Nb14W3O44和ZrNb2WO10负热膨胀性能研究

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Nb14W3O44以其本身原子排列具有非常规则的4×4正八面体结构特性而引起关注,曾有人报道过关于锂钠原子嵌入到Nb14W3O44块状结构材料而改变其电压的报道。但是材料的热性能尚未报道,近来,首次发现Nb14W3O44在RT-433K具有负热膨胀性。本文主要研究Nb14W3O44的负热膨胀特性,并对其进行表征。随后,对另一种材料ZrNb2WO10也进行了简单的介绍,具体如下:1.通过固相烧结法烧结样品Nb14W3O44,将素胚直接放入高温炉中,从室温升至1523K温度烧结12h自然降温得到最终样品。Nb14W3O44为四方相结构,通过扫描电镜观察其微观组织可知样品为均匀分布的多面体颗粒,颗粒大小2-8μm。通过膨胀仪测出膨胀曲线,得出在RT-433K温度曲间具有稳定负膨胀性,通过拟合计算得出在RT-433K温度区间膨胀系数约为-7.12×10-6/K。2.对烧结好的Nb14W3O44进行变温XRD测试,对测试出的不同温度下的XRD数据Powder X指标化数据处理,得出不同温度下的晶格常数,将计算好的晶格点连成线,得出a、b轴随着温度的增加而增加,c轴随着温度的增加而减小,体积的变化趋势与膨胀曲线一致,对RT-433K温度区间进行拟合计算得出本征体膨胀系数为-4.27×10-6/K。3.通过膨胀曲线可以看出,样品在433K后膨胀曲线发生变化,样品逐渐由负转为正,通过变温XRD、变温拉曼得出膨胀曲线433K左右的拐点为材料相变点,并通过变温XRD分析得出433K左右发生的相变是由于空间群的结构变化所引起的(四方相的I-4群转化为四方相的P-4群)。4.分析得Nb14W3O44产生负膨胀的机理可用刚性单元模型的耦合旋转进行解释。当温度升高时,占据八面体顶角的桥氧原子的横向振动使八面体之间发生耦合旋转,进而使八面体中心的金属原子之间的距离缩短,总体积减小,宏观上表现为负热膨胀特性。这一特性的发现可能会对其在锂钠电池研究方面做出特殊的贡献。5.通过固相烧结法烧结样品ZrNb2WO10,将素胚直接放入高温炉中,从室温升至1523K温度烧结12h自然降温得到最终样品。通过膨胀仪测出膨胀曲线,得出在RT-433K温度曲间具有稳定负膨胀性,通过拟合计算得出在RT-433K温度区间膨胀系数约为-2.98×10-6/K,通过对样品室温XRD进行分析,发现生成物为Nb14W3O44、Nb2Zr6O17两种材料混合物。
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