碳化物和氮化物的固相合成、表征與性能研究.pdf

1、在調(diào)研碳化物和氮化物的制備中發(fā)現(xiàn)碳化物和氮化物傳統(tǒng)合成溫度較高，本論文探索在溫和的條件下合成了金屬碳化物和氮化物納米材料，并初步研究了材料的相關性能。其主要工作內(nèi)容概括如下：
　　 1.金屬氧化物作為金屬源用來制備金屬碳化物具有著原料便宜，操作簡單，我們選擇了不同的碳源（碳化鈣和廢棄的聚四氟乙烯）作為碳源，在金屬還原劑的輔助下合成了一系列的過渡金屬碳化物。
　　 600℃下在不銹鋼反應釜內(nèi)采用過渡金屬氧化物（二氧化鈦，五

2、氧化二釩，三氧化鉬）為金屬源，碳化鈣作為碳源與金屬鎂粉合成出一系列過渡金屬碳化物（碳化鈦，碳化釩，碳化鉬）納米晶。另外，利用金屬鈉作為還原劑，與廢棄的聚四氟乙烯和過渡金屬氧化物（二氧化鈦，五氧化二鈮，五氧化二釩，三氧化鉬）在不銹鋼反應釜內(nèi)制備得到一系列過渡金屬碳化物（碳化鈦，碳化鈮，碳化釩，碳化鉬）納米晶。這種方法提供了一種將廢棄的聚四氟乙烯轉(zhuǎn)化成有利用價值的過渡金屬碳化物有效的途徑。相關研究成果發(fā)表在InternationalJour

3、nalofRefractoryMetalsandHardMaterials和MaterialsChemistryandPhysics。
　　 2.在400-550℃利用氧化鎵作為鎵源，氨基鈉作為氮源與金屬鎂粉在不銹鋼高溫反應釜內(nèi)反應制備出氮化鎵納米晶。X射線粉末衍射顯示制備得到的樣品是六方相氮化鎵，與數(shù)據(jù)庫內(nèi)的標準卡片(JCPDScardNo.76-0703)基本一致。另外，從產(chǎn)物的X射線衍射花樣和透射電鏡照片中發(fā)現(xiàn)，隨著反應溫

4、度升高，產(chǎn)物的結晶性越來越好，產(chǎn)物的尺寸越來越大。我們對氮化鎵進行了熱重分析，測試結果表明實驗中制備的氮化鎵在空氣氣流中750℃以上才開始被氧化，在氮氣氣氛下，1000℃以下沒有明顯的質(zhì)量變化，這說明了產(chǎn)物氮化鎵有著較好的抗氧化性和熱穩(wěn)定性。
　　 3.選擇不同的還原劑（鎂或鋁），五氧化二鈮與疊氮化鈉在不銹鋼反應釜內(nèi)可以選擇性制備了立方相的氮化鈮(NbN)和六方相的氮化鈮鈉(NaNbN2)。
　　 400-700℃下，在

5、不銹鋼高溫反應釜內(nèi)利用五氧化二鈮作為鈮源，疊氮化鈉作為氮源與不同的金屬還原劑（鎂粉或者鋁粉）反應制備立方相氮化鈮和六方相氮化鈮鈉。在實驗中，如果加入的金屬還原劑為鎂粉時，制備得到的產(chǎn)物是立方相的氮化鈮。如果加入的金屬還原劑為鋁粉時，制備得到的產(chǎn)物是六方相的氮化鈮鈉。從制備得到的樣品的電阻率隨溫度變化的曲線中得知，氮化鈮是一個超導體，超導轉(zhuǎn)變溫度為17K，而制備得到的氮化鈮鈉則是一個半導體材料。相關工作發(fā)表在JournalofNanosc

6、ienceandNanotechnology.
　　 4.利用三氧化鉬，疊氮化鈉與鎂粉之間的固相反應可以制備出網(wǎng)狀結構的氮化鉬鎂(MgMoN2)，實驗中發(fā)現(xiàn)通過調(diào)整鎂粉的用量，相同的固相反應可以制備出立方相的氮化鋸。
　　 700℃下利用三氧化鉬，金屬鎂粉與疊氮化鈉在不銹鋼的高溫反應釜內(nèi)反應10個小時，制備一種新型三元層狀氮化物(MgMoN2)。我們通過GSAS軟件采用Rietveld精修方法對氮化鉬鎂(MgMoN2)的

7、粉末X射線衍射數(shù)據(jù)進行擬合分析，證實了MgMoN2晶體結構屬于P63/mmc空間群。掃描電鏡照片顯示制備得到的氮化鉬鎂是一種網(wǎng)狀材料，尺寸在幾個微米到上百個微米，平均孔徑1微米，厚度為500納米。在反應體系中，反應過程中生成的氧化鎂顆粒充當了生成網(wǎng)狀氮化鉬鎂的模板，反應過程生成中間態(tài)氮化鉬鎂經(jīng)定向聚集形成氮化鉬鎂微網(wǎng)結構。當使用其它鉬源的時候鉬酸銨《(NH4)6Mo7O24·4H2O)或鉬酸鈉(Na2MoO4·4H2O)代替三氧化鉬(M