[发明专利]一种铬酸稀土基多孔导电高熵陶瓷的制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种铬酸稀土基高熵陶瓷粉体，并将其多孔化，制备了铬酸稀土基多孔导电高熵陶瓷。利用纤维素和三聚氰胺造孔，提高了孔隙率，材料热导率降低至0.3W/mK以下，多孔化增加了陶瓷的韧性，而且通过对成孔剂的加入量、种类以及烧结温度的改变使得孔径在0.1‑25μm范围可控，在热电转化方面表现优异。本发明提供多种多孔高熵陶瓷制备方法，简单易行，合成的晶粒细小均匀；采用高温固相合成或溶胶‑凝胶法，流程简单而操作条件可控，易于产业化推广。

技术领域

本发明属于多孔高熵陶瓷领域，具体涉及一种铬酸稀土基多孔导电高熵陶瓷材料的制备方法及应用。

背景技术

高熵陶瓷通常指由5种或5种以上陶瓷组元形成的固溶体，其具有非常优异的高熵效应及性能。2004年中国台湾的叶均蔚教授提出了高熵合金的概念，2015年，美国北卡罗莱纳州立大学的Rost、Maria和杜克大学的Curtarolo等报道了一种岩盐结构的熵稳定氧化物陶瓷，高熵陶瓷的概念由此被提出。高熵陶瓷主要有以下四个特点：(1)热力学的高熵效应；(2)结构的晶格畸变效应；(3)动力学的迟滞扩散效应；(4)性能上的“鸡尾酒”效应。

从上世纪70年代开始，铬酸镧做为固体氧化物燃料电池连接体材料，其在各种气氛下均具有良好的导电性能，铬酸镧本身导电性能很差，但是通过碱土金属掺杂之后可极大幅度提高其导电性能，这是因为晶体中的镧被二价碱土金属取代后，为保持自身的电中性，铬原子由三价变为四价并形成电子空位，从而成为了一种p型半导体。根据现有文献，高熵化会降低材料的热导率、提高电导率和塞贝克系数，从而提高材料的热电性能。

多孔陶瓷可分为微孔陶瓷、介孔陶瓷和大孔陶瓷，其中微孔陶瓷指孔径小于2nm的多孔陶瓷，介孔陶瓷指孔径介于2nm和50nm之间的多孔陶瓷，大孔陶瓷指孔径大于50nm的多孔陶瓷。目前多孔陶瓷的制备方法主要有四种，分别是部分烧结法、牺牲模板法、复制模板法和直接发泡法。多孔陶瓷的应用领域广泛，在催化、催化剂载体、耐火绝缘材料等领域均有非常广泛的应用。

发明内容

本发明提供一种铬酸稀土基高熵陶瓷粉体，其化学式为(nRE_xmAE_y)CrO₃；

其中，RE为稀土元素；所述稀土元素选自Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Er、Tm、Yb、Lu中的n种；

AE为碱土金属；所述碱土金属选自Ca、Sr、Ba中的m种；

n为稀土元素RE的种类数，选自4-15的数，如4、5、6、7、8、9、10、11或12；

m为碱土金属AE的种类数，选自1、2或3；

x为稀土元素RE在一个高熵陶瓷粉体分子中占的个数，选自0.1-0.6，如0.2、0.3、0.4、0.5；

y为碱土金属AE在一个高熵陶瓷粉体分子中占的个数，选自0.1-0.6，如0.2、0.3、0.4、0.5；

且，n×x+m×y＝1。

根据本发明的实施方案，所述铬酸稀土基高熵陶瓷粉体，其化学式为(4RE_0.2AE_0.2)CrO₃；

RE选自钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)中的4种；

AE选自钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)中的1种。