[发明专利]一种具有大的负热膨胀系数的金属有机骨架粉末及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有大的负热膨胀系数的金属有机骨架粉末及其制备方法，利用两种原料的水溶液相互发生化学反应和物理反应的机理来研究制备，所述金属有机骨架粉末的分子式为Ag₃[Co(CN)₆],制备方法包括：将两种原料的水溶液在室温下缓慢合并，并在沸点下搅拌1小时，再缓慢冷却至室温过滤一次，残余物用100 ml冷的去离子水洗涤至少三次,同时过滤三次，最后在60℃干燥24小时。本发明生产成本低，设备简单，制备周期比较短，制成的产品纯度高，适合批量生产。这种具有大的负热膨胀系数的金属有机骨架粉末Ag₃[Co(CN)₆]，在温度区间20~500K范围内具有稳定的负热膨胀性能，且无其它相变，具有潜在的工程应用价值。

技术领域

本发明涉及一种具有大的负热膨胀系数的金属有机骨架粉末制备方法，通过该方法所制成的金属有机骨架粉末具有大的负热膨胀性能。

背景技术

在大自然中几乎所有的材料都具有热胀冷缩的性能。热膨胀现象在金属、陶瓷、高分子、复合材料等工程材料中都普遍存在，热膨胀系数的影响会直接导致热胀冷缩产生的热应力或者热冲击使得材料疲劳性能下降，甚至断裂。考虑到热膨胀系数的重要性，解决热膨胀问题，研究者们探索出具有负热膨胀性能的金属有机骨架材料可以更好的解决现代科学研究技术中的这些难题。大量研究表明，世界上具有负膨胀性能的材料很少见，而负热膨胀温度区间较宽、负热膨胀性能稳定的材料更是少之又少。

目前为止，学术上报道的具有良好的负热膨胀性能的材料是Sleight研究小组在《Science》上报道的ZrW₂O₈在0.3K到分解温度1050K的整个温度范围内都表现出负热膨胀性能，ZrW₂O₈的线膨胀系数为-9.8x10^-6K^-1，性能不稳定且负热膨胀系数比较小。这些性能限制了其性能和应用。迄今为止所发现且能研究出来的具有巨大的负热膨胀性能的材料种类很少，关于具有巨大的负热膨胀性能的金属有机骨架材料的文献报道更少。

由此可见，开发具有负热膨胀区间较宽、负热膨胀性能稳定、负热膨胀系数较大，应用广泛的金属有机骨架材料是众多研究者共同亟待解决的问题，而且要求制备工艺简单，适合大规模生产，成本较低等。

发明内容

为了高效、精确、快速的制备出具有大的负热膨胀性能的金属有机骨架粉末，本发明选择了一种反应过程简单，而且生产出性能稳定可靠、纯度高的产品的制备方法，同时也为后期性能表征和应用研究提供很好的保障。

本发明的负热膨胀粉末的分子式是Ag₃[Co(CN)₆]，用热膨胀仪测得的线性膨胀系数为-120x10^-6K^-1,解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有大的负热膨胀系数的金属有机骨架粉末的制备方法，其特征在于按以下步骤进行：

一、集热式恒温加热磁力搅拌器温度设置为100℃，超声波振荡器温度设置为25℃，干燥箱温度设置为60℃；

二、准备两个100ml的烧杯，分别倒入30ml的纯水；

三、用电子天平称量3.8154g分子量为332的K₃[Co(CN)₆]原料和5.0889g的AgNO₃原料；

四、将称量好的K₃[Co(CN)₆]原料和AgNO₃原料分别倒入步骤二所述的两个烧杯中，放入设置好的超声波振荡器中，同时用玻璃搅拌棒搅拌10min，直至原料全部溶解均匀为止；

五、在室温下用5ml胶头滴管将两个烧杯的溶液缓慢全部混合在一个烧杯中；