三氧化钨纳米管

当一些材料的粒子尺寸达到纳米级时(1~100nm)可表现出许多特殊的效应,因而在信息功能材料、催化、磁性材料等方面具有广阔的应用领域。其中,氧化钨具有多种晶体结构,同时存在大量非化学计量数的亚氧化物形态,具有多功能的宽带隙半导体材料。WO3因具有独特的电学、光学结构性能、磁学和缺陷性质而备受关注,被广泛应用到气敏、光催化、气致变色、电致变色、光致变色和太阳能电池等各个方面。此外,温度诱导结构相变所产生的体积、电阻和颜色的巨大变化引起了人们很大的兴趣,其特殊结构方面的研究也成为目前人们广泛研究的焦点。

传统的制备纳米管的方法往往需要额外的涂覆和刻蚀工艺,所得纳米管的质量也完全依赖于对加工步骤的控制。而使用同轴静电纺丝技术能直接制备中空纳米纤维,使工序得到简化。其制备原理一般是将易溶解或易挥发的物质(如矿物油、甲基硅油等作为芯层,以高聚物溶液为壳层),同轴电纺后再以溶解或加热的方式除去芯层即可得到中空纳米管。

氧化钨纳米管电镜照片

原料:聚乙烯醇(PVA);偏钨酸铵;无水乙醇;铝箔(20um);去离子水。

步骤:

(1)称取一定量PVA溶于一定的去离子水中,在恒温水溶锅中80℃搅拌4h溶解配成15%的PVA溶液,配置好的15%PVA溶液60ml中加入24ml酒精和6g50%(质量体积比)偏钨酸铵溶液。
(2)另将配制15%的PVA溶液用去离子水稀释至10%作为内管溶液。内外管溶液分别注入注射器中,在注射泵的推动下流入静电纺丝同轴针头。
(3)在电压9~15kV,离铝箔接收距离10~12cm的情况下连续纺丝,将所得到的复合纤维膜在恒温箱里60℃下烘12小时后,放入马沸炉中以10℃/min的速率升到600℃保温4小时,并随炉冷却,得到WO3纳米管。

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三氧化钨纳米棒

自纳米过渡金属氧化物(MO,M=Co, Ni, Cu, Fe)负极的储锂性能后,人们发现许多其他过渡金属氧化物如CuO, Fe2O3, Fe2O4, Co3O4, WO3等都可通过转化反应MOx+2xLi+=M+xLi2O储锂,其容量远远高于商品锂离子电池中所用的石墨负极材料。其中WO3是常温下钨的最稳定氧化物,环境毒害小,价格低廉,是一种有发展潜力的锂离子电池负极材料。然而,块体WO3的电导率低,充放电过程中体积变化大,导致其倍率性能和循环稳定性差。改进方法之一是控制合成具有各种形貌的WO3纳米材料,以提高材料的储锂动力学性能。

氧化钨纳米棒电镜照片

制备方法:利用水热法,在氧化铟锡(ITO)基底上直接制备出垂直于基底生长的WO3纳米棒。

原料:钨酸钠(分析纯),氯化钠(分析纯),草酸(分析纯),甲基蓝(分析纯),盐酸(2mol/L-1)。所有溶液用去离子水配制。ITO导电玻璃依次在丙酮、乙醇和去离子水中分别超声10min,然后烘干备用。

步骤:

(1)将8.25g钨酸钠粉末溶于25ml去离子水中,在磁子搅拌下使其完全溶解后,滴加盐酸溶液调节PH值为2.0。
(2)然后将溶液稀释至250ml,并插入PH计,向溶液中慢慢加入草酸粉末,调节最终PH值为2.3,得到前驱液。
(3)向50ml水热釜中加入0.3g氯化钠,将超声清洗后的ITO导电玻璃斜放入水热釜中,导电面朝下,然后用移液管向水热釜中加入20ml上述前驱液,密封,170℃条件下水热反应4h。
(4)反应结束后,自然冷却,将导电玻璃取出后用去离子水清洗,烘干备用。由此可制备出尺寸均一,密度较大且垂直于基底生长的三氧化钨纳米棒。

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稀土掺杂非充满型钨青铜发光铁电材料及其制备方法

由于在微波通信,传感器,换能器,铁电信息存储器等技术领域的重要应用,非充满型钨青铜材料近年来引起了很多科研工作者的研究兴趣。目前的科学研究主要关注非充满型钨青铜材料的电学性能,很少考虑其它功能属性。然而,随着现代科技的发展,对器件多功能化的要求越来越高,这就需要发展同时具有两种或两种以上功能的新材料,以研制能同时实现多种功能的新型器件。
 
因此,在材料开发与设计中有必要在保持或提高原有功能属性的基础上,进一步研究和拓展材料的新性能,从而使材料具有更加广泛的应用。鉴于稀土离子一般为非充满型钨青铜材料的内禀离子,通过选择合适的稀土激活离子,可以开发非充满型钨青铜材料的发光功能属性,因此这种材料是一种潜在的稀土发光材料,然而非充满型钨青铜材料潜在的发光性能还未被关注。如果能制备出既具有发光性能,同时还能提高原有介电、铁电特性的材料,这类材料在未来电子工业中将具有更加广泛的应用。
 
制备——步骤1. 以分析纯级的BaCO3、T12, Nb2O5,高纯级的La2O3、Eu2O3为原料,按照化学式Ba1La1 xEuxTiNb9O3,其中,0 ≤x ≤ 1,按照摩尔比进行配比; 步骤2. 以分析纯无水乙醇为介质,将配好的原料置于玛瑙罐中,在行星式球磨机上进行球磨,球磨时间为24小时; 步骤3. 将球磨后的浆料置于烧杯中,在烘箱中烘干,烘干时间12小时,烘干温度95度,获得烘干粉体; 步骤4. 将烘干粉体用玛瑙研钵研磨,然后置于刚玉坩埚中,放入箱式炉中,连续升温至1250〜1300度预烧8〜12小时,降温至500度后程序终止,随炉冷却至室温,出炉; 步骤5. 与步骤2相同的方式球磨,与步骤3相同的方式烘干,然后用玛瑙研钵研磨,制成预烧粉体; 步骤6. 将预烧粉体过筛网,在粉体中加入浓度为1〜20%的聚乙烯吡咯烷酮,充分研磨,混合均匀,自然干燥,造粒,过筛网,制备球状粉体; 步骤7:将球状粉体放入加盖刚玉坩埚,置于箱式炉中,连续升温,进行排塑,然后在1300〜1350度煅烧8〜12小时,降温至500度后程序终止,随炉冷却至室温,出炉,得到稀土掺杂的非充满型钨青铜发光铁电材料。

Na0.67WO3
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钨加热子的制备工艺

钨加热子也可称之为钨蒸发线圈,是一种通过特殊的热处理工艺制备而成的金属制品,具有很好的抗腐蚀性和耐高温性能。可用于塑料彩镀,光导纤维蒸镀黄金或者用于航空,电影,照相,科研等其他蒸涂工艺。而真空镀膜工艺的心脏就是作为加热源的钨热子。

该类型钨制品一般是由多股耐高温钨丝经过加热绞制(绞合绕制),热子成型,清洗,表面处理,热定型等工艺制备而成的。每道工序都有严格控制的工艺技术要求。所谓的绞制就是将两根以上的钨绞丝按照规定的方向交织在一起,以此来确保电气性能上有一定的截面,且在力学性能上有一定的柔软性。然后在用专用的设备对热子进行成型压制。接下来是对热子进行清洗和表面的处理。使其表面没有任何的裂痕和可以看得见的沾染物,比如氧化物和拉丝润滑剂等。表面的沾染物会对真空中的真空含量有所影响,还会对后续金属的自由蒸发率起到负面的作用。最后就是对热子进行热定型的工艺。该工序要严格控制钨丝的再结晶温度。热定型就是指利用热力,消除织物纤维在拉伸过程中产生的内应力,使大分子发生一定程度的松弛,使编织纤维的形状固定成型。该工序可提高钨热子的尺寸热稳定性,降低其缩水率,还能消除皱痕,提高其抗皱性,改善其综合性能。在对钨热子进行该工序的时候不能用过高的温度,严格防止拉电弧,以避免表面氧化。

钨加热子

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铈钨电极的制备

铈钨电极有许多中不同的制备方法,常见的有采用黄钨混合铈,经过二次还原获得混合粉末,再经过压制、烧结和后续加工获得。也可以采用纯钨粉和铈化合物直接混合的方法,制得铈钨粉末。

铈钨电极

另外通过固液掺杂法将蓝钨和二氧化铈混合均匀,经过一次还原、酸洗、等静压成型、烧结、轧制开坯等后续加工制得电极。采用这种方法制得的电极中铈含量分布均匀、且起弧效果好,烧损率小。制备过程如下所示:

1.将费氏粒度在8~12um蓝色氧化钨与六水合硝酸铈的水溶液混合均匀。
2.调整悬浮液的pH值,使得金属氢氧化物的沉积物在多孔蓝色氧化钨粒子上沉积。
3.干燥混合好的粉末,然后将其放置于600~1000℃的连续氢气还原炉中,进行一次还原。蓝钨和金属氢化物分别被还原成了钨和金属氧化物。
4.酸洗铈钨粉末,然后过筛,用等静压机压制成型。
5.将压制好的坯条放置于1200℃±50℃的氢气炉中预烧结30min,以此提高电极的强度。

6.将烧结好的坯条进行三级台阶式升保温加热。第一阶段去除坯条的杂质,第二阶段升温至二氧化铈熔点以下,保温数分钟,使氧化铈保持分散状态,第三阶段在2600℃下加热完成烧结。
7.将得到的坯条进行旋锻、拉伸加工,在加工过程中对坯条进行退火处理,然后在经过矫直、磨光、切断等工序处理得到铈钨电极。

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