一种中熵陶瓷纳米纤维气凝胶及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115477546A(43)申请公布日2022.12.16(21)申请号202210948172.6C04B35/624(2006.01)(22)申请日2022.08.09(71)申请人哈尔滨工业大学地址150000黑龙江省哈尔滨市南岗区黄河路73号哈尔滨工业大学二校区土木工程学院(72)发明人徐翔李惠付树彬刘荻舟邓远芃郭靖然(74)专利代理机构哈尔滨市哈科专利事务所有限责任公司23101专利代理师孟策(51)Int.Cl.C04B35/80(2006.01)C04B35/48(2006.01)C04B35/622(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称一种中熵陶瓷纳米纤维气凝胶及其制备方法(57)摘要本发明提供一种中熵陶瓷纳米纤维气凝胶及其制备方法，将高度可纺性的有机前驱体混合溶液利用远场静电纺丝结合高温退火的方法，在保留钛氧化物良好的反射热辐射性能的同时通过中熵效应合纳米纤维增强的方式克服钛氧化物力学性能差的缺点，进而充分发挥钛氧化物陶瓷材料在高温条件下的防火隔热性能。本发明制备方法具有生产效率高、生产成本低的优势，所制备的中熵陶瓷纳米纤维气凝胶材料具有柔性高、高温隔热性能优异、反射热辐射能力强的优点，具有广泛的应用前景。CN115477546ACN115477546A权利要求书1/1页1.一种中熵陶瓷纳米纤维气凝胶的制备方法，其特征在于，步骤如下：步骤一、制备具有高度可纺性的有机前驱体混合溶液：分别将聚乙酰丙酮合锆、钛酸四丁酯或钛酸异丁酯或异丙醇钛和氨丙基三乙氧基硅烷或正硅酸乙酯或正硅酸甲酯，其按照摩尔比Zr:Ti:Si＝1:1:0.2的比例，加入到有机溶剂或去离子水中，同时按照摩尔比Zr:Y＝9:1的比例加入乙酸钇或硝酸钇作为相稳定剂加入到溶液中，待前驱体溶液充分搅拌融合后，加入高分子助纺剂并再次搅拌均匀，所述的高分子助纺剂加入的质量与有机溶剂或去离子水的质量比例为5‑40:1000，制得的有机前驱体混合溶液的在温度20～30℃时的粘度为0.2～100Pa·s；步骤二、将有机前驱体混合溶液推入静电纺丝装置并利用远场静电纺丝的方法进行静电纺丝，纺丝针头与收集装置的距离保持在0.4～0.8m；步骤三、通过静电纺丝产生的纳米纤维在远电场中充分的扰动与缠绕，并在收集器上形成蓬松的三维结构；步骤四、将步骤三所收集的纳米纤维进行高温退火热处理，形成氧化物陶瓷，得到中熵陶瓷纳米纤维气凝胶材料。2.根据权利要求1所述的一种中熵陶瓷纳米纤维气凝胶的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述的有机溶剂为甲醇、乙醇或乙酸。3.根据权利要求1所述的一种中熵陶瓷纳米纤维气凝胶的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述的高分子助纺剂为聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚丙烯酰胺中的一种或多种任意比例混合。4.根据权利要求1所述的一种中熵陶瓷纳米纤维气凝胶的制备方法，其特征在于：步骤二中，控制所述的有机前驱体混合溶液由注射器推入纺丝针的速度为0.5～3.0ml/h。5.根据权利要求4所述的一种中熵陶瓷纳米纤维气凝胶的制备方法，其特征在于：步骤二中，通过高压电源控制远场静电纺丝电压保持在25～40kV。6.根据权利要求5所述的一种中熵陶瓷纳米纤维气凝胶的制备方法，其特征在于：步骤二中，在远场静电纺丝过程中控制静电纺丝箱的温度保持在20～30℃，湿度保持在40～70％。7.根据权利要求1‑6任一项所述的一种中熵陶瓷纳米纤维气凝胶的制备方法，其特征在于：步骤四中采用鼓风式马弗炉进行高温退火处理，鼓风式马弗炉温度设定梯度升温，以0.1～10℃/min的速度从室温升高到600～1200℃，保温1～24h，然后降至室温。8.根据权利要求7所述的一种中熵陶瓷纳米纤维气凝胶的制备方法制备的一种中熵陶瓷纳米纤维气凝胶。9.根据权利要求8所述的一种中熵陶瓷纳米纤维气凝胶材料的纤维直径为200～1500nm。2CN115477546A说明书1/5页一种中熵陶瓷纳米纤维气凝胶及其制备方法技术领域[0001]本发明属于无机纳米隔热材料领域，具体涉及一种中熵陶瓷纳米纤维气凝胶及其制备方法。背景技术[0002]二氧化钛材料具有良好的高温稳定性、低热膨胀系数、低导热率等优异性能，特别是对于热辐射有良好的反射作用，可以应用于高温隔热、复合材料等相关领域，可以有效降低热传导以及反射高温下的热辐射。但是二氧化钛气凝胶在力学性能差限制了其在高温隔热领域方面的应用。通过制备中熵陶瓷体系，可以通过晶格畸变以及减缓原子扩散效应可以在保持其反射热辐射能力的同时有效增强二氧化钛陶瓷体系的力学性能。此外，纳米纤维气凝胶体系相较于零维颗粒陶瓷气凝胶和二维片层堆叠气凝胶，具有更好的力学柔韧性，因此设计制备了中熵陶