[发明专利]一种具有良好光吸收性能的高熵陶瓷材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种具有良好光吸收性能的高熵陶瓷材料的制备方法，是以CuO、MnO₂、Fe₂O₃、Cr₂O₃、Co₃O₄、TiO₂、ZnO、MgO粉末中的任意五种为原料，经球磨混合、烘干、研磨后在空气氛围中高温煅烧，然后冷却、研磨，即得具有尖晶石结构的高熵陶瓷。本发明采用机械湿磨法和固相合成法结合的方法制备高熵陶瓷，可确保金属元素充分混匀，具有制备技术简单，可重复性强，生产效率高，可适用于工业化生产等优点，且制备得到的高熵陶瓷物相单一、纯度高、粒径较小、元素分布均匀，具有较高的太阳能吸收率和良好的热稳定性，作为太阳能吸收剂，可以保证太阳能吸收材料的光热转换效率。

技术领域

本发明涉及一种高熵陶瓷材料的制备，尤其涉及一种具有良好光吸收性能的高熵陶瓷及其制备方法，可用作太阳能吸收材料，属于高熵陶瓷材料领域和太阳能吸收材料领域。

背景技术

三元尖晶石型金属氧化物具有独特的电学性能和催化性质，常被用作电催化材料，其在太阳能光热转换方面的应用也引起了人们的广泛关注。例如，尖晶石型CuFeMnO₄黑色粉末曾被用作太阳光谱选择性吸收涂料的吸光颜料。然而，在CuFeMnO₄的制备过程中容易因成份偏析生成Fe₂O₃而带上红褐色，从而影响太阳光吸收率。研究人员用Co代替Fe来克服此问题。制备CoCuMnO_x的方法有固相合成法、溶胶-凝胶法和共沉淀法。溶胶-凝胶法制备的CoCuMnOx通常含有各种各样的杂质，例如，金属氧化物、氯化物和氯氧化物。共沉淀法来制备CoCuMnO_x，由于很难控制所有金属离子在一定pH值下同时沉淀，因此产率较低，并且制备过程中有大量废液产生，会对环境带来污染。

高熵氧化物（High Entropy Oxides，HEO）作为一种新型化合物，因其具有独特的特性而广受科学界关注。HEO代表可以结晶为单相的多元素金属氧化物系统，其中不同的组分可以是不同的晶体结构。通常，在HEO中有五个或更多元素共享相同的原子位点，形成稳定的固溶体。由于这些材料的组成及其复杂，它们通常表现出优异的性能，例如高断裂韧性、高强度、良好的高温/低温性能、良好的储能性质等。高熵氧化物由于多主元且主元之间混乱排列，易形成岩盐型、氟化钙型、尖晶石型或钙钛矿等固溶体结构，从而表现出优异的性能，尤其在能源存储材料和磁性材料方面有十分广阔的应用前景。

目前制备高熵氧化物的方法主要有固相反应法和湿化学方法两种。2017年，Dabrowa J等首次采用传统的高温固相合成法制备了具有尖晶石结构的高熵氧化物材料(Ni,Mn,Fe,Co,Cr)₃O₄，是先将等摩尔比的NiO、MnO、Fe₂O₃、Co₃O₄、Cr₂O₃为原料采用机械球磨法混合均匀后压制成小球，然后在1050℃下煅烧20小时，最后将样品放在铝板上淬火至室温，制得单相尖晶石结构的高熵氧化物（Dabrowa J ,Stygar M ,MikulaA ,et al.Synthesis and microstructure of the (Co，Cr，Fe，Mn，Ni)3O4high entropy oxidecharacterized by spinelstructure[J] .Materials Letters , 2018 ,216:32-36.)。CN108933248A公开了采用溶胶-凝胶自蔓延燃烧法和低温热处理相结合制得了尖晶石型球形高熵氧化物材料，主要用于锂离子电池负极材料。CN 111620681A公开了采用水热法和等离子技术相结合制备高熵氧化物材料的方法。上述文献中固相反应法所采用的保温时间较长（20小时），而且需要放置在铝板上进行空气淬火，具有工艺较为复杂、周期长的缺点；湿化学方法制备尖晶石型高熵氧化物则存在原料成本高、制备步骤多、过程复杂且不可控等缺点。

发明内容