【摘 要】
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热胀冷缩是自然界中的一种普遍现象,“热缩冷胀”这一反常物理现象则比较少见。到目前为止发现的负热膨胀化合物还非常有限,特别是在宽温区具有优异负热膨胀性质和应用价值的负热膨胀材料则更为罕见。由于过去发现的一些材料只在很低温度下并且很小的温度区间内具有负热膨胀（NTE）性质,不具有应用价值而未被充分重视。因此对负热膨胀这一反常物理现象的认识还非常有限。本文合成了几种在较宽的温度范围内没有相变,没有吸水性
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热胀冷缩是自然界中的一种普遍现象,“热缩冷胀”这一反常物理现象则比较少见。到目前为止发现的负热膨胀化合物还非常有限,特别是在宽温区具有优异负热膨胀性质和应用价值的负热膨胀材料则更为罕见。由于过去发现的一些材料只在很低温度下并且很小的温度区间内具有负热膨胀（NTE）性质,不具有应用价值而未被充分重视。因此对负热膨胀这一反常物理现象的认识还非常有限。本文合成了几种在较宽的温度范围内没有相变,没有吸水性并且具有光致发光性能的多功能低膨胀（LTE）的功能陶瓷材料。1.利用固相烧结法成功合成了Zr0.5Hf0.5V2-xPxO7（0≤x≤1.2）固溶体并对其特性进行了研究,合成的Zr1-xHfxV2O7固溶体具有Pa立方相结构,通过Hf4+/P5+离子共掺杂使得材料具有更小的热膨胀系数,当P5+掺杂大于0.6时,固溶体3×3×3的超结构消失。Zr0.5Hf0.5VPO7从室温附近到573K较宽的温度范围内的线性热膨胀系数为-0.53×10-6K-1,表现出稳定的近零热膨胀特性。受电负性和离子半径的影响,Zr0.5Hf0.5V2-xPxO7固溶体的正负热膨胀的转变温度随着离子掺杂量的增加先降低后升高。烧结合成的样品由结晶度较好的多面体组成,双离子掺杂有效地降低材料的孔隙率,使材料颗粒更加均匀,有效地提高烧结样品的致密性。由于固溶体内部微结构的影响造成了膨胀仪实验结果与变温X射线衍射结果存在一定的差距。Zr0.5Hf0.5VPO7具有的近零膨胀（NZTE）特性使其在复合材料方面更具有应用潜力,也为热膨胀系数可控的材料合成提供了研究基础。2.采用传统的固相合成方法合成了新型功能材料ZrxAl2-xMo3-xVxO12,对材料在较宽温度范围内的膨胀特性进行分析。研究发现只有当x≤0.5时,样品为单一晶相的单斜相（P21/a）,随着掺杂离子的增加会导致Zr Mo2O8和Al2Mo3O12的出现。Zr0.1Al1.9Mo2.9V0.1O12在460K附近发生从单斜相到正交相的相变,从460K到781K的温度范围内的线性膨胀系数为1.51×10-6K?,在较宽的温度范围内具有低膨胀特性。Zr4+离子和V5+离子掺杂有效的调整了ZrxAl2-xMo3-xVxO12的相变温度,从单斜相向正交相转变的温度随Zr4+和V5+含量的增大而降低。ZrxAl2-xMo3-xVxO12在最佳激发波长295 nm紫外光照射下,从370 nm到650 nm的范围内发出很强的光,几乎覆盖了整个可见光区域,光致发光的中心位置在530nm。这种n型和p型杂质的共掺杂效应赋予了该化合物独特的光电性质,为其在LED等光电器件中的应用奠定了基础。3.利用传统的固相烧结的方法合成了具有发光特性的新型功能材料ZrxY2-xMo3-xPxO12（0≤x≤0.5）,对材料的吸水性,膨胀特性和发光特性进行了研究,研究发现Zr4+离子和P5+离子的双离子替换有利于排除Y2Mo3O12晶体中的结晶水,降低材料的吸水性并且有效的调控了晶体的膨胀系数。Zr0.4Y1.6Mo2.6P0.4O12从300K到573K的温度范围内线性膨胀系数为1.82×10-6K?,在较宽的温度范围内具有低膨胀特性。结构分析表明当x≤0.5时形成了具有Pbcn结构的正交相（No.60）。随着Zr4+/P5+离子含量的增加,结晶水的数量显著减小,这为解决Y2Mo3O12的吸水问题提供了一条解决路径。并且Zr4+和P5+离子的掺杂使材料具有优异的光致发光性能,材料的这些特性使其在LED和其他光电子器件中具有潜在的应用前景。
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