一种锰氮化合物-碳纳米管复合材料及其制备方法   0    0

本发明涉及负热膨胀材料或零膨胀材料，特指一种Mn3(Zn1-xSnx)N/CNTs复合材料；所述复合材料的分子式为Mn3(Zn1-xSnx)N/CNTs，Mn3(Zn1-xSnx)N由Mn，Zn，Sn，N组成， x＝0.1~0.5，其晶体结构为反钙钛矿立方结构，CNTs为多壁碳纳米管，锰氮化合物Mn3(Zn1-xSnx)N与CNTs的质量比分别为100:1~100:5，在298~324K温度区间范围内，复合材料具有负热膨胀或零膨胀，在0~10×10-6/K范围内变化，且其硬度为400~500HV。所制备的复合材料的平均线热膨胀系数在一定的温区范围内可控，该类材料具有良好的导电导热性能，也具有良好的机械性能，因此在航空航天，光学元件，微电子器件，光纤通讯等领域具有广阔的应用前景。

1.一种锰氮化合物-碳纳米管复合材料，其特征在于：所述复合材料的分子式为Mn3(Zn1-xSnx)N/CNTs，Mn3(Zn1-xSnx)N由Mn，Zn，Sn，N组成，x＝0.1～0.5，其晶体结构为反钙钛矿立方结构，CNTs为多壁碳纳米管，锰氮化合物Mn3(Zn1-xSnx)N与CNTs的质量比为100:1～100:
5。

2.如权利要求1所述的一种锰氮化合物-碳纳米管复合材料，其特征在于：当x＝0.3，Mn3(Zn0.7Sn0.3)N与CNTs质量比为100:5时，在温度区间为298-324K，其平均线膨胀系数为-2.79×10-6/K，硬度为HV468。

3.如权利要求1所述的一种锰氮化合物-碳纳米管复合材料，其特征在于：当x＝0.3，Mn3(Zn0.7Sn0.3)N与CNTs质量比为100:3时，在温度区间为298-316K，其平均线膨胀系数近似于
0，即为零膨胀材料，硬度为HV400。

4.如权利要求1所述的一种锰氮化合物-碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)称取锰粉以及氧化锌粉末，摩尔比为ZnO：Mn＝1:3，然后将其放入管式炉中，在流动的氨气的气氛下，升温至750℃，保温10小时，随炉冷却，合成Mn3ZnN粉末；
(2)称取锰粉以及氧化锡粉末，摩尔比为SnO2：Mn＝1:3，然后将其放入管式炉中，在流动的氨气的气氛下，升温至350℃，保温10小时，随炉冷却，合成Mn3SnN粉末；
(3)将合成的Mn3ZnN粉末和Mn3SnN粉末按照比例称取，混合均匀，在玛瑙研钵中研磨过筛；
(4)将粉末样品均匀倒入小瓷舟中，再将小瓷舟放入石英管中并同时抽真空，然后密封石英管；将石英管放进管式炉中，升温至850℃，保温20小时，冷却至室温，关闭电源，随炉冷却至室温，合成Mn3(Zn1-xSnx)N粉末，并对粉末进行研磨过筛；
(5)将多壁碳纳米管CNTs酸洗后，按配比称重，用乙醇溶液作为分散剂，超声分散得到悬浮液；
(6)将研磨过筛后的Mn3(Zn1-xSnx)N粉末与CNTs悬浮液混合、湿磨，将所得到的混合溶液过滤，干燥，得到Mn3(Zn1-xSnx)N与CNTs的混合粉末；
(7)使用压片机将混合粉末压成片状；
(8)将压制成片状的样品装入石英管中并同时抽真空，然后密封石英管，将石英管放进管式炉中，升温至300℃，保温1小时，继续升温至1150℃，保温3小时，随炉冷却至室温，取出样品，即可得到目标产物Mn3(Zn1-xSnx)N/CNTs复合材料。

5.如权利要求4所述的一种锰氮化合物-碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于：
所述锰粉的纯度为：99.9％；所述氧化锌粉末的纯度为：99.7％；所述氧化锡粉末的纯度为：
99.85％。

6.如权利要求4所述的一种锰氮化合物-碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于：
所述步骤1和步骤2的升温速率为10℃/分钟；氨气的纯度≥99.999％。

7.如权利要求4所述的一种锰氮化合物-碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于：
所述步骤3和步骤4的研磨过筛指研磨过200目筛。

8.如权利要求4所述的一种锰氮化合物-碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于：
所述步骤4和步骤8中的抽真空指抽真空至10-5Pa。

9.如权利要求4所述的一种锰氮化合物-碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于：
所述步骤5中的酸洗是采用体积比为1:3的浓硫酸与浓硝酸的混合溶液进行酸洗提纯；乙醇溶液的纯度为95％，多壁碳纳米管与乙醇溶液的质量与体积比为：1g：3mL。

10.如权利要求4所述的一种锰氮化合物-碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于：
所述步骤7的使用压片机将混合粉末压成片状指：使用压片机对混合粉末施以30MPa的压力，将粉末压成片状，静置24h后，将样片在玛瑙研钵中碾碎，然后再在压片机中施以30MPa的压力压成片状。