[发明专利]一种氮化物高熵陶瓷纤维及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种氮化物高熵陶瓷纤维及其制备方法和应用，所述高熵陶瓷纤维含有Ti、Hf、Ta、Nb和Mo元素，所述氮化物高熵陶瓷纤维呈单一晶相，且其中各元素呈分子级的均匀分布。所述高熵陶瓷纤维的制备方法包括：将含有目标金属元素的碳化物高熵陶瓷前驱体、纺丝助剂和溶剂混合均匀制成前驱体纺丝溶液，再经过纺丝、排胶和氮化工序，制得氮化物高熵陶瓷纤维。所述氮化物高熵陶瓷纤维可应用于光催化二氧化碳制备甲烷的工艺中。

技术领域

本发明属于高熵陶瓷技术领域，具体地说，涉及一种氮化物高熵陶瓷纤维及其制备方法和应用。

背景技术

高熵陶瓷是一种由至少五种元素组成的，每种元素含量在5～35％的单一相固溶体陶瓷。到目前为止，人们对于高熵陶瓷的研究仍然比较少，目前高熵陶瓷的存在形式只有粉体，块体和涂层，对高熵陶瓷的性能研究也局限于少数几个领域。

氮化物高熵陶瓷是一种由至少五种金属元素和氮元素组成的单一晶型的陶瓷，目前研究主要集中于氮化物高熵陶瓷涂层和粉体的制备。2012年，罗马尼亚的V.Braic等人采用物理气相沉积的方法在不锈钢表面沉积了一层(TiZrNbHfTa)N涂层，使得表面的硬度提高到33GPa，相比于传统金属涂层，表面硬度提高了三倍以上(V.Braic,Alina Vladescu,Nanostructured multi-element(TiZrNbHfTa)N and(TiZrNbHfTa)C hard coatings,SurfaceCoatings Technology,211(2012):117-121)，但物理气相沉积方法对设备要求较高，只能制备涂层这种单一的二维材料，应用范围受限；2018年，国内华东理工大学和美国田纳西大学，橡树岭国家实验室联合开发了一种制备高熵氮化物陶瓷粉体的方法，该方法采用金属氯化物和尿素为原料，在800℃制备了单一晶型的(VCrNbMoZr)N纳米粉体，该粉体在超级电容器方面显示出了潜在的应用价值(Tian Jin,Xiahan Sang,Mechanochemical-Assisted Synthesis of High-Entropy Metal Nitride via a Soft Urea Strategy,2018(30):1707512)，但粉体材料在制备器件方面存在易脱落，分散不均匀等问题。

纤维是一种一维材料，具有尺寸小，比表面积高等特点，由于维度的限制，相比于粉体，块体和涂层，其物理化学特性会发生明显的改变，在电子信息，能源催化等领域具有广泛的应用前景。

光催化是一种以紫外、可见光为光源，半导体为催化剂，催化有机污染物降解，催化水分解制氢，催化CO₂转化等化学反应发生的过程。目前的光催化剂主要为粉体形式，和催化原料及产物难分离，难以回收重复利用。

而光催化纤维由于具有宏观的棉、布等形态，可以较为便捷的和催化原料及产物分离，有利于催化剂的回收及重复利用，因此光催化纤维成为目前光催化剂的热门发展领域。

目前还没有关于氮化物高熵陶瓷纤维的报道，更没有将氮化物高熵陶瓷应用于光催化领域的先例。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种氮化物高熵陶瓷纤维及其制备方法，采用气纺丝、静电纺丝或者甩丝法制备纤维原丝，原丝经排胶和氮化制备氮化物高熵陶瓷纤维。本发明克服了高熵氮化物陶瓷目前只能以粉体，块体和涂层形态存在的局限，将高熵陶瓷的存在形式拓展到了纤维领域，同时本发明将高熵陶瓷的应用范围拓展到了光催化领域。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

本发明提供了一种氮化物高熵陶瓷纤维，所述高熵陶瓷纤维含有Ti、Hf、Ta、Nb和Mo元素，所述氮化物高熵陶瓷纤维呈单一晶相，且其中各元素呈分子级的均匀分布。