[发明专利]一种柔性铈酸稀土高熵纳米纤维陶瓷膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种柔性铈酸稀土高熵纳米纤维陶瓷膜及其制备方法和应用，所述陶瓷膜含有纳米纤维，且所述纳米纤维含有至少五种稀土元素，所述稀土元素中至少包括铈(Ce)元素。本发明通过将陶瓷材料高熵化方法与静电纺丝纳米方法结合，开创性地以至少含有铈元素的五种或五种以上的稀土元素制备纺丝液，最终烧结得到柔性的高熵铈酸稀土纳米纤维陶瓷膜，其中的纳米纤维的长径比高达250以上、纤维直径高达80nm。本发明柔性高熵纳米陶瓷纤维膜的制备成功，对柔性陶瓷纤维膜、纳米纤维和高熵陶瓷等技术领域的发展具有重大意义。本发明制得的纳米纤维陶瓷膜在热障材料、能源催化领域和辐射防护等领域具有较广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于高熵陶瓷及静电纺丝技术领域，具体涉及一种柔性铈酸稀土高熵纳米纤维陶瓷膜及其制备方法和应用。

背景技术

高熵陶瓷(HECs)作为一种含有三种或三种以上主成分的等摩尔比或接近等摩尔比的单组分化合物的固溶体，因其具有许多优异特性而越来越受到人们的关注。单组分化合物，目前高熵陶瓷的存在形式主要有粉体、块体、涂层和纤维。然而，对高熵陶瓷纤维的研究和高熵陶瓷性能的应用研究仍然较少，尤其是对柔性高熵纳米纤维陶瓷膜的制备技术还未见报道。如何制备得到具有优异的纳米尺寸效应、比表面积高、高长径比和优异力学性能等特点的柔性高熵纳米纤维陶瓷纤维膜，使其能够在热障材料、能源催化、辐射防护和紫外吸收等领域具有较大应用前景，成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

为了改善上述技术问题，本发明提供一种柔性铈酸稀土高熵纳米纤维陶瓷膜及其制备方法和应用，通过采用静电纺丝技术和高熵陶瓷技术相结合的方式，先制备稀土/高分子复合纳米纤维膜，再经烧结，制备具有柔性的铈酸稀土高熵纳米纤维陶瓷膜。

本发明提供一种陶瓷膜，所述陶瓷膜含有纳米纤维。

根据本发明的实施方案，所述纳米纤维含有至少五种稀土元素，所述稀土元素中至少包括铈(Ce)元素。

例如，所述稀土元素还可以选自钇(Y)、镧(La)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、铥(Tm)、铒(Er)和钪(Sc)中的至少四种；优选选自钇(Y)、镧(La)、铕(Eu)、钆(Gd)、钐(Sm)、铒(Er)和铥(Tm)中的四种、五种或更多种。

根据本发明的实施方案，所述纳米纤维的长径比大于250，例如长径比为260-400。

根据本发明的实施方案，所述纳米纤维的直径至少为80nm，例如为80-1000nm，优选200-500nm，示例性为80nm、100nm、150nm、200nm、300nm、350nm、400m、500nm、800nm、1000nm。

根据本发明的实施方案，所述陶瓷膜为柔性陶瓷膜，优选为柔性纳米纤维陶瓷膜，更优选为柔性铈酸稀土高熵纳米纤维陶瓷膜。

优选地，所述陶瓷膜具有基本如图2所示的形貌。

根据本发明的实施方案，所述陶瓷膜由包括如下重量份的原料组分制备得到：高分子模板剂0.5-5份、稀土盐0.3-5份；

所述稀土盐包含至少五种稀土盐，且五种稀土盐中至少包括铈盐。

根据本发明的实施方案，所述陶瓷膜由包括高分子模板剂和稀土盐的原料，先通过静电纺丝制备得到复合纳米纤维，再对所述复合纳米纤维进行高温烧结，得到所述陶瓷膜。

根据本发明的实施方案，所述高分子模板剂选自聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯腈(PAN)、聚氧化乙烯(PEO)、聚乳酸(PLA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚左旋乳酸(PLLA)、聚氯乙烯(PVC)、醋酸纤维素(CA)和聚碳酸(PC)等中的至少一种，优选为聚氧化乙烯(PEO)或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。