[发明专利]一种六元尖晶石型铁钴铬锰镍锌系高熵氧化物及其粉体制备方法

说明书

本发明公开了一种六元尖晶石型铁钴铬锰镍锌系高熵氧化物及其粉体制备方法，高熵氧化物化学式为(FeCoCrMnNiZn)₃O₄，其晶体结构为面心立方结构，空间点群为Fd‑3m。本发明的制备工艺步骤为：将Fe₂O₃、Co₂O₃、Cr₂O₃、MnO₂、NiO和ZnO粉末按摩尔比1∶1∶1∶2∶1∶1球磨混合，将球磨完的粉体经过干燥、过筛；然后在马弗炉中煅烧加热至800～1000℃，煅烧时间为1～3小时，煅烧后炉冷至室温，得到单相尖晶石结构的(FeCoCrMnNiZn)₃O₄高熵氧化物粉体材料。本发明中的制备方法具有成本低廉、生产周期短、可工业化生产、操作过程简单和能耗低等优点，且制得的粉末纯度高、粒径较小且分布均匀，可广泛应用于超级电容器电极、锂离子电池电极、电解水制氢等新型能源材料领域。

技术领域

本发明属于高熵氧化物粉体材料领域，具体涉及一种六元尖晶石型铁钴铬锰镍锌系高熵氧化物及其粉体的制备方法。

背景技术

高熵合金由于组元间较高的混合熵在高温下倾向于形成固溶体，使得得到的合金具有高强度、高硬度、高耐磨性等力学性能。近几年，越来越多的学者对高熵合金进行了研究，在工程应用方面具有极大的应用潜力。高熵氧化物陶瓷材料是在高熵合计的基础上发展而来的一种新型陶瓷材料，2015年Rost等人首次在高熵合金的基础上提出了高熵氧化物的概念，并通过固相烧结法成功的制备出了岩盐型结构的高熵氧化物陶瓷材料(CoCuMgNiZn)O。近年来，有关尖晶石型高熵氧化物的研究也开始受到关注。

Juliusz Dabrowa等人首次制备出了尖晶石型结构的高熵氧化物陶瓷材料(CoCrFeMnNi)₃O₄，先将等摩尔比的NiO、MnO、Fe₂O₃、Co₃O₄和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℃煅烧20h，最后，将样品放在铝板上淬火至室温以制得单相尖晶石结构的高熵氧化物(Co,Cr,Fe,Mn,Ni)₃O₄(J,Stygar M, A,etal.Synthesis and microstructure of the(Co,Cr,Fe,Mn,Ni)₃O₄ high entropy oxidecharacterized by spinel structure[J].Materials Letters,2018,216:32-36.)。

Stygar M等以高纯的Co₃O₄、Cr₂O₃、NiO、MgO、MnO(99.97wt％)和Fe₂O₃(99.9wt％)为原料，采用行星球磨机球磨混合(600r/min，90min)后压制成圆片，再于1000℃烧结20 小时，最后置于铝板上在空气中淬火至室温制得(CoCrFeMnNi)₃O₄、(CoCrFeMgMn)₃O₄和(CrFeMgMnNi)₃O₄尖晶石型高熵氧化物(Stygar M, J, M,etal.Formation and properties of high entropy oxides in Co-Cr-Fe-Mg-Mn-Ni-Osystem:novel (Cr,Fe,Mg,Mn,Ni)₃O₄ and(Co,Cr,Fe,Mg,Mn)₃O₄ high entropy spinels[J].Journal of the European Ceramic Society,2019.)。