[發(fā)明專利]一種具有高紅外屏蔽性能的摻雜鎢青銅粉體及其合成方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510272208.3
• 申請(qǐng)日: 2015-05-25
• 公開（公告）號(hào): CN104944471A
• 公開（公告）日: 2015-09-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李銳星;汪庭語(yǔ);才鴻年
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): C01G41/00
• 分類號(hào): C01G41/00;B82Y30/00
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 李有浩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鎢青銅材料，更特別地說(shuō)，是指一種具有高紅外屏蔽性能的摻雜鎢青銅粉體及其合成方法。

背景技術(shù)

鎢青銅是一類典型的非化學(xué)計(jì)量化合物，其化學(xué)式可以寫為M_xWO₃，M通常是堿金屬，x值介于0至1之間。鎢青銅一般具有金屬光澤和特殊的顏色。M的品種和x數(shù)值的變化，可使它具有導(dǎo)體或半導(dǎo)體性質(zhì)。近年來(lái)，這種具有混合價(jià)態(tài)鎢離子的化合物，作為一種新的紅外屏蔽材料，引起了一些研究者的關(guān)注。

針對(duì)鎢青銅的紅外屏蔽性能，現(xiàn)階段大部分研究的對(duì)象主要是分子式為M_xWO₃的單一體系的鎢青銅。隨著研究的深入，各種復(fù)雜體系的鎢青銅可能將逐漸成為重點(diǎn)。復(fù)雜的體系可以通過(guò)摻雜的方法，或者制備孔道中含有多種M陽(yáng)離子的復(fù)合鎢青銅來(lái)構(gòu)建。相比單一體系的鎢青銅，復(fù)雜的體系會(huì)帶來(lái)晶體結(jié)構(gòu)的變化，有可能產(chǎn)生更多的晶體缺陷。缺陷一方面會(huì)破壞顆粒表面的連續(xù)性，使表面等離子體的局域化增強(qiáng)，而表面等離子體共振是鎢青銅產(chǎn)生紅外吸收的原因之一。另一方面，還可能從內(nèi)部改變鎢青銅孔道的尺寸和結(jié)構(gòu)，引起諸如切變一類的晶格畸變現(xiàn)象。孔道結(jié)構(gòu)的變化則可能引入更多的M陽(yáng)離子，進(jìn)而提高自由載流子濃度，而自由載流子濃度會(huì)影響鎢青銅的紅外屏蔽性能。

水熱反應(yīng)過(guò)程是指在一定的溫度和壓力下，在水、水溶液或蒸汽等流體中所進(jìn)行有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的總稱。水熱反應(yīng)依據(jù)反應(yīng)類型的不同可分為水熱氧化、水熱還原、水熱沉淀、水熱合成、水熱水解、水熱結(jié)晶等。

氫還原法，在高溫下用氫將金屬氧化物還原以制取金屬的方法。與其他方法(如碳還原法、鋅還原法等)相比，產(chǎn)品性質(zhì)較易控制，純度也較高。

發(fā)明內(nèi)容

為了提高分子式為M_xWO₃的鎢青銅紅外屏蔽性能，本發(fā)明采用水熱—熱還原法制備具有棒狀結(jié)構(gòu)的摻雜鎢青銅粉體。該摻雜鎢青銅粉體直徑為10nm～200nm，所用摻雜元素為鉬，鉬/鎢摩爾比為0.005～0.05。制得的該摻雜鎢青銅粉體有鈉鎢青銅粉體和鉀鎢青銅粉體。

本發(fā)明提出了一種具有高紅外屏蔽性能的摻雜鎢青銅粉體及其合成方法，所述的合成方法包括有水熱反應(yīng)和氫還原反應(yīng)兩步；其特征在于：

第一步：水熱反應(yīng)

步驟11，制備混合溶液；

稱取一定量鎢酸鹽、硫酸鹽和鉬酸鹽，溶于去離子水中，得到混合溶液；

用量：混合溶液中鎢酸鹽濃度為0.05mol/L～0.2mol/L，硫酸鹽濃度為0.05mol/L～0.5mol/L。按0.005～0.05的鉬/鎢摩爾比加入鉬酸鹽；

步驟12，制備含鉬的鎢酸鹽化合物；

先用10vol.％的稀硫酸調(diào)節(jié)混合溶液的pH值至1.4～1.7后，倒入擁有聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜中；

然后，將反應(yīng)釜放入電熱干燥箱中，以2～5℃/min的速率加熱至反應(yīng)溫度200℃～240℃，反應(yīng)釜釜內(nèi)溫度為200℃～240℃、壓力為1～5MPa條件下，反應(yīng)20h～40h后，待反應(yīng)釜冷卻后，取出沉淀物；

然后用去離子水和乙醇依次清洗沉淀物，并在50℃～80℃下干燥10h～24h，得到含鉬的鎢酸鹽化合物；

第二步：氫氣還原反應(yīng)制鉬摻雜的鎢青銅粉體

將含鉬的化合物放入管式爐中，以2～5℃/min的速率加熱至反應(yīng)溫度450℃～550℃；加熱過(guò)程中需持續(xù)通入氮?dú)猓?/p>

當(dāng)達(dá)到反應(yīng)溫度450℃～550℃時(shí)，持續(xù)通入氫氣，在H₂/N₂的氣氛條件下進(jìn)行充分還原0.5h～2h，反應(yīng)結(jié)束，此時(shí)仍需通入氮?dú)猓乐巩a(chǎn)物氧化；待爐內(nèi)溫度冷卻至室溫后，取出產(chǎn)物，得到鉬摻雜的鎢青銅粉體。

本發(fā)明采用水熱—熱還原法制備具有棒狀結(jié)構(gòu)的摻雜鎢青銅粉體的優(yōu)點(diǎn)在于：

①制得的具有棒狀結(jié)構(gòu)的摻雜鎢青銅粉體的直徑為10nm～200nm。

②制得的具有棒狀結(jié)構(gòu)的摻雜鎢青銅粉體的紅外屏蔽性能提高了30％～70％。

③在水熱—熱還原過(guò)程中，通過(guò)控制升降或降溫速率、以及還原反應(yīng)溫度，有利于摻雜鎢青銅粉體的高產(chǎn)率。

④與傳統(tǒng)的用金納米微粒相比，本發(fā)明選用的原料成本較低。在醫(yī)用光熱治療中，本發(fā)明制得的摻雜鎢青銅粉體可以作為低成本的替代產(chǎn)品。

⑤與傳統(tǒng)的氧化銦錫相比，本發(fā)明選用的原料成本較低。在隔熱玻璃應(yīng)用中，本發(fā)明制得的摻雜鎢青銅粉體可以作為低成本的替代產(chǎn)品。

附圖說(shuō)明

圖1是實(shí)施例1制得含鉬的鎢酸鈉化合物的XRD譜圖。