一种铬酸稀土基高熵陶瓷导电纳米纤维及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种铬酸稀土基高熵陶瓷导电纳米纤维及其制备方法和应用，所述纳米纤维具有下述化学通式：RECrO3，其中RE为稀土元素，所述稀土元素选自钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、钬(Ho)、镱(Yb)中的至少一种。本发明专利技术提供的纳米纤维具有正交钙钛矿结构，由于纳米纤维的结构中最多有五种稀土元素，而稀土元素具有较为独特的电子层结构，引入高熵概念，即由于其热力学上的高熵效应，使材料具有一定的相稳定性，可以抑制Cr的挥发。且由于较大的晶格畸变，该纳米纤维热导率低至0.35W

【技术实现步骤摘要】
一种铬酸稀土基高熵陶瓷导电纳米纤维及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于高熵陶瓷
，具体来说，本专利技术涉及一种铬酸稀土基高熵陶瓷导电纳米纤维及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]纳米纤维通常是指拥有纳米级直径并且长度较大并具有一定纵横比的线状材料，另外，将普通纤维进行改性，比如用纳米颗粒对其填充也可以称为纳米纤维。通常来说，纳米纤维的直径范围不超过100纳米，但广义上讲，纤维直径不高于1微米的纤维就可以称作纳米纤维。目前传统材料的性能及发展已经到达了瓶颈、并无法满足各行业新技术日益增长的需要时，新材料的研究与开发显得尤为重要。“高熵”是近年来出现的新的材料设计理论，具有一定的指导方向。“高熵”的概念一般定义为：是具有一个或多个Wyckoff位的无机化合物的固溶体，其多主元素的原子比相等或近似相等。而高熵的基本规律和特点也主要包括：热力学上的高熵效应、结构上的晶格畸变效应、动力学上的迟滞扩散效应和性能上的“鸡尾酒”效应，这些效应使得高熵合金具有优异的耐磨性、高强度、高温下热稳定性好、良好的断裂抵抗性等特点。
[0003]但是目前高熵陶瓷在纳米纤维领域还尚有空缺，而且没有关于铬酸稀土基高熵陶瓷导电纳米纤维的任何报道。

技术实现思路

[0004]为了改善上述技术问题，本专利技术提供了一种铬酸稀土基高熵陶瓷导电纳米纤维及其制备方法和应用，本专利技术采用高熵化方法结合静电纺丝技术，并经过排胶和氩气保护煅烧，制备铬酸稀土基高熵陶瓷导电纳米纤维；克服了铬酸稀土基高熵陶瓷目前只以粉体及复合材料形态存在的局限，将高熵陶瓷的概念拓展到了纳米纤维领域。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种铬酸稀土基高熵陶瓷导电纳米纤维，所述纳米纤维具有下述化学通式：RECrO3，其中RE为稀土元素，所述稀土元素选自钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、钬(Ho)、镱(Yb)中的至少一种。
[0007]优选地，所述铬酸稀土基高熵陶瓷导电纳米纤维呈单一晶相，各元素呈均匀分布。
[0008]优选地，所述铬酸稀土基高熵陶瓷导电纳米纤维为正交钙钛矿结构；其晶格参数为
[0009]根据本专利技术的实施方案，所述稀土元素选自钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、钬(Ho)、镱(Yb)中的至少两种；其中，至少两种RE的摩尔数均相同。优选地，所述稀土元素为钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、钬(Ho)、镱(Yb)的混合物。优选地，所述铬酸稀土基高熵陶瓷导电纳米纤维中每种稀土元素的摩尔数相同。
[0010]根据本专利技术的实施方案，所述铬酸稀土基高熵陶瓷导电纳米纤维具体为(Sm
0.2
Eu
0.2
Gd
0.2
Ho
0.2
Yb
0.2
)CrO3。
[0011]根据本专利技术的实施方案，所述铬酸稀土基高熵陶瓷导电纳米纤维在400
‑
800℃的热导率为0.35
‑
0.39W
·
m
‑1·
K
‑1。
[0012]根据本专利技术的实施方案，所述铬酸稀土基高熵陶瓷导电纳米纤维的单丝纤维的平均直径约为170
‑
200nm。
[0013]本专利技术还提供上述铬酸稀土基高熵陶瓷导电纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0014]将含有铬源和稀土源的铬酸稀土基前驱体纺丝液通过静电纺丝，得到铬酸稀土基初生纤维；再对所述铬酸稀土基初生纤维加热煅烧，制备得到所述铬酸稀土基高熵陶瓷导电纳米纤维。
[0015]根据本专利技术的实施方案，所述方法包括：将助纺剂、溶剂、铬源和稀土源混合，得到铬酸稀土基前驱体纺丝液，通过静电纺丝，得到铬酸稀土基初生纤维；再对所述铬酸稀土基初生纤维加热煅烧，制备得到所述铬酸稀土基高熵陶瓷导电纳米纤维。
[0016]根据本专利技术的实施方案，所述方法具体包括：
[0017](1)将助纺剂与溶剂混合，得到可纺粘稠溶液；
[0018](2)在步骤(1)中的可纺粘稠溶液中加入铬源和稀土源，混合得到铬酸稀土基前驱体纺丝液；
[0019](3)将步骤(2)所制得的铬酸稀土基前驱体纺丝液进行静电纺丝，得到铬酸稀土基初生纤维；
[0020](4)将步骤(3)所制得的铬酸稀土基初生纤维加热煅烧后，得到铬酸稀土基高熵陶瓷纳米纤维。
[0021]根据本专利技术的实施方案，步骤(2)中，所述的铬酸稀土基前驱体纺丝液中含有至多五种所需化学计量的稀土元素。
[0022]优选地，所述稀土源由可溶性稀土盐提供。优选地，所述可溶性稀土盐选自硝酸稀土盐、氯化稀土盐、醋酸稀土盐、溴化稀土盐、碘化稀土盐中的至少一种，优选为硝酸稀土盐。示例性地，所述稀土选自所述稀土元素，即钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、钬(Ho)、镱(Yb)中的至少一种。示例性地，所述硝酸稀土盐为硝酸钐、硝酸铕、硝酸钆、硝酸钬、硝酸镱中的至少一种。
[0023]优选地，所述铬源可由可溶性铬盐提供，优选地，所述可溶性铬盐选自氯化铬、硝酸铬、醋酸铬中的至少一种。
[0024]其中，术语“可溶性”是指具有可溶于所用的溶剂中的特性。
[0025]优选地，可溶性稀土盐中的稀土元素的总量和可溶性铬盐中的铬元素的摩尔比选自1:(1
‑
1.01)，优选为1:1。
[0026]优选地，所述铬酸稀土基前驱体纺丝液中各稀土元素的摩尔量可以相同或不同，优选为相同。示例性地，所述铬酸稀土基前驱体纺丝液中的稀土元素包括Sm、Eu、Gd、Ho、Yb，Sm:Eu:Gd:Ho:Yb的摩尔比为1:1:1:1:1。
[0027]根据本专利技术的实施方案，所述溶剂选自水、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)中的至少一种。优选地，所述溶剂为乙醇和DMF的混合溶剂。
[0028]本专利技术步骤(1)和(2)中，对混合时的温度不作特别限定，以使各反应原料能够混合均匀即可。示例性地，混合的温度为室温。
[0029]根据本专利技术的实施方案，所述助纺剂选自聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯腈(PAN)、聚氧化乙烯(PEO)、聚乳酸(PLA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚左旋乳酸(PLLA)、聚氯乙烯(PVC)、醋酸纤维素(CA)和聚碳酸(PC)中的至少一种。
[0030]根据本专利技术的实施方案，所述静电纺丝的电压为10
‑
40kV，优选为15
‑
26kV，示例性为15kV、17kV、19kV、20kV、22kV、25kV、26kV。
[0031]根据本专利技术的实施方案，所述静电纺丝的喷丝速率为0.2
‑
1.8mL/h，示例性为0.2mL/h、0.5mL/h、0.8mL/h、1.0mL/h、1.5mL/h、1.6mL/h、1.8mL/h。
[0032]根据本专利技术的实施方案，所述静电纺丝的纺丝距离(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铬酸稀土基高熵陶瓷导电纳米纤维，其特征在于，所述纳米纤维具有下述化学通式：RECrO3，其中RE为稀土元素，所述稀土元素选自钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、钬(Ho)、镱(Yb)中的至少一种。2.根据权利要求1所述的导电纳米纤维，其特征在于，所述铬酸稀土基高熵陶瓷导电纳米纤维呈单一晶相，各元素呈均匀分布。优选地，所述铬酸稀土基高熵陶瓷导电纳米纤维为正交钙钛矿结构；其晶格参数为3.根据权利要求1或2所述的导电纳米纤维，其特征在于，所述铬酸稀土基高熵陶瓷导电纳米纤维具体为(Sm
0.2
Eu
0.2
Gd
0.2
Ho
0.2
Yb
0.2
)CrO3。优选地，所述铬酸稀土基高熵陶瓷导电纳米纤维在400
‑
800℃的热导率为0.35
‑
0.39W
·
m
‑1·
K
‑1。优选地，所述铬酸稀土基高熵陶瓷导电纳米纤维的单丝纤维的平均直径为170
‑
200nm。4.权利要求1
‑
3任一项所述的铬酸稀土基高熵陶瓷导电纳米纤维的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将含有铬源和稀土源的铬酸稀土基前驱体纺丝液通过静电纺丝，得到铬酸稀土基初生纤维；再对所述铬酸稀土基初生纤维加热煅烧，制备得到所述铬酸稀土基高熵陶瓷导电纳米纤维。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法包括：将助纺剂、溶剂、铬源和稀土源混合，得到铬酸稀土基前驱体纺丝液，通过静电纺丝，得到铬酸稀土基初生纤维；再对所述铬酸稀土基初生纤维加热煅烧，制备得到所述铬酸稀土基高熵陶瓷导电纳米纤维。优选地，所述方法具体包括：(1)将助纺剂与溶剂混合，得到可纺粘稠溶液；(2)在步骤(1)中的可纺粘稠溶液中加入铬源和稀土源，混合得到铬酸稀土基前驱体纺丝液；(3)将步骤(2)所制得的铬酸稀土基前驱体纺丝液进行静电纺丝，得到铬酸稀土基初...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵唯钧，杨帆，陈恒，
申请(专利权)人：厦门稀土材料研究所，
类型：发明
国别省市：