鋯酸鎢

鋯酸鎢（Zirconium tungstate），也稱為鎢酸鋯，分子式為Zr(WO4)2，分子量為586.9。

是一種性能十分優異的負熱膨脹材料，在溫度區間0.3-1050.0K的範圍內都具有負熱膨脹性能。

基本介紹

• 中文名：鋯酸鎢
• 英文名：Zirconium tungstate, Tungsten Zirconium Oxide
• 別稱：鎢酸鋯
• 化學式：Zr(WO4)2
• 分子量：586.9
• CAS登錄號：16853-74-0
• EINECS登錄號：240-876-3

簡介

材料熱脹冷縮是自然界普遍存在的現象，但有的材料卻與此相反，熱膨脹係數為負，即隨著溫度升高體積減小，稱之為負熱膨脹材料（簡稱NTE）或熱致收縮材料。 是最近發現的在很大的溫度範圍內（0.3K到1050K）具有較大的各向同性負熱膨脹材料。簡單立方的 最早於1959年合成並發現具有NTE效應，當時已知其晶體為立方結構，但原子位置並未確定，其獨特的NTE性能也並未引起大家的注意，直到1996年美國俄勒岡州立大學的A W SIeight研究小組在《science》上報導了該材料的晶體結構類型，有關 的研究才開始備受關注。

物化性質

鋯酸鎢 ，分子量為586.9。是具有不尋常性能的金屬氧化物， 在環境壓力下通過 和 反應形成亞穩立方相，其具有負熱膨脹特性，即加熱時在很寬的溫度範圍內收縮。 與大多數表現出負CTE（熱膨脹係數）的陶瓷相反， 的CTE是各向同性的，並且在寬的溫度範圍（-273℃至777℃）具有大的負值（平均CTE為 ）。

鋯酸鎢

常溫下鋯酸鎢為立方晶體，包括低溫相和高溫相，在溫度約430K發生轉變。

鋯酸鎢有各向異性、各向同性之分，各向異性鋯酸鎢負膨脹係數不大，膨脹範圍窄。

穩定性

常溫常壓下穩定，應避免光，明火，高溫。

負熱膨脹機理

普遍認為 的負熱膨脹可由這種低能RuMs解釋。 的結構如右圖所示。 八面體與 四面體通過氧原子共頂角連線，組成具有高度伸縮性的骨架結構。多面體中Zr一O鍵和W—O鍵的結合力很強，它們組成的八面體和四面體本身也不易變形，但是 八面體和 四面體之間的鍵合力卻較小，兩種多面體之問容易發生耦合轉動。隨著溫度升高，氧原子的橫向振動不斷加劇。使共頂角的 和 多面體發生耦合轉動，結果使非鍵合的Zr和W之間距離減小，從而體積不斷收縮，導致“冷脹熱縮”的負熱膨脹效應。

立方ZrW2O8的晶體結構

套用

鋯酸鎢在金屬基複合材料、陶瓷基複合材料、水泥基複合材料和聚醯胺樹脂複合材料中有廣泛套用。

製備

製備方法

浸漬法、共沉澱法、水熱法、溶膠凝膠法、水熱法、燃燒法。

固相法產物有雜質，且需淬火，共沉澱法也需淬火，燃燒法污染環境，共沉澱法和水熱法較為使用廣泛。

製取材料

仲鎢酸銨、氧氯化鋯等。

合成方法舉例

（1）鹽類直接合成

這類方法主要通過選擇合適的鹽類化合物在一定溫度下反應直接得到。例如選擇用適量的硝酸氧鋯 和偏鎢酸銨 在瑪瑙研缽中充分研磨，將混合物在1200℃下加熱6h，加熱過程中伴有間斷的再次研磨，得到的產物中理論上含有一定量的 。

（2）溶膠-凝膠法

在室溫和攪拌條件下同時向25ml水中緩慢加入50ml含Zr和100ml含W溶液（0.5mol/L），持續攪拌10h；然後加入濃度為6mol/L的HCl，將混合物分餾兩天；分餾後放置3個星期使其凝膠化，然後倒出上層清液，經過濾、洗滌後在烘箱中353K下烘於，此時的產物顯示了的X射線衍射圖案。再在873K下加10h，基本上得到單一相的，若加熱溫度為973K，則混合物分解為和。

存在問題

鋯酸鎢合成困難，成本高，高溫使用性能不好，通常選擇添加一些物質抑制其分解，但添加物質尚有待分析。

貯存方法

常溫密閉避光，通風乾燥。

發展方向

鋯酸鎢的熱力學穩定溫度範圍窄，只在1105-1257之間保持，材料合成困難，如何提高產物純度，降低生產成本是鋯酸鎢今後主要發展方向。

計算化學數據

1、疏水參數計算參考值（XlogP）：暫無

2、氫鍵供體數量：0

3、氫鍵受體數量：5

4、可旋轉化學鍵數量：0

5、互變異構體數量：0

6、拓撲分子極性表面積（T6PSA）：5

7、重原子數量：7

8、表面電荷：0

9、複雜度：0

10、同位素原子數量：0

11、確定原子立構中心數量：0

12、不確定原子立構中心數量：0

13、確定化學鍵立構中心數量：0

14、不確定化學鍵立構中心數量：0

15、共價鍵單元數量：7