一种稀土基锰酸高熵陶瓷纳米纤维及其制备和应用的制作方法

本发明涉及一种陶瓷纳米纤维，具体涉及一种稀土基锰酸高熵陶瓷纳米纤维及其制备和应用。

背景技术：

1、随着通信技术在工业、商业和军事领域的飞速发展，无处不在的电磁干扰、电磁污染等电磁辐射危害越来越受到重视，因此高性能电磁吸波材料的研究也逐渐兴起。目前，随着电子器件的功率越来越大，尺寸越来越小。对应用材料提出了以下要求：吸收效率高、有效吸收带宽宽、抗氧化性好、耐高温、重量轻和厚度薄。然而，制备纯的单相材料来满足高电磁波吸收要求仍然是一个挑战。多相复合结构可以有效地实现轻量化设计，调节阻抗匹配，提高吸波性能。但是在单相材料中实现协同的介电损耗和磁损耗是非常困难的。因此，选择什么样的材料体系以及如何对该材料进行优化改性，对于开发轻质、易加工、宽带吸收能力高、高温稳定性和抗氧化性能优异的单相电磁波吸波材料具有重要意义。

2、近年来“高熵”这一概念的提出为材料设计带来了新思路，“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，对于电磁波吸收材料而言，“高熵”的出现使得通过介电/磁损耗耦合设计新材料成为可能。通过成分设计来调整ghz频率范围内介电和磁损耗的有效途径，从而获得更好的阻抗匹配和微波吸收性能。

3、目前，没有关于锰酸稀土基高熵陶瓷纳米纤维的任何报道，更没有锰酸稀土基高熵陶瓷纳米纤维的实际应用。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种稀土基锰酸高熵陶瓷纳米纤维及其制备和应用，解决了现有技术未涉及锰酸稀土基高熵陶瓷纳米纤维的问题，制得的纳米纤维具备的稳定性、耐高温和耐腐蚀优点，在5～18ghz波段具有很强的电磁波吸收效能。

2、为了达到上述目的，本发明提供了一种稀土基锰酸高熵陶瓷纳米纤维，所述纳米纤维材料的化学式为(la0.2y0.2tm0.2lu0.2ca0.2)mno3、(la0.2sm0.2eu0.2gd0.2ca0.2)mno3、(ho0.2er0.2tm0.2lu0.2ca0.2)mno3或(la0.2sm0.2eu0.2gd0.2dy0.2)mno3；

3、所述纳米纤维材料的结构为钙钛矿正交或六方结构。

4、优选地，所述纳米纤维材料的平均直径为200nm。

5、本发明提供了一种如所述的稀土基锰酸高熵陶瓷纳米纤维的制备方法，该方法包含：

6、(1)将等物质的量的稀土金属盐和碱土金属盐溶解于溶剂中，加入锰盐并充分搅拌溶解，制得前驱体溶液；

7、所述稀土金属盐为硝酸盐、氯化盐、醋酸盐、溴化盐和碘化盐中的任意一种或两种以上；所述的稀土金属为la、y、tm、lu、sm、eu、gd、ho、er和dy中的任意一种或两种以上；

8、所述等物质的量的稀土金属盐和碱土金属盐中的稀土金属盐有四种，碱土金属盐有一种；

9、(2)将制得的前驱体溶液加入助纺剂，搅拌直至完全溶解，制得锰酸稀土盐前驱体纺丝液；

10、(3)将制得的锰酸稀土盐前驱体纺丝液进行静电纺丝，制得锰酸稀土盐前驱体纤维；

11、(4)将制得的锰酸稀土盐前驱体纤维在气体气氛下，以1～2℃/min的升温速率升温至600～800℃并保温，随炉降温，制得锰酸稀土基高熵陶瓷纳米纤维。

12、所述稀土金属盐与碱土金属盐物质的量只有相等或很接近时，只能制得高熵材料，否则制得的不为高熵材料，且容易出现物相不纯。

13、优选地，在步骤(1)中，所述碱土金属盐为硝酸钙，所述锰盐为醋酸锰。

14、更优选地，稀土金属盐为硝酸盐。

15、更优选地，锰盐的物质的量为稀土金属盐和碱土金属盐的物质的量之和的0.2，锰盐的添加量也是按化学计量比进行，否则会出现物相不纯的情况。所述溶剂为水、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇和n,n-二甲基甲酰胺中的任意一种或两种以上。

16、优选地，在步骤(2)中，所述助纺剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯腈和聚醋酸乙烯脂中的任意一种或两种以上。

17、优选地，在步骤(2)中，所述助纺剂为锰酸稀土盐前驱体纺丝液质量的5％～20％。

18、更优选地，所述助纺剂为锰酸稀土盐前驱体纺丝液质量的10％。助纺剂的含量调控溶液的粘度，若粘度过低无法进行纺丝，粘度过高制得的纤维会出现粘连和气泡不均匀的现象。

19、优选地，在步骤(3)中，所述静电纺丝的条件包含：纺丝电压为15～22kv，喷丝速度为0.1～0.5ml/h，接收距离为10～60cm，纺丝的湿度为25％～35％、温度为20～27℃。所述静电纺丝条件以外的参数可能会导致纤维均匀性差，无法纺丝，影响形貌和后续测试性能。

20、优选地，在步骤(4)中，所述气体为空气；所述保温的时间为2h。

21、本发明提供了一种如所述的稀土基锰酸高熵陶瓷纳米纤维在防电磁辐射材料中的应用。

22、本发明的一种稀土基锰酸高熵陶瓷纳米纤维及其制备和应用，解决了现有技术未涉及锰酸稀土基高熵陶瓷纳米纤维的问题，具有以下优点：

23、1、本发明以含有稀土元素中至少四种、碱土金属元素和过渡金属元素为金属源，以静电纺丝技术手段，首次制得了稀土基锰酸高熵纳米纤维。

24、2、本发明利用介电损耗和磁损耗的协同作用使得反射损耗增加，制得的稀土基锰酸高熵纳米纤维在5～18ghz波段具有很强的电磁波吸收效能，同时具备的稳定性、耐高温和耐腐蚀优点，保证了稀土基锰酸高熵纳米纤维在低厚度和小重量维度下成为优异的防电磁辐射材料。

25、3、本发明采用的静电纺丝法操作方便，设备简单，成本低廉，可以有效地制备可控直径连续纤维膜，可以实现大批量生产，具有广泛的应用前景。

技术特征：

1.一种稀土基锰酸高熵陶瓷纳米纤维，其特征在于，所述纳米纤维材料的化学式为(la0.2y0.2tm0.2lu0.2ca0.2)mno3、(la0.2sm0.2eu0.2gd0.2ca0.2)mno3、

2.根据权利要求1所述的稀土基锰酸高熵陶瓷纳米纤维，其特征在于，所述纳米纤维材料的平均直径为200nm。

3.一种如权利要求1～2任一项所述的稀土基锰酸高熵陶瓷纳米纤维的制备方法，其特征在于，该方法包含：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述碱土金属盐为硝酸钙，所述锰盐为醋酸锰。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，锰盐的物质的量为稀土金属盐和碱土金属盐的物质的量之和的五分之一；所述溶剂为水、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇和n,n-二甲基甲酰胺中的任意一种或两种以上。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述助纺剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯腈和聚醋酸乙烯脂中的任意一种或两种以上。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述助纺剂为锰酸稀土盐前驱体纺丝液质量的5％～20％。

8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述静电纺丝的条件包含：纺丝电压为15～22kv，喷丝速度为0.1～0.5ml/h，接收距离为10～60cm，纺丝的湿度为25％～35％、温度为20～27℃。

9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述气体为空气；所述保温的时间为2h。

10.一种如权利要求1～2任一项所述的稀土基锰酸高熵陶瓷纳米纤维在防电磁辐射材料中的应用。

技术总结本发明公开了一种稀土基锰酸高熵陶瓷纳米纤维及其制备和应用，该纳米纤维材料的化学式为(La<subgt;0.2</subgt;Y<subgt;0.2</subgt;Tm<subgt;0.2</subgt;Lu<subgt;0.2</subgt;Ca<subgt;0.2</subgt;)MnO<subgt;3</subgt;、(La<subgt;0.2</subgt;Sm<subgt;0.2</subgt;Eu<subgt;0.2</subgt;Gd<subgt;0.2</subgt;Ca<subgt;0.2</subgt;)MnO<subgt;3</subgt;、(Ho<subgt;0.2</subgt;Er<subgt;0.2</subgt;Tm<subgt;0.2</subgt;Lu<subgt;0.2</subgt;Ca<subgt;0.2</subgt;)MnO<subgt;3</subgt;或(La<subgt;0.2</subgt;Sm<subgt;0.2</subgt;Eu<subgt;0.2</subgt;Gd<subgt;0.2</subgt;Dy<subgt;0.2</subgt;)MnO<subgt;3</subgt;；所述纳米纤维材料的结构为钙钛矿正交或六方结构。本发明解决了现有技术未涉及锰酸稀土基高熵陶瓷纳米纤维的问题。本发明以静电纺丝技术手段，制得的纳米纤维具备的稳定性、耐高温和耐腐蚀优点，在5～18GHz波段具有很强的电磁波吸收效能。技术研发人员：曾增明,汤海滨受保护的技术使用者：厦门鹭瓷新材料科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/16