[发明专利]一种高熵氧化物亚微米粉体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高熵氧化物亚微米粉体及其制备方法，属于高熵陶瓷材料制备技术领域，包括以下步骤：1)混合溶液的制备：将等摩尔比例的五种金属盐溶于水中，得到混合溶液；2)前驱体的形成与交联：向混合溶液中加入聚合单体、交联剂及引发剂，经交联反应形成凝胶；3)溶剂的移除：将凝胶中的溶剂去除，得到干凝胶；4)凝胶的热解：将干凝胶经高温热解处理，得到高熵氧化物亚微米粉体。与传统的高熵氧化物制备方法相比，具有工艺简单，节能环保，成本低廉，耗时短的优点，同时更为安全可靠，对设备要求低，因此适用于大规模生产。该方法能够有效解决高熵氧化物陶瓷粉体制备过程中遇到的制备温度高，工艺冗长，产量低，产物不纯净等问题。

技术领域

本发明属于高熵陶瓷材料制备技术领域，涉及一种高熵氧化物亚微米粉体及其制备方法。

背景技术

高熵陶瓷是一种由五种或五种以上的金属阳离子随机占据阳离子位点，每个阳离子在等原子浓度下与阴离子(C，N，O，Si，B)亚晶格结合在一起，形成的一种成分复杂、有严重晶格畸变的多组分等含量的单相固溶体。高熵氧化物陶瓷是一种阴离子为氧离子的高熵陶瓷，其典型特征是阳离子为过渡族金属离子，阴离子为氧离子。高熵氧化物陶瓷具有导热系数低、抗氧化性好、室温高锂离子导电率、可逆锂化脱锂、超电容性能好等优良性能，优于传统陶瓷。

目前，制备高熵氧化物陶瓷的主流方法有高能球磨配合高温热处理，然后再快速冷却。除此之外，还有激光脉冲沉积、喷雾火焰热解、反向共沉淀等方法。

文献“Entropy-stabilized oxides[J].Nature Communication,2015,6:8485.”采用高能球磨将五种氧化物原料(CoO、CuO、MgO、NiO、ZnO)充分混合，并在1000℃下热处理12h后，随后进行淬火处理，得到高熵氧化物(Co_0.2Cu_0.2Mg_0.2Ni_0.2Zn_0.2)O陶瓷粉体。该方法工艺冗长，对设备要求高，在制备过程中，需要使用高能球磨以及需要在1000℃下对试样进行淬火处理，这都使得制备工艺的安全性大大下降。另外该方法在制备的过程中，需要试样在1000℃下，保温10h，这大大增加了制备工艺的能耗。与此同时，该方法制备的产物为块体材料，极大的限制了高熵氧化物的后续应用。

文献“Synthesis and microstructure of the(Co,Cr,Fe,Mn,Ni)₃O₄ highentropy oxide characterized by spinel structure[J].Materials Letters,2018,216(32-36)”，通过将五种氧化物Co₃O₄,Cr₂O₃,Fe₂O₃,MnO,NiO震动球磨25分钟后，再进行模压成型,然后在1050℃下自由烧结20小时。最后，使用冷却铝板使得样品快速冷却，得到高熵氧化物(Co,Cr,Fe,Mn,Ni)₃O₄块体，该方法制备过程中能耗大，工艺冗长，同时需要用冷却铝板加速产物冷却，操作难度大，且具有一定的危险性。