一种CaV₂O₄的制备方法

专利名称：一种CaV₂O₄的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种CaV2O4的制备方法。
背景技术：
磁失措体系在低温下表现出的各种新奇的现象，使其成为众多科学家关注的一个焦点。“之”字形排列的反铁磁自旋链间存在两种磁相互作用最近邻相互作用和次近邻相互作用，这种模型是最简单同时也是最重要的磁失措体系。在这种最简单的模型中，一般存在6种磁相2种Neel有序相(N' eel ordered phases), 2种存在霍尔丹带隙的相(phase with a Haldane gap)，一种无带隙的手性相(a gapless chiral phase)以及一种存在带隙的手性相(a gapped chiral phase)。深入研究这些磁相形成原因及导致相变的原因，对于凝聚态物理基本理论的深入和拓展有极其重要的意义。CaV2O4结构中存在沿c轴方向的“之”字形排列的S=I反铁磁自旋链，存在两种晶体学位置的V3+ (S=I)离子，这两种V3+ (S=I)离子自旋链间存在两种磁相互作用最近邻相互作用和次近邻相互作用，所以CaV2O4结构中就可能存在磁失措的现象，因此是研究磁失措的理想材料。传统的制备CaV2O4的方法是以V2O3(纯度99. 99%以上)和Ca0( 1100°C分解CaCO3得到)为原料，在充氦气的手套箱中经研钵充分研磨后，压片置于陶瓷方舟中，陶瓷方舟放入石英器皿中，石英器皿放入管式电阻炉中，通入氢气和氦气的混合气体(氢气体积比4. 5%)， 1200°C烧结96小时，中间需要再次研磨一次，最终得到CaV2O4多晶粉末。上述制备方法存在难度大、可操作性差、烧结温度以及烧结时间难以控制等缺点。

发明内容
本发明的目的是要提供一种采用两步固相烧结法在较低的温度下制备CaV2O4多晶粉末的方法。本发明的技术解决方案是
本发明采用两步固相烧结法制备CaV2O4，即先以碳酸钙(CaCO3)和五氧化二钒(V2O5)为原料，利用固相烧结法制备CaV2O6 ； CaC03+V205 — CaV2O6+ CO2 个
再在氢气或者CO等还原性气氛下还原CaV2O6制备CaV2O4粉末， CaV206+H2 — CaV204+2 H2O。本发明方法具有以下优点和积极效果
1、本发明采用的两步固相烧结法不仅操作简单，而且所用的烧结温度相比较而言也很低，具有传统方法无法比拟的。2、在本发明方法中对固相烧结法进行了探索，主要研究了整个固相烧结过程所涉及的化学反应过程，寻找到了两步固相烧结法制备CaV2O4的方法，该方法在制备(实验)难度、可操作性上以及烧结温度、烧结时间等方面都比传统的制备方法优越的多，对该材料的工业化生产有及其重要的意义。


图1是本发明制备CaV2O4材料所采用的设备简图。图2是本发明制备得到的CaV2O6的X射线衍射谱图。图3是本发明制备得到的CaV2O4的X射线衍射谱图。
具体实施例方式本发明采用两步固相烧结法制备CaV2O4，具体制备工艺步骤如下 第一步制备CaV2O6
①、将碳酸钙(CaCO3纯度99. 9%)和五氧化二钒(V2O5纯度99%)按照 1 1的摩尔比例混合，将混合物放入玛瑙研钵中，加入少量无水乙醇，研磨混合物直至无水乙醇全部蒸发，以使混合物能混合均勻。②、将混合物置于陶瓷坩埚中，马弗炉中空气气氛下600°C烧结5小时即可得到 CaV2O6,反应方程式CaC03+V205 — CaV2O6+ CO2 个。如附图2所示第一步制备得到的CaV2O6的X射线衍射谱图表明，样品为单一的 CaV2O6材料，因为X射线衍射谱图上没有发现其他杂质的衍射峰。第二步制备CaV2O4
将第一步中制得的CaV2O6置于陶瓷方舟中，陶瓷方舟放入石英器皿中，石英器皿放入管式电阻炉中，石英器皿为管状，将一头接氢气气瓶，另一头接乳胶管，乳胶管出气口放入盛有一定量水的烧杯中(见图1)，打开气瓶阀门，往石英器皿中通入氢气或CO还原性气体 (纯度99. 9%)，室温下通气0. 5 1小时，流速200毫升/分钟，使石英器皿的氧气被彻底排净。然后升温至600°C还原CaV2065小时，冷却至室温后即可得到CaV2O4多晶粉末，反应方程式CaV206+H2 — CaV204+2 H2O。如附图3所示第二步制备得到的CaV2CM的X射线衍射谱图表明，样品为单一的 CaV2O4材料，其X射线衍射谱图上也没有发现其他杂质的衍射峰。
权利要求
1.一种CaV2O4的制备方法，其特征在于采用两步固相烧结法制备单相CaV2O4多晶粉末，即首先以碳酸钙CaCO3和五氧化二钒V2O5为原料，利用固相烧结法制备CaV2O6，反应方程式是CaC03+V205 — CaV2O6+ CO2丨；其次在氢气或者CO还原性气氛下还原CaV2O6制备CaV2O4 多晶粉末，反应方程式是CaV206+H2 — CaV204+2 H2O0
2.根据权利要求1所述的一种CaV2O4的制备方法，其特征在于所述的制备方法的具体步骤是第一步制备CaV2O6 将纯度99. 9%碳酸钙CaCO3和纯度99%五氧化二钒V2O5按照1 1的摩尔比例混合，将混合物放入玛瑙研钵中，加入少量无水乙醇，研磨混合物直至无水乙醇全部蒸发，以使混合物能混合均勻；②将混合物置于陶瓷坩埚中，马弗炉中空气气氛下600°C烧结5小时即可得到CaV2O6 ； 第二步制备CaV2O4将第一步中制得的CaV2O6置于陶瓷方舟中，陶瓷方舟放入石英器皿中，石英器皿放入管式电阻炉中，石英器皿为管状，将一头接氢气气瓶，另一头接乳胶管，乳胶管出气口放入盛有一定量水的烧杯中，打开气瓶阀门，往石英器皿中通入纯度99. 9%的氢气或CO还原性气体，室温下通气0. 5 1小时，流速200毫升/分钟，使石英器皿的氧气被彻底排净，然后升温至600°C还原CaV2O6 5小时，冷却至室温后即可得到CaV2O4多晶粉末。
全文摘要
本发明涉及一种CaV2O4的制备方法，该方法是采用两步固相烧结法制备单相CaV2O4多晶粉末，即首先以碳酸钙CaCO3和五氧化二钒V2O5为原料，利用固相烧结法制备CaV2O6，反应方程式是CaCO3+V2O5→CaV2O6+CO2↑；其次在氢气或者CO还原性气氛下还原CaV2O6制备CaV2O4多晶粉末，反应方程式是CaV2O6+H2→CaV2O4+2H2O。
文档编号C01G31/00GK102557132SQ201010606280
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月27日 优先权日2010年12月27日
发明者冯博, 刘晓燕, 杨景海, 王雅新, 范厚刚, 魏茂斌 申请人:吉林师范大学