一种稀土掺杂钨酸基高熵陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种稀土掺杂钨酸基高熵多孔陶瓷及其制备方法，具有以下化学通式：RE

【技术实现步骤摘要】
一种稀土掺杂钨酸基高熵陶瓷及其制备方法


[0001]本专利技术属于高熵陶瓷材料
，具体而言，涉及一种稀土掺杂钨酸基高熵陶瓷及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，高熵陶瓷(High-entropy ceramics，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，因其导热系数低、硬度高、耐环境性强等特性越来越受到人们的关注。高熵陶瓷通常指由五种或五种以上陶瓷组元形成的固溶体，因其独特的“高熵效应”及优越的性能，近年来已成为陶瓷领域的热点。熵是热力学中表征物质混乱程度的参量，其概念由克劳修斯(T.Clausius)于1854年提出。熵越低，系统越稳定有序；熵越高，系统越混乱。高熵陶瓷的研究最早可追溯到2015年，随后越来越多的高熵陶瓷，包括萤石结构、钙钛矿结构、尖晶石结构的高熵氧化物陶瓷以及硼化物、碳化物、氮化物、硅化物等非氧化物高熵陶瓷如雨后春笋般涌现出来，逐渐成为研究热点。高熵陶瓷的特点可以概括为四点：(1)热力学的高熵效应；(2)结构的晶格畸变效应；(3)动力学的迟滞扩散效应；(4)性能上的“鸡尾酒”效应。高熵材料的核心效应之一是缓慢扩散，其中由于固溶体引起的晶格畸变和多元素的协同扩散，阻碍了原子的运动和原子的有效扩散，因此，当高温下使用高熵材料时，可以保持细小的晶粒，并期望晶粒生长速度缓慢，这种慢扩散效应为TBC材料即晶粒细小、生长速度慢的高熵固溶体的设计开辟了一个新的窗口。
[0003]钨酸盐作为典型的钙钛矿结构化合物，具有优良的耐高温、抗氧化性能。目前对于钨酸盐陶瓷的研究较少，关于可见光催化材料的研究主要以钨酸铋(Bi2WO6)为主，钨酸铋是一种带隙较窄(约2.7eV)可响应可见光的新型材料，同时还是V-VIB-VIA族n型直接带隙跃迁半导体材料，属于典型的钙钛矿结构，呈现出(Bi2O2)
2+
层和(WO4)
2-层交替排列的层状结构，这种独特的三明治结构会导致在层间形成电场，促进光生电子和空穴的分离，使其具有较好的物理化学性能，在铁电、热释电、光催化活性、压电和发光性能等方面均有良好表现。
[0004]但是随着使用条件越来越苛刻，对材料光催化活性要求越来越高，现有的以钨酸铋为主的钨酸基可见光催化材料已经不能满足使用的要求，因此，如何寻找一种具有优异光催化活性的高熵陶瓷成为研究的热点。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在提供一种稀土掺杂钨酸基高熵陶瓷及其制备方法，经稀土掺杂后钨酸基高熵陶瓷具有优异的可见光催化活性。
[0006]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种稀土掺杂钨酸基高熵陶瓷，采用稀土元素掺杂钨酸铋，具有以下化学通式：RE
x
Bi
0.4
WO6，其中，RE选自稀土元素La，Nd，Sm，Eu，Gd，Dy，Ho，Yb，Tm，Lu，Sc和Y中的至少四种，x＝0.4乘以稀土元素种类的数量。
[0007]根据本专利技术，钨酸基高熵陶瓷材料为(La
0.4
Nd
0.4
Eu
0.4
Gd
0.4
Bi
0.4
)WO6、(Sm
0.4
Dy
0.4
Ho
0.4
Yb
0.4
Bi
0.4
)WO6、(La
0.4
Eu
0.4
Tm
0.4
Lu
0.4
Bi
0.4
)WO6或(Tm
0.4
Lu
0.4
Sc
0.4
Y
0.4
Bi
0.4
)WO6。
[0008]根据本专利技术，钨酸基高熵陶瓷材料为多孔陶瓷材料或无孔致密陶瓷材料。优选地，当钨酸基高熵陶瓷材料为多孔陶瓷材料时，孔为通孔，孔径为0.1～15μm；优选为0.2～10μm；更优选为0.4～0.8μm。
[0009]根据本专利技术另一方面，还提供了一种钨酸基高熵陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：S1、制备钨酸基高熵陶瓷粉体；
[0010]S2、将钨酸基高熵陶瓷粉体与乙醇进行高能球磨；或者将钨酸基高熵陶瓷粉体与成孔剂、乙醇混合后进行高能球磨，得到混合物；
[0011]S3、将步骤S2中制备的混合物干燥、压块，得到致密坯体，将致密坯体经烧结、保温，得到钨酸基高熵陶瓷或钨酸基高熵多孔陶瓷。
[0012]根据本专利技术，步骤S1中采用高温固相法制备钨酸基高熵陶瓷粉体，包括：S11、将氧化钨、氧化铋和稀土氧化物RE2O3的原料球磨，得到的混合物经干燥、过筛、压块，得到致密坯体；RE选自稀土元素La，Nd，Sm，Eu，Gd，Dy，Ho，Yb，Tm，Lu，Sc和Y中的至少四种，且W
6+
与Bi
3+
+RE
3+
总的摩尔比为1:2。S12、将致密坯体经烧结、保温，得到高熵钨酸陶瓷，将高熵钨酸陶瓷碎样处理，得到高熵钨酸陶瓷粉体。
[0013]优选地，氧化钨、氧化铋和稀土氧化物RE2O3原料的摩尔比为5:1:1:1:1:1。
[0014]根据本专利技术，步骤S1中采用水热合成法制备钨酸基高熵陶瓷粉体，包括：
[0015]S11、将钨酸钠溶解于溶剂中，将稀土元素硝酸盐和硝酸铋溶于稀硝酸溶液中，将得到的钨酸钠溶液缓慢滴入含有硝酸铋和硝酸稀土盐的溶液中，调节pH值为5.5-9.5，待稳定后搅拌30-60分钟，得到白色悬浊液；硝酸稀土盐水溶液中稀土元素RE为选自La，Nd，Sm，Eu，Gd，Dy，Ho，Yb，Tm，Lu，Sc和Y中的至少四种，且W
6+
与Bi
3+
+RE
3+
总摩尔比为1:2；
[0016]S12、将白色悬浊液倒入含有聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在160～220℃下水热合成反应2～24小时，将反应产物经离心、洗涤，即可得到钨酸基高熵陶瓷粉体。优选地，离心转速为8000～12000rpm，离心时间为1～3min。
[0017]优选地，洗涤为先用超纯水洗涤2～3次，后用无水乙醇洗涤2～3次。
[0018]根据本专利技术，步骤S11中，所述溶剂选自水、乙二醇、甘露醇、聚乙二醇和吡啶中的一种。
[0019]优选地，钨酸钠溶液的浓度为0.1～0.5mol/L；硝酸铋与稀土离子的总摩尔溶度为钨酸钠溶液摩尔溶度的2倍。
[0020]优选地，硝酸铋和硝酸稀土盐采用浓度为0.5～2mol/L的稀硝酸溶解。
[0021]根据本专利技术，成孔剂为纤维素纳米纤维、纤维素纳米晶和纤维素粉中的一种或多种。优选地，纤维素纳米纤维的直径为4-10nm，长为1-3μm；优选直径为4-8nm，长为1.5-2μm。优选地，纤维素纳米晶的直径为5-20nm，长为50-200nm。优选地，纤维素粉粒径≤25μm。优选地，钨酸基高熵陶瓷粉体与成孔剂的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种稀土掺杂钨酸基高熵陶瓷，其特征在于，采用稀土元素掺杂钨酸铋，具有以下化学通式：RE
x
Bi
0.4
WO6，其中，RE选自稀土元素La，Nd，Sm，Eu，Gd，Dy，Ho，Yb，Tm，Lu，Sc和Y中的至少四种，x＝0.4乘以稀土元素种类的数量。2.根据权利要求1所述的钨酸基高熵陶瓷，其特征在于，所述钨酸基高熵陶瓷材料可以为(La
0.4
Nd
0.4
Eu
0.4
Gd
0.4
Bi
0.4
)WO6、(Sm
0.4
Dy
0.4
Ho
0.4
Yb
0.4
Bi
0.4
)WO6、(La
0.4
Eu
0.4
Tm
0.4
Lu
0.4
Bi
0.4
)WO6或(Tm
0.4
Lu
0.4
Sc
0.4
Y
0.4
Bi
0.4
)WO6。3.根据权利要求1所述的钨酸基高熵陶瓷，其特征在于，所述高熵钨酸基高熵陶瓷为多孔陶瓷材料或无孔致密陶瓷材料。优选地，当所述钨酸基高熵陶瓷为多孔陶瓷材料时，孔为通孔，孔径为0.1～15μm；优选为0.2～10μm；更优选为0.4～0.8μm。4.一种钨酸基高熵陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、制备钨酸基高熵陶瓷粉体；S2、将所述钨酸基高熵陶瓷粉体与乙醇进行高能球磨；或者将所述钨酸基高熵陶瓷粉体与成孔剂、乙醇混合后进行高能球磨，得到混合物；S3、将步骤S2中制备的混合物干燥、压块，得到致密坯体，将所述致密坯体经烧结、保温，得到所述钨酸基高熵陶瓷或所述钨酸基高熵多孔陶瓷。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中采用高温固相法制备钨酸基高熵陶瓷粉体，包括：S11、将氧化钨、氧化铋和稀土氧化物RE2O3的原料球磨，得到的混合物经干燥、过筛、压块，得到致密坯体；RE选自稀土元素La，Nd，Sm，Eu，Gd，Dy，Ho，Yb，Tm，Lu，Sc和Y中的至少四种，且W
6+
与Bi
3+
+RE
3+总
的摩尔比为1:2；S12、将所述致密坯体经烧结、保温，得到高熵钨酸陶瓷，将所述高熵钨酸陶瓷碎样处理，得到高熵钨酸陶瓷粉体。优选地，所述氧化钨、氧化铋和稀土氧化物RE2O3原料的摩尔比为5:1:1:1:1:1。...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛丽燕，杨帆，王凯先，张雪松，谢美英，邵志恒，杜畅，林婉晴，
申请(专利权)人：厦门稀土材料研究所，
类型：发明
国别省市：