一种具有极低热导率的B位高熵烧绿石型陶瓷气凝胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种具有极低热导率的B位高熵烧绿石型陶瓷气凝胶及其制备方法和应用，该高熵块体陶瓷气凝胶化学分子式为Sm2(Y

【技术实现步骤摘要】
一种具有极低热导率的B位高熵烧绿石型陶瓷气凝胶及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于高熵陶瓷材料制备
，涉及一种具有极低热导率的B位高熵烧绿石型陶瓷气凝胶及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]气凝胶是一种具有非常高孔隙率、高比表面积的三维网络状结构的结构与功能一体化的材料。气凝胶具有丰富的纳米级孔洞，使其能有效抑制材料的固体热传导和气体对流传热，是一种性能优异的新型隔热材料。此外，丰富的孔道结构和高的比表面积也使其在催化、吸波、过滤、储能等领域有着广泛的应用。
[0003]自从Rost等人首次合成高熵陶瓷，由于其具有高的热稳定性、低的热导率、成分可调整等性质而受到广泛关注。(文献“Entropy
‑
stabilized oxides[J].Nature Communication,2015,6:8485.”)随着研究的深入，高熵A2B2O7型氧化物陶瓷逐渐被发现，并被广泛应用于隔热、热防护和热障涂层材料的研究中。Zhou等人通过共沉淀和高温烧结的方法首次合成了高熵(La
0.2
Ce
0.2
Nd
0.2
Sm
0.2
Eu
0.2
)2Zr2O7陶瓷，并发现该高熵陶瓷相对于其组成成分具有较低的热导率和非常缓慢的晶粒生长速度。(文献“(La
0.2
Ce
0.2
Nd
0.2
Sm
0.2
Eu
0.2
)2Zr2O7:A novel high
‑
entropy ceramic with low thermal conductivity and sluggish grain growth rate[J].Journal of Materials Science&Technology,2019,35,2647
‑
2651.”)Liu等人首次通过溶胶
‑
凝胶法合成了高熵陶瓷(Sm
0.2
Eu
0.2
Tb
0.2
Dy
0.2
Lu
0.2
)2Zr2O7气凝胶粉末，并通过压制烧结等后续工艺合成高熵陶瓷块体。该高熵陶瓷气凝胶具有导热系数低，热稳定性好等优良性能，有望取代传统气凝胶应用于超高温领域的热防护和热绝缘领域。(文献“A novel high
‑
entropy(Sm
0.2
Eu
0.2
Tb
0.2
Dy
0.2
Lu
0.2
)2Zr2O
7 ceramic aerogel with ultralow thermal conductivity[J].Ceramics International,2021,47,29960
‑
29968.”)然而，所合成的高熵陶瓷块体气孔率很低，无法满足气凝胶高气孔率、高比表面积的定义。更重要的是，在目前合成的高熵A2B2O7型陶瓷气凝胶中多为A位高熵，即由五种或更多的镧系稀土元素占据着A2B2O7型陶瓷中的A位。由于镧系稀土氧化物原子序数接近和“镧系收缩”效应导致稀土原子半径相近，相邻原子半径之差仅为1pm左右，各原子之间相对质量相差很小。另外，这些镧系稀土均为正三价，由这些组元构成的高熵氧化物与普通的陶瓷材料性能相差不大，难以体现高熵氧化物的优势。另一方面，考虑到某些稀土氧化物在地球上丰度十分有限，限制了其生产应用。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种具有极低热导率的B位高熵烧绿石型陶瓷气凝胶及其制备方法和应用，能够解决目前高熵陶瓷气凝胶热导率偏高，且气孔率和比表面积不足的技术问题。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]本专利技术公开了一种具有极低热导率的B位高熵烧绿石型陶瓷气凝胶，该陶瓷气凝胶的化学式为Sm2(Y
0.2
Nb
0.2
Sn
0.2
Ti
0.2
Zr
0.2
)2O7。
[0007]优选地，该陶瓷气凝胶的晶体结构为烧绿石型结构，其空间点群为Fd
‑
3m；在该陶瓷气凝胶的B位均匀且随机分布三价、四价和五价的金属阳离子。
[0008]优选地，该陶瓷气凝胶的气孔率超过90％，热导率为0.035～0.045W/m
·
K。
[0009]本专利技术还公开了上述的具有极低热导率的B位高熵烧绿石型陶瓷气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0010]1)将醋酸钇、五氯化铌、氯化锡、钛酸四丁酯和乙酰丙酮锆溶解于无水乙醇中，并向其中滴加乙酸钐的乙醇溶液，得到混合溶液；
[0011]2)向混合溶液中添加质子清除剂，得到混合凝胶，静置使其老化，得到老化后的凝胶；
[0012]3)将老化后的凝胶置于液态CO2中多次置换其中的溶剂和未反应的反应物，然后缓慢排出其中的CO2，得到干气凝胶；
[0013]4)将干气凝胶置于空气气氛下焙烧，制得化学式为Sm2(Y
0.2
Nb
0.2
Sn
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Ti
0.2
Zr
0.2
)2O7的具有极低热导率的B位高熵烧绿石型陶瓷气凝胶。
[0014]优选地，步骤1)中，所用原料乙酸钐、醋酸钇、五氯化铌、五氯化铌、钛酸四丁酯和乙酰丙酮锆的摩尔比为5:1:1:1:1:1。
[0015]优选地，步骤2)中，所述质子清除剂采用环氧丙烷，环氧丙烷与醋酸钇、五氯化铌、氯化锡、钛酸四丁酯和乙酰丙酮锆的总的物质量之比大于等于2。
[0016]优选地，步骤2)中，静置老化时间为1～2天。
[0017]优选地，步骤3)中，在液态CO2中的置换次数为10～20次，置换温度为10～30℃，压力为50～70atm。
[0018]优选地，步骤4)中，焙烧温度为500～1200℃，保温时间为2～5h，升温速率为5～10℃/min。
[0019]本专利技术还公开上述的具有极低热导率的B位高熵烧绿石型陶瓷气凝胶在制备高温隔热涂层或抗腐蚀涂层中的应用。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0021]本专利技术公开的具有极低热导率的B位高熵烧绿石型陶瓷气凝胶，其化学分子式为Sm2(Y
0.2
Nb
0.2
Sn
0.2
Ti
0.2
Zr
0.2
)2O7，其晶体结构为烧绿石型结构，空间群为Fd
‑
3m。通过在A2B2O7型陶瓷气凝胶的B位上引入不同价态的过渡族金属阳离子从而形成B位高熵烧绿石型陶瓷Sm2(Y
0.2<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有极低热导率的B位高熵烧绿石型陶瓷气凝胶，其特征在于，该陶瓷气凝胶的化学式为Sm2(Y
0.2
Nb
0.2
Sn
0.2
Ti
0.2
Zr
0.2
)2O7。2.根据权利要求1所述的具有极低热导率的B位高熵烧绿石型陶瓷气凝胶，其特征在于，该陶瓷气凝胶的晶体结构为烧绿石型结构，其空间点群为Fd
‑
3m；在该陶瓷气凝胶的B位均匀且随机分布三价、四价和五价的金属阳离子。3.根据权利要求1所述的具有极低热导率的B位高熵烧绿石型陶瓷气凝胶，其特征在于，该陶瓷气凝胶的气孔率超过90％，热导率为0.035～0.045 W/m
·
K。4.权利要求1～3中任意一项所述的具有极低热导率的B位高熵烧绿石型陶瓷气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将醋酸钇、五氯化铌、氯化锡、钛酸四丁酯和乙酰丙酮锆溶解于无水乙醇中，并向其中滴加乙酸钐的乙醇溶液，得到混合溶液；2)向混合溶液中添加质子清除剂，得到混合凝胶，静置使其老化，得到老化后的凝胶；3)将老化后的凝胶置于液态CO2中多次置换其中的溶剂和未反应的反应物，然后缓慢排出其中的CO2，得到干气凝胶；4)将干气凝胶置于空气气氛下焙烧，制得化学式为Sm2(Y
0.2
Nb
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王红洁，徐亮，苏磊，牛敏，庄磊，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：