【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及红外辐射材料领域，尤其涉及一种多主元掺杂的低导热高熵红外辐射材料。
技术介绍
1、热传递有三种主要形式，即热对流、热传导和热辐射。根据维恩位移定律和普朗克定律，在1000℃下黑体90%的能量是通过热辐射传递的，而辐射热波长大部分在红外波段。因此，可以考虑通过热辐射进一步散热，特别是在高温真空环境中，其中热辐射耗散占主导地位，并且大部分辐射波长在红外波段。红外辐射除了在高超声速飞行器、先进航空发动机、航天器上有应用前景外，还可应用于工业锅炉内部，提高燃料利用率，起到节能环保的作用。因此，研究具有低导热系数和高红外发射率的综合防热涂层材料具有重要意义。
2、目前，对热防护涂层的研究主要集中在热障涂层上，热障涂层通常采用导热系数低的材料进行隔热，并提供防冲蚀和防腐蚀性能，它用于航空和陆基燃气轮机的热段部件，以提高其热效率和耐用性。然而，由于高超音速飞行器和先进航空发动机的快速发展，单一的低热导率热障涂层难以满足高温下的实际应用。
3、源于“节能降碳”背景和“双碳”目标，以改善表面辐射特性和强化辐射传热为目的的新型红外辐射节能材料应运而生。目前，红外辐射材料多以氧化物体系为主，包括稀土氧化物、堇青石、尖晶石、六铝酸盐、缺陷萤石、钙钛矿等，其通过多相混合或者掺杂来提高混合材料的红外发射率，这影响了该材料在高温环境下的结构热稳定性，材料本身极易在高温下发生再次反应，从而使该材料的红外辐射性能降低。
4、a2b2o7型氧化物是一类组分可调空间大和结构包容性强的结构陶瓷材料，具有优异的热学、电学
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种性能良好的多主元掺杂的低导热高熵红外辐射材料。
2、为解决上述问题，本专利技术所述的一种多主元掺杂的低导热高熵红外辐射材料，其特征在于：该高熵红外辐射材料的导热率＜1 w·(m·k)-1，在1~16μm波段的红外发射率＞0.90；其化学式为a2b2o7，其中a位为la、sm、eu、ni、co中的至少三种元素，且各元素的含量介于20~34%之间；b位为ce、zr、cr、mn中的至少两种，且各元素的含量介于25~50%之间。
3、所述高熵红外辐射材料具有缺陷萤石或烧绿石结构，属于立方面晶体系，fm-3m空间群或fd-3m空间群。
4、如上所述的一种多主元掺杂的低导热高熵红外辐射材料的制备方法，包括以下步骤：
5、步骤1：以金属元素摩尔比为1：1的aox粉末和boy粉末为原料，aox为la2o3、sm2o3、eu2o3、nio、coo粉末中的至少三种，且各元素的含量介于20~34%之间，boy为ceo2、zro2、cr2o3、mno2粉末中的至少两种，且各元素的含量介于25~50%之间；各原料经球磨混合、干燥、研磨、过400目筛，即得前驱体粉末；
6、步骤2：所述前驱体粉末在空气气氛中高温煅烧，经冷却、研磨即得a2b2o7高熵氧化物粉体材料；
7、步骤3：所述a2b2o7高熵氧化物粉体材料过400目筛，经压片、高温煅烧、冷却，即得高熵红外辐射材料。
8、所述步骤1中球磨的条件是指采用行星式球磨机，球磨介质为氧化锆球，球磨转速为200~400 r/min，球磨时间为12~24小时球料水的质量比为3：1：2。
9、所述步骤1中干燥的条件是指温度为80~100℃，干燥时间为12~24小时。
10、所述步骤2中高温煅烧的条件是指煅烧温度为1000~1500℃，升温速率为3~5℃/min，煅烧时间为6~8小时。
11、所述步骤3中压片的条件是指用粉末压片机，压力为20~31mpa，压片时间为10~20min。
12、所述步骤3中高温煅烧的条件是指煅烧温度为1000~1500℃，升温速率为5℃/min，煅烧时间为6~8小时。
13、所述步骤2和所述步骤3中冷却方式为随炉冷却、空气淬火冷却和液氮淬火冷却中的一种。
14、本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
15、1、本专利技术制备的高熵红外辐射材料，化学式为a2b2o7，具有缺陷萤石或烧绿石结构，属于立方面晶体系，其中a、b位离子和氧空位均随机分布，呈现无序状态。a、b位阳离子半径比值（ra/rb）是影响相结构的主要因素，如图1所示。当ra/rb＜1.46时，倾向于形成缺陷萤石结构，fm-3m空间群；当1.46≤ra/rb≤1.78时，倾向于形成有序烧绿石结构，fd-3m空间群，阳离子a3+和b4+分别位于16c和16d位置并形成有序的立方密堆积排列。
16、2、本专利技术由于a、b位同时存在多主元素，使材料具有更高的掺杂宽容度，在带隙引入杂质能级，拓宽载流子发生跃迁的范围，促进自由载流子的跃迁频率，提高价带中载流子的浓度，从而提高了材料的红外发射率。
17、3、本专利技术中由于多种主元元素在质量和半径上的差异，使得晶格膨胀或收缩产生晶格畸变，同时晶体对称性降低使偶极矩增加，从而促进了转动振动能级的吸收，进而提高了材料的红外发射率。
18、4、本专利技术中a、b位元素包括稀土元素和过渡金属元素，多价态元素化合价的变化能够产生小极化子，进而促进电子跃迁，提高中红外发射率，使得低导热高熵a2b2o7红外辐射材料在1~16μm波段的红外发射率＞0.90。
19、5、本专利技术中由于高浓度氧空位的存在和多组分阳离子在独特的高熵构型中的高度无序排列，该高度无序的高熵结构可以显著增强晶格非简谐振动，增强声子散射，导致热导率的大幅度降低，800℃的导热率最低为0.58 w·(m·k)-1。
20、6、本专利技术所述材料采用机械湿磨法和高温煅烧相结合的方法制备，具有制备技术简单，可重复性强，生产效率高，适用于自动化操作等优点。所得高熵红外辐射材料物相单一、纯度高、元素分布均匀等特点，作为隔热材料在航空航天器、大型能源设备、工业窑炉、电站锅炉等热防护领域具有潜在的应用价值。
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1.一种多主元掺杂的低导热高熵红外辐射材料，其特征在于：该高熵红外辐射材料的导热率＜1 W·(m·k)-1，在1~16μm波段的红外发射率＞0.90；其化学式为A2B2O7，其中A位为La、Sm、Eu、Ni、Co中的至少三种元素，且各元素的含量介于20~34%之间；B位为Ce、Zr、Cr、Mn中的至少两种，且各元素的含量介于25~50%之间。
2.如权利要求1所述的一种多主元掺杂的低导热高熵红外辐射材料，其特征在于：所述高熵红外辐射材料具有缺陷萤石或烧绿石结构，属于立方面晶体系，Fm-3m空间群或Fd-3m空间群。
3.如权利要求1所述的一种多主元掺杂的低导热高熵红外辐射材料的制备方法，包括以下步骤：
4.如权利要求3所述的一种多主元掺杂的低导热高熵红外辐射材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1中球磨的条件是指采用行星式球磨机，球磨介质为氧化锆球，球磨转速为200~400 r/min，球磨时间为12~24小时球料水的质量比为3：1：2。
5.如权利要求3所述的一种多主元掺杂的低导热高熵红外辐射材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1中
6.如权利要求3所述的一种多主元掺杂的低导热高熵红外辐射材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2中高温煅烧的条件是指煅烧温度为1000~1500℃，升温速率为3~5℃/min，煅烧时间为6~8小时。
7.如权利要求3所述的一种多主元掺杂的低导热高熵红外辐射材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3中压片的条件是指用粉末压片机，压力为20~31MPa，压片时间为10~20min。
8.如权利要求3所述的一种多主元掺杂的低导热高熵红外辐射材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3中高温煅烧的条件是指煅烧温度为1000~1500℃，升温速率为5℃/min，煅烧时间为6~8小时。
9.如权利要求3所述的一种多主元掺杂的低导热高熵红外辐射材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2和所述步骤3中冷却方式为随炉冷却、空气淬火冷却和液氮淬火冷却中的一种。
...【技术特征摘要】
1.一种多主元掺杂的低导热高熵红外辐射材料，其特征在于：该高熵红外辐射材料的导热率＜1 w·(m·k)-1，在1~16μm波段的红外发射率＞0.90；其化学式为a2b2o7，其中a位为la、sm、eu、ni、co中的至少三种元素，且各元素的含量介于20~34%之间；b位为ce、zr、cr、mn中的至少两种，且各元素的含量介于25~50%之间。
2.如权利要求1所述的一种多主元掺杂的低导热高熵红外辐射材料，其特征在于：所述高熵红外辐射材料具有缺陷萤石或烧绿石结构，属于立方面晶体系，fm-3m空间群或fd-3m空间群。
3.如权利要求1所述的一种多主元掺杂的低导热高熵红外辐射材料的制备方法，包括以下步骤：
4.如权利要求3所述的一种多主元掺杂的低导热高熵红外辐射材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1中球磨的条件是指采用行星式球磨机，球磨介质为氧化锆球，球磨转速为200~400 r/min，球磨时间为12~24小时球料水的质量比为3：1：2。
5.如权利要求3所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：马军，高祥虎，高建军，姚小军，张国山，刘宝华，何成玉，辛广洋，
申请(专利权)人：甘肃电投常乐发电有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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