本發(fā)明屬于無機非金屬材料領(lǐng)域，特別涉及一種新型低熱膨脹材料及其燒結(jié)合成方法、用途。

背景技術(shù)：

熱脹冷縮是自然界普遍存在的一種現(xiàn)象，這對我們的日常生活及科研工作都有著廣泛的影響。一些器件在制備時往往會用到幾種不同的材料，而各類材料的熱膨脹性能若存在一定的差異，則當(dāng)溫度變化時，器件的各個部件之間可能會產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，導(dǎo)致器件的性能指標(biāo)變差，甚至某些小的部件脫落、損壞等。尤其是對一些應(yīng)用環(huán)境面臨較大溫度變化的精密器件，其結(jié)構(gòu)部件的熱膨脹性能尤為重要。為了減少不同材料之間的熱應(yīng)力，必須探索熱膨脹系數(shù)為零或接近零的材料。通過將負(fù)熱膨脹材料與正熱膨脹材料復(fù)合可以制備可控?zé)崤蛎浕蛄闩蛎洸牧?。然而，由于一些?fù)熱膨脹材料制備成本較高，而且存在結(jié)構(gòu)相變和易吸水等現(xiàn)象導(dǎo)致其負(fù)膨脹性能和機械性能變差，因此，研發(fā)一種沒有明顯吸水性、成本較低的新型低熱膨脹材料具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種沒有明顯吸水性、成本較低、且在室溫附近具有低熱膨脹性能的低熱膨脹材料及其燒結(jié)合成方法，同時還提供了其新的用途。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

一種新型低熱膨脹材料，該材料的分子式為k0.55wo3.275。低熱膨脹材料是指線膨脹系數(shù)滿足0<|α|<2×10^-6k^-1的材料。

燒結(jié)合成方法，按以下步驟完成：

（1）首先按摩爾比3∶8稱量k2co3和wo3，研磨，然后將研磨好的粉末在空氣氣氛下加熱至650~700℃，恒溫預(yù)燒結(jié)4~6h，冷卻至室溫后取出；

（2）將預(yù)燒結(jié)得到的粉末再次研磨，然后壓片，在空氣氣氛下加熱至650~700℃，恒溫?zé)Y(jié)4~6h，冷卻至室溫后取出，得到目標(biāo)產(chǎn)物。

較好地，k2co3和wo3均為分析純試劑。

本發(fā)明所述新型低熱膨脹材料不僅可與正熱膨脹材料復(fù)合制備可控?zé)崤蛎洸牧?，還具有新的特性--整流特性，因而具備新的用途，比如可用于制備整流器件（具有整流特性的器件）。

有益效果：

1.本發(fā)明的反應(yīng)原料在反應(yīng)過程中均為固態(tài)，所用材料價格低廉，制備工藝簡單，無污染，適合于工業(yè)化生產(chǎn)；

2.本發(fā)明產(chǎn)品在室溫附近（332~362k）具有低熱膨脹的性質(zhì)，由300k升高到500k的過程中無明顯吸水性；

3．本發(fā)明產(chǎn)品具有新的特性--整流特性，因而具備新的用途，比如可用于制備整流器件，具有廣闊的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1：實施例1制備的k0.55wo3.275的元素分析圖譜。

圖2：實施例1制備的k0.55wo3.275的室溫xrd圖譜。

圖3：實施例1制備的k0.55wo3.275的相對長度隨溫度變化的曲線。

圖4：實施例1制備的k0.55wo3.275的變溫xrd圖譜。

圖5：實施例1制備的k0.55wo3.275的體積v隨溫度變化的曲線。

圖6：實施例1制備的k0.55wo3.275的相對質(zhì)量隨溫度變化的曲線。

圖7：使用實施例1制備的k0.55wo3.275制成的cu/k0.55wo3.275/al器件的i-v曲線。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步解釋說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此。

實施例1

新型低熱膨脹材料k0.55wo3.275的燒結(jié)合成方法，按以下步驟完成：

（1）首先按摩爾比3∶8稱量k2co3和wo3，放到研缽內(nèi)研磨，然后將研磨好的粉末放在氧化鋁坩堝中，并置于燒結(jié)爐中在空氣氣氛下加熱至650℃，恒溫預(yù)燒結(jié)4h，隨爐冷卻至室溫后取出，得到白色的粉末；

（2）將預(yù)燒結(jié)得到的白色粉末再次放到研缽內(nèi)研磨，用壓片機將研磨好的白色粉末壓制成直徑10mm、高5mm的圓柱體，然后置于燒結(jié)爐中在空氣氣氛下加熱至700℃，恒溫?zé)Y(jié)4h，隨爐冷卻至室溫后取出，得到白色的目標(biāo)產(chǎn)物，取樣送去測試。

圖1是使用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（icp-aes）測得的本實施例制備的樣品k0.55wo3.275的元素分析圖譜，由該圖譜可計算出樣品中k和w的原子比值為0.55:1，而名義配比中k和w的比值為0.75：1，k含量的減少可能是由于在制備的過程中k容易揮發(fā)造成的。

圖2是本實施例制備的樣品k0.55wo3.275的室溫x射線衍射（xrd）圖譜，通過物相分析可知，xrd圖譜中沒有雜質(zhì)相和原料的峰，而且所有的衍射峰都可以用一個單斜晶胞指標(biāo)化，晶胞參數(shù)為a=15.9751?,b=7.7309?,c=10.9380?，β=108.4723?。

圖3是使用熱膨脹儀測得的本實施例制備的樣品k0.55wo3.275的相對長度隨溫度變化的曲線。由圖3可知樣品在室溫附近（332~362k）具有低熱膨脹的性質(zhì)，在此溫區(qū)的宏觀線熱膨脹系數(shù)為1.54×10^-6k^-1。

由圖1~圖3的結(jié)果可知，通過本發(fā)明可以成功制備出新型低熱膨脹材料k0.55wo3.275。

圖4是采用變溫x射線衍射儀測得的本實施例制備的樣品k0.55wo3.275的變溫xrd圖譜。通過物相分析可知，當(dāng)溫度在153~573k范圍內(nèi)變化時，樣品晶體結(jié)構(gòu)類型保持不變，始終為純的單斜相，晶體結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生相變。

根據(jù)圖4的測量結(jié)果，可以計算出不同溫度下的晶胞參數(shù)，并由晶胞參數(shù)計算得到樣品k0.55wo3.275本征的體積v隨溫度變化的曲線，如圖5所示。通過比較可知：圖5中樣品本征的體積隨溫度變化的趨勢與圖3中由熱膨脹儀測得的樣品的相對長度隨溫度變化的趨勢基本一致。

表1列出了由圖3和圖5分別計算得到的樣品k0.55wo3.275的宏觀線熱膨脹系數(shù)以及本征線熱膨脹系數(shù)。由表1可知：樣品k0.55wo3.275在332~362k之間的宏觀線熱膨脹系數(shù)與本征線熱膨脹系數(shù)分別為1.54×10^~6k^-1和1.01×10^~6k^-1，兩者基本一致，這表明樣品在室溫附近（332~362k）具有低熱膨脹的性質(zhì)。

使用同步熱分析儀測得本實施例制備的樣品k0.55wo3.275的相對質(zhì)量隨溫度的變化情況，如圖6所示，在測試溫度由300k升高到500k的過程中，發(fā)現(xiàn)樣品的相對質(zhì)量只增加了2.2%，沒有失重的現(xiàn)象，表明樣品沒有明顯吸水性。

另外，利用本實施例制備的樣品k0.55wo3.275可以利用旋涂法制備成cu/k0.55wo3.275/al器件。具體制備過程為：首先在清洗干凈的玻璃片上粘一層鋁箔做為下電極，用砂紙打磨平整，并用去離子水清洗干凈；將k0.55wo3.275與松油醇按質(zhì)量比1:1均勻混合，利用旋涂法在3000r/min的轉(zhuǎn)速下旋涂20s，在鋁箔上制備一層均勻的k0.55wo3.275薄膜，并將一塊清洗干凈的銅箔輕輕覆蓋在薄膜表面；將此結(jié)構(gòu)放在干燥箱中在90℃和空氣氣氛下干燥1h即可。其i-v曲線如圖7所示，由其i-v曲線可以看出cu/k0.55wo3.275/al器件具有明顯的整流特性，可以用于制造阻變存儲器（rram）。

實施例2

與實施例1的不同之處在于：步驟（1）中，在650℃恒溫預(yù)燒6h。

實施例3

與實施例1的不同之處在于：步驟（2）中，在700℃恒溫?zé)Y(jié)6h。