，力學性能也較差，因而應用范圍也有限；而我們采用簡單的固相反應合成法制備的復合材料Mn₃(Zn_1-xSn_x)N/CNTs，通過調整x值和碳納米管（CNTs）的含量，可以有效地改善錳氮化合物的性能，當x=0.3，Mn₃(Zn_0.7Sn_0.3)N與CNTs質量比為100:5時，在溫度區間為298-324K，其平均線膨脹系數為-2.79×10^-6/K，硬度為HV468；而Mn₃(Zn_0.7Sn_0.3)N與CNTs質量比為100:3時，在溫度區間為298-316K，其平均線膨脹系數近似于0，即為零膨脹材料，硬度為HV400，所以，我們所制備的復合材料具有負熱膨脹或零膨脹性能，且復合材料的硬度與Mn₃(Zn_1-xSn_x)N單質的硬度（HV400）相比略有提高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種Mn₃(Zn_1-xSn_x)N/CNTs復合材料，通過調整其中x的值和碳納米管的含量，實現復合材料具有負熱膨脹或零膨脹，該材料可用于航空航天，微電子器件，光信息傳播器件和建筑材料等領域。

本發明一種復合材料，其分子式為Mn₃(Zn_1-xSn_x)N/CNTs，Mn₃(Zn_1-xSn_x)N由Mn，Zn，Sn，N組成，其x＝0.1~0.5，其晶體結構為反鈣鈦礦立方結構，CNTs為多壁碳納米管，錳氮化合物與CNTs的質量比分別為100:1~100:5。