专利摘要

本发明提供一种低热导金属性材料，其具有以下化学式：Bi3Ir3O11。本发明还提供一种制备本发明的低热导金属性材料的方法，其包括如下步骤：(1)将Bi2O3、Ir粉和KClO4以1:2:2.5的摩尔比例在保护性气体环境中混合后充分研磨得到原料混合物；(2)将所述原料混合物密封包裹后，进行合成；(3)对合成后的样品块充分研磨并清洗、除杂、风干，得到低热导金属性材料。在300K时，Bi3Ir3O11的热导率为0.6Wm‑1K‑1，电阻率为11.42×10‑5Ωm。本发明提供的低热导金属性材料在电池电极、超电容、电催化、屏蔽涂层等领域具有潜在的应用前景。

权利要求

1.一种低热导金属性材料，其具有以下化学式：Bi3Ir3O11；

所述低热导金属性材料的空间群为Pn-3，晶格常数为

2.根据权利要求1所述的低热导金属性材料，其中，所述低热导金属性材料的XRD特征峰对应的晶格间距d值和晶面具有如下对应关系：

(111)面的(200)面的(221)面的(310)面的(311)面的(321)面的(431)面的

3.根据权利要求2所述的低热导金属性材料，其中，所述低热导金属性材料的XRD特征峰对应的晶格间距d值和晶面具有如下对应关系：

(110)面的(211)面的(600)面的(750)面的

4.根据权利要求1所述的低热导金属性材料，其中，所述低热导金属性材料的热导率在300K时为0.6Wm-1K-1。

5.根据权利要求1所述的低热导金属性材料，其中，所述低热导金属性材料的电阻率在300K时为11.42×10-5Ωm。

6.一种制备权利要求1-5中任一项所述的低热导金属性材料的方法，其包括如下步骤：

(1)将Bi2O3、Ir粉和KClO4以1:2:2.5的摩尔比例在保护性气体环境中混合后充分研磨得到原料混合物；

(2)将所述原料混合物密封包裹后，进行合成；

(3)对合成后的样品块充分研磨并清洗、除杂、风干，得到低热导金属性材料；

其中，所述密封包裹是通过金胶囊或者铂金胶囊进行的；

所述步骤(2)中的合成所使用的温度为900-1200℃，合成所使用的压力为5-10GPa，合成进行10-60min。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述保护性气体为氮气、氦气、氩气中的一种或几种。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述金胶囊或者铂金胶囊为圆筒形。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述圆筒形的外直径为2-10mm，长度为2-10mm，壁厚为0.5-2mm。

10.根据权利要求6所述的方法，其中，所述步骤(2)中的合成是在六面顶压机或6-8型二级推进压机中进行的。

说明书

技术领域

本发明属于材料科学领域。具体地，本发明涉及一种低热导金属性材料及其制备方法。

背景技术

热导率(κ)是反应物质导热能力的量度，即单位时间内，在单位温度梯度下物体单位界面传输的热量。金属性相对绝缘性而言，宏观上反应出材料具有良好的导电能力。

原则上，基于Wiedemann-Franz(WF)定律，大多数金属材料的热导率归因于金属性化合物中电子的贡献。由于高密度的载热电子，金属性材料通常具有较高的热导率。因此，本征低热导率和金属性难以在材料中同时存在。

传统的金属性低热导材料集中在一些多孔型和组合型的复合材料，在电池电极、超电容、电催化、屏蔽涂层等领域具有广阔的应用前景。而近十年来，研究者们开发了一系列具有“电子晶体和声子玻璃”特征的热电材料，他们同样致力于寻找有如玻璃一样低的热导率，同时也具有类似于晶体一样良好的电性能材料体系，为降低材料本征热导和电阻率开辟了新的思路。

然而现有技术中的材料体系比较有限，且大多属于半导体合金体系及其固溶体。因此，探索低热导率的金属性材料依然是一个现实性的挑战。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种新的低热导金属性材料。

本发明的上述目的是通过如下技术方案实现的。

一方面，本发明提供一种低热导金属性材料，其具有以下化学式：Bi3Ir3O11。

优选地，在本发明所述的低热导金属性材料中，所述低热导金属性材料的空间群为Pn-3，晶格常数为

优选地，在本发明所述的低热导金属性材料中，所述低热导金属性材料的XRD特征峰对应的晶格间距d值和晶面具有如下对应关系：

(111)面的 (200)面的 (221)面的 (310)面的 (311)面的 (321)面的 (431)面的

优选地，在本发明所述的低热导金属性材料中，所述低热导金属性材料的XRD特征峰对应的晶格间距d值和晶面具有如下对应关系：

(110)面的 (211)面的 (600)面的 (750)面的

优选地，在本发明所述的低热导金属性材料中，所述低热导金属性材料的热导率在300K时为0.6Wm-1K-1。

优选地，在本发明所述的低热导金属性材料中，所述低热导金属性材料的电阻率在300K时为11.42×10-5Ωm。

另一方面，本发明提供一种制备本发明的低热导金属性材料的方法，其包括如下步骤：

(1)将Bi2O3、Ir粉和KClO4以1:2:2.5的摩尔比例在保护性气体环境中混合后充分研磨得到原料混合物；

(2)将所述原料混合物密封包裹后，进行合成；

(3)对合成后的样品块充分研磨并清洗、除杂、风干，得到低热导金属性材料。

优选地，在本发明所述的方法中，所述保护性气体为氮气、氦气、氩气中的一种或几种。

优选地，在本发明所述的方法中，所述密封包裹是通过金胶囊或者铂金胶囊进行的；更优选地，所述金胶囊或者铂金胶囊为圆筒形；

优选地，在本发明所述的方法中，所述圆筒形的外直径为2-10mm，长度为2-10mm，壁厚为0.5-2mm。

优选地，在本发明所述的方法中，所述步骤(2)中的合成所使用的温度为900-1200℃，合成所使用的压力为5-10GPa，合成进行10-60min。

优选地，在本发明所述的方法中，所述步骤(2)中的合成是在六面顶压机或6-8型二级推进压机中进行的。

本发明具有如下有益效果：

本发明提供的Bi3Ir3O11是一种新的低热导金属性材料，其具有少见的低热导率和良好的金属导电性。在300K时，Bi3Ir3O11的热导率为0.6Wm-1K-1，电阻率为11.42×10-5Ωm。本发明提供的低热导金属性材料在电池电极、超电容、电催化、屏蔽涂层等领域具有潜在的应用前景。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：

图1为本发明实施例1的低热导金属性材料Bi3Ir3O11的X射线衍射图；

图2为本发明实施例1的低热导金属性材料Bi3Ir3O11的结构示意图；

图3为本发明实施例1的低热导金属性材料Bi3Ir3O11的X射线吸收谱线；

图4为本发明实施例1的低热导金属性材料Bi3Ir3O11的电阻率/电导率随温度变化的曲线；

图5为本发明实施例1的低热导金属性材料Bi3Ir3O11的热导率随温度变化的曲线，其包括拟合的电子热导率和晶格热导率；

图6为本发明实施例1的低热导金属性材料Bi3Ir3O11的塞贝克系数随温度变化的曲线；

图7为本发明实施例1的低热导金属性材料Bi3Ir3O11的定压比热容随温度变化的曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。

实施例1：

将Bi2O3(纯度＞99.9％)、Ir粉(纯度＞99.9％)和KClO4按化学计量比1:2:2.5混合，然后在充满Ar气的手套箱中充分研磨；将混合物原料装入金胶囊并压实，其中，所述金胶囊的直径为4mm，长度为5mm，壁厚为2mm；将金胶囊置于六面顶压机，设置压力为6GPa、温度为1000℃，使金或铂金胶囊内的原料在高温高压下反应30分钟。

图1为实施例1制备的低热导金属性材料Bi3Ir3O11的XRD图。

图2为本发明实施例1的低热导金属性材料Bi3Ir3O11的结构示意图。图2示出了Bi3Ir3O11呈现出KSbO3型结构，属于Pn-3空间群，晶格参数为

图3为实施例1制备的低热导金属性材料Bi3Ir3O11的X射线吸收谱线图。X射线吸收谱的特征吸收峰能够反应元素的价态，图3中的Cd2Ir2O7和Sr2ZnIrO6分别为Ir5+和Ir4+的参照，而Bi3Ir3O11的Ir的L3吸收峰位置在二者之间，接近于其理论值Ir4.33+。

图4为实施例1制备的Bi3Ir3O11的电阻率/电导率随温度变化的曲线。如图4所示，随着温度升高，样品电阻率逐渐增大，相应地电导率逐渐减小，300K时其电阻率为11.42×10-5Ωm。在低温区间(2-30K)的拟合结果表明，Bi3Ir3O11的电子迁移符合费米液体行为。

图5为实施例1制备的Bi3Ir3O11的热导率随温度变化的曲线。从2K到300K,总热导率κtot逐渐增加到0.6Wm-1K-1。这一数值远小于其它金属材料中观察到的数值。由WF定律，κele＝LeffT/ρ,得到电子热导率曲线，并由总热导率与电子热导率的差值获得晶格热导率随温度变化曲线。

图6为实施例1制备的低热导金属性材料Bi3Ir3O11的塞贝克系数随温度变化的曲线。如图6所示，在2-300K，即测量的整个温度区域内，曲线呈现出宽泛的正信号。通常金属的热电动势(S)随温度降低而线性地减少，但是Bi3Ir3O11的塞贝克系数在60K附近出现了一个峰值，可以用经验公式Smax≈Eg/2eTmax来估算其带隙Eg，计算得到Eg为4.3×10-3eV。如此小的带隙值也说明该材料电子态为无间隙金属态。

图7为实施例1制备的Bi3Ir3O11的定压比热随温度变化曲线。图7中比热在2～300k范围内随温度增加而单调增加，这意味着在该温度范围内材料没有发生结构和长程的磁有序转变。考虑到Bi3Ir3O11的金属性质和非磁性，电子和声子对Bi3Ir3O11的比热都有贡献。根据德拜-爱因斯坦模型拟合结果，德拜温度仅有θD＝65.4K，低于大多数过渡金属氧化物，这表明体系中存在一些非谐原子振动模式，从而大大降低了晶格的导热系数。

本发明提出的Bi3Ir3O11是一种低热导金属性材料，在300K时其热导率为0.6Wm-1K-1，电阻率为11.42×10-5Ωm，在电池电极、超电容、电催化、屏蔽涂层等领域具有潜在的应用前景。

实施例2：

将Bi2O3(纯度＞99.9％)、Ir粉(纯度＞99.9％)和KClO4按化学计量比1:2:2.5混合，然后在充满Ar气的手套箱中充分研磨；将混合物原料装入铂金胶囊并压实，其中，所述铂金胶囊的直径为8mm，长度为2mm，壁厚为1mm；将铂金胶囊置于6-8型二级推进压机，设置压力为5GPa、温度为1200℃，使铂金胶囊内的原料在高温高压下反应60分钟。

本实施例制备的Bi3Ir3O11的结构及性能同实施例1。

实施例3：

将Bi2O3(纯度＞99.9％)、Ir粉(纯度＞99.9％)和KClO4按化学计量比1:2:2.5混合，然后在充满Ar气的手套箱中充分研磨；将混合物原料装入铂金胶囊并压实，其中，所述铂金胶囊的直径为3mm，长度为7mm，壁厚为0.5mm；将铂金胶囊置于6-8型二级推进压机，设置压力为8GPa、温度为900℃，使铂金胶囊内的原料在高温高压下反应20分钟。

本实施例制备的Bi3Ir3O11的结构及性能同实施例1。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

低热导金属性材料及其制备方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。