[发明专利]一种锆酸稀土基高熵陶瓷纳米纤维及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种锆酸稀土基高熵陶瓷纳米纤维及其制备方法和应用。本发明的锆酸稀土基高熵陶瓷纳米纤维，包括助纺剂和稀土基材料，所述稀土基材料与助纺剂复合，所述稀土基材料具有下述化学通式：RE₂Zr₂O₇，其中RE元素选自镧(La)、铈(Ce)、钕(Nd)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、镱(Yb)、铥(Tm)、镥(Lu)、钪(Sc)和钇(Y)中的至少一种。本发明提供的锆酸稀土基高熵陶瓷纳米纤维不仅弥补了高熵锆酸盐陶瓷相关的研究空白，同时也丰富了材料体系。本发明的稀土基高熵陶瓷纳米纤维，单丝纤维的平均直径在80‑150nm之间并且均匀，制备工艺简单、成本低，利于工业化生产，并有良好的应用潜力。

技术领域

高熵陶瓷技术领域，具体来说，本发明涉及一种锆酸稀土基高熵陶瓷纳米纤维及其制备方法和应用。

背景技术

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，早在2004年叶均蔚教授最先提出了高熵合金的概念，同年牛津大学的Cantor等也提出了多主元合金的概念。“高熵”的概念从组成上一般定义为：由五种或五种主元以上呈等原子比或接近等原子比组成的多主元合金。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、动力学上的缓慢扩散效应和性能上的“鸡尾酒”效应，这些效应使得高熵合金展示出优异的耐磨性、高强度、高温下热稳定性好、良好的断裂抵抗性等特点。

在2015年，美国北卡罗莱纳州立大学的Rost、Maria和杜克大学的Curtarolo等首先合作报道了一种岩盐结构的熵稳定氧化物陶瓷，即高熵陶瓷。而高熵陶瓷将逐步成为无极非金属材料领域新的研究热点。

在过去的几十年，陶瓷纤维由于其陶瓷纤维由于其低热导率、质轻、高抗热震稳定性、高韧性以及良好的高温稳定性而受到广泛的应用与研究。但由于陶瓷在高温下容易发生材料相变和晶粒的异常生长，导致在纤维的机械强度变差。锆酸稀土基材料具有更高的服役温度和良好的热稳定性。稀土元素的掺杂可以降低热导率，提升热膨胀系数。而高熵陶瓷由于其迟滞扩散效应，可以抑制晶粒长大，从而增强材料的机械强度。

但是目前没有关于锆酸稀土基高熵陶瓷纳米纤维的任何报道，更没有锆酸稀土基高熵陶瓷纳米纤维的实际应用及领域。

发明内容

本发明提供了一种锆酸稀土基高熵陶瓷纳米纤维及其制备方法和应用。

本发明提供了一种锆酸稀土基高熵陶瓷纳米纤维，所述纳米纤维通过助纺剂和锆酸稀土基材料复合、纺丝、煅烧后制备得到；所述锆酸稀土基材料具有下述化学通式：RE₂Zr₂O₇，其中RE元素选自镧(La)、铈(Ce)、钕(Nd)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、镱(Yb)、铥(Tm)、镥(Lu)、钪(Sc)和钇(Y)等稀土元素中的至少五种。

优选地，所述锆酸稀土基高熵陶瓷纳米纤维呈单一晶相，且各元素呈均匀分布。

优选地，所述锆酸稀土基材料中，每种稀土元素的摩尔数相同。

根据本发明的实施方案，所述复合是指锆酸稀土基材料与助纺剂在纳米尺度的混合。

根据本发明的实施方案，所述纳米纤维具有萤石结构。

根据本发明的实施方案，所述锆酸稀土基高熵陶瓷纳米纤维的直径均匀。优选地，所述纳米纤维的平均直径为80-150nm。

根据本发明的实施方案，所述助纺剂和锆酸稀土基材料的用量比为(0.25-0.6)g:0.0005mol，优选为0.51g:0.0005mol。