CN113754422A - 一种多孔高熵铁酸稀土陶瓷材料及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种多孔高熵铁酸稀土陶瓷材料及其制备方法与应用。所述陶瓷材料以化学式REFeO3表示，RE选自La、Nd、Sm、Eu、Gd、Ho、Er、Tm、Lu和Y中的至少五种；所述多孔高熵铁酸稀土陶瓷材料含有直径在0.1‑25μm之间的孔。通过高温固相法或溶胶凝胶法制备得到。该材料具有低导热系数。

Description

一种多孔高熵铁酸稀土陶瓷材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于高熵材料制备技术领域，具体涉及一种多孔高熵铁酸稀土陶瓷材料及其制备方法与应用。
背景技术
高熵陶瓷通常指由5种或5种以上陶瓷组元形成的固溶体，其具有非常优异的高熵效应及性能。2004年中国台湾的叶均蔚教授提出了高熵合金的概念，2015年，美国北卡罗莱纳州立大学的Rost、Maria和杜克大学的Curtarolo等报道了一种岩盐结构的熵稳定氧化物陶瓷，高熵陶瓷的概念由此被提出。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。
高熵陶瓷目前主要研究对象包括氧化物、碳化物、硼化物、硅化物等，其中氧化物包括钙钛矿结构、尖晶石结构、萤石结构等。目前为止高熵陶瓷的合成以高温固相合成为主，湿化学和外延生长方法也被采用。现有技术发表的关于高熵陶瓷的论文和专利文献，主要关注点在于其合成方法、以及保温、耐热性能方面，其他方面的性质尚未得到太多关注，尤其是如何降低材料的导热系数。
多孔陶瓷可分为微孔陶瓷、介孔陶瓷和大孔陶瓷，其中微孔陶瓷指孔径小于2nm的多孔陶瓷，介孔陶瓷指孔径介于2nm和50nm之间的多孔陶瓷，大孔陶瓷指孔径大于50nm的多孔陶瓷。目前多孔陶瓷的制备方法主要有四种，分别是部分烧结法、牺牲模板法、复制模板法和直接发泡法。多孔陶瓷的应用领域广泛，在催化、催化剂载体、耐火绝缘材料等领域均有非常广泛的应用。
稀土铁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。ABO3钙钛矿型结构掺杂后晶体结构会产生畸变，为了保持材料的结构稳定和电荷守恒，形成氧空位和元素变价两种电荷补偿机制，氧空位的产生可以提高材料传递氧和储存氧的能力，同样元素变价是载流子通过改变价态从A位点跃迁到B位点以实现空穴的传导。
钙钛矿型稀土铁酸盐REFeO3(主要以铁酸镧为主)由于其理想的晶体结构及A、B位掺杂后的稳定性，在场诱导的电子自旋方向调整、介电弛豫、磁相互作用、磁等方面均表现优异，使其拥有丰富的光、电、磁、催化等性质。在红外辐射材料、快速磁光开关、光点空间位置测量技术和磁光传感器等磁光器件、光催化、固态氧化物燃料电池、化学传感器和半导体等领域具有广泛的应用前景。然而如何制备一种孔径可控、导热系数低的多孔高熵铁酸稀土陶瓷成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种多孔高熵铁酸稀土陶瓷材料，其以化学式REFeO3表示，RE选自La、Nd、Sm、Eu、Gd、Ho、Er、Tm、Lu和Y中的至少五种；
所述多孔高熵铁酸稀土陶瓷材料含有直径在0.1-25μm之间的孔。
根据本发明的实施方案，所述多孔高熵铁酸稀土陶瓷材料含有直径在0.3-20μm之间的孔，示例性为400nm、600nm、800nm、3μm、15μm、20μm。
根据本发明的实施方案，所述孔均匀分布在所述多孔高熵铁酸稀土陶瓷材料中。优选地，所述孔可以为通孔。
根据本发明的实施方案，所述多孔高熵铁酸稀土陶瓷材料的导热系数小于0.6W/mK，优选小于0.5W/mK，示例性为0.45W/mK、0.46W/mK、0.47W/mK、0.48W/mK、0.49W/mK。
根据本发明的实施方案，所述多孔高熵铁酸稀土陶瓷材料可以选自(La0.2Sm0.2Gd0.2Er0.2Y0.2)FeO3、(La0.2Nd0.2Gd0.2Er0.2Y0.2)FeO3、(La0.2Nd0.2Eu0.2Er0.2Lu0.2)FeO3、(La0.2Eu0.2Ho0.2Er0.2Tm0.2)FeO3或(La0.2Nd0.2Eu0.2Ho0.2Y0.2)FeO3。
本发明还提供所述多孔高熵铁酸稀土陶瓷材料的一种制备方法，包括如下步骤：
(A)高熵铁酸稀土粉体与成孔剂A、水、和任选添加或不添加的粘结剂混合球磨，得到的混合物经干燥、压块，得到致密的坯体；所述坯体经烧结、保温，得到所述多孔高熵铁酸稀土陶瓷材料；
或者(B)高熵铁酸稀土粉体与成孔剂B形成的胶体经冷冻干燥后，烧结、保温，得到所述多孔高熵铁酸稀土陶瓷材料；
其中，所述成孔剂A为纤维素纳米纤维、纤维素纳米晶和纤维素粉中的至少一种，所述成孔剂B为三聚氰胺-二硼酸盐微纤维溶胶。
根据本发明的实施方案，所述纤维素纳米纤维的直径为4-10nm，长为1-3μm；例如直径为4-8nm，长为1.5-2μm。
根据本发明的实施方案，所述纤维素纳米晶的直径为5-20nm，长为50-200nm；例如直径为8-16nm，长为80-150nm。
根据本发明的实施方案，所述纤维素粉粒径≤25μm，例如纤维素粉粒径≤15μm。
根据本发明的实施方案，方案(A)中，所述高熵铁酸稀土粉体与成孔剂A的质量比为1:(0.1-0.5)，例如1:(0.2-0.4)，示例性为1:0.1、1:0.2、1:0.3、1:0.4。
根据本发明的实施方案，方案(A)中，所述粘结剂为PVP、PVB、聚乙二醇等中的至少一种。进一步地，所述粘接剂与所述高熵铁酸稀土粉体的质量比为(0.03-0.08):1，例如(0.04-0.07):1，示例性为0.03:1，0.04:1，0.05:1，0.06:1，0.07:1，0.08:1。
根据本发明的实施方案，方案(A)中，所述水和高熵铁酸稀土粉体的体积质量比(mL/g)为(3-10):3，例如(4-7):3，示例性为5:3。
根据本发明的实施方案，方案(B)中，所述高熵铁酸稀土粉体与成孔剂B的摩尔比为1:(0.1-0.5)，例如1:(0.2-0.4)，示例性为1:0.1、1:0.2、1:0.3、1:0.4、1:0.5。
根据本发明的实施方案，方案(B)中，所述高熵铁酸稀土粉体与成孔剂B混合，加热条件下搅拌形成悬浮液，所述悬浮液自然冷却至室温形成胶体。其中，所述加热的温度为85-95℃，例如87-93℃，示例性为90℃。其中，所述搅拌为高速搅拌。
根据本发明的实施方案，方案(B)中，所述冷冻干燥的温度为-90～-80℃，例如-88～-82℃，示例性为-80℃，-90℃。其中，所述冷冻干燥的时间为12-72h，例如24-60h，示例性为24h、36h。
根据本发明的实施方案，所述高熵铁酸稀土粉体可以由下述方案(一)或方案(二)制备得到：
方案(一)：(1-1)包含氧化铁和至少五种稀土氧化物RE2O3的原料经球磨，得到的混合物经过干燥、过筛、压块，得到致密的坯体；
(1-2)所述坯体经过烧结、保温，得到高熵铁酸稀土陶瓷；
(1-3)所述高熵铁酸稀土陶瓷碎样处理后，得到所述高熵铁酸稀土粉体；
方案(二)：(2-1)包含硝酸铁、至少五种稀土硝酸盐RE(NO3)3、柠檬酸和乙二醇的混合物，加热回流，反应得到铁酸稀土基溶胶；
(2-2)所述铁酸稀土基溶胶经蒸发、干燥处理，得到铁酸稀土基凝胶；
(2-3)所述铁酸稀土基凝胶研磨后煅烧，得到所述高熵铁酸稀土粉体；
其中，RE具有如上文所述的含义。
根据本发明的实施方案，各稀土元素的摩尔量相同。
根据本发明的实施方案，步骤(1-1)中，Fe3+与RE3+ 总的摩尔比为1:1。
根据本发明的实施方案，步骤(1-3)中，所述碎样处理的时间为5-30s，例如10-20s，示例性为5s、10s、15s、20s、25s、30s。进一步地，所述碎样处理可以在碳化钨震动磨样机中进行。
根据本发明的实施方案，步骤(2-1)中，ME3+ 总表示Fe3+与RE3+ 总之和，ME3+ 总与柠檬酸的摩尔比为1:(1.2-2)，例如1:(1.4-1.8)，示例性为1:1.2、1:1.4、1:1.5、1:1.6、1:1.8、1:2。
根据本发明的实施方案，步骤(2-1)中，所述柠檬酸与乙二醇的质量比为1:(1.2-1.5)，例如1:(1.3-1.4)。
根据本发明的实施方案，步骤(2-1)中，所述加热回流的温度为70-90℃，例如75-85℃，示例性为70℃、75℃、80℃、85℃、90℃。
根据本发明的实施方案，步骤(2-1)中，所述加热回流条件下应保持搅拌，搅拌速度为300-800rpm。
根据本发明的实施方案，步骤(2-1)中，所述反应的时间为2-4h，例如2.5-3.5h，示例性为2h、2.5h、3h、3.5h、4h。
根据本发明的实施方案，步骤(2-2)中，所述蒸发的温度为70-90℃，例如75-85℃，示例性为70℃、75℃、80℃、85℃、90℃。进一步地，所述蒸发的时间为2-4h，例如2.5-3.5h，示例性为2h、2.5h、3h、3.5h、4h。
根据本发明的实施方案，步骤(2-2)中，所述干燥处理的温度为100-120℃，例如105-115℃，示例性为100℃、105℃、110℃、115℃、120℃。进一步地，所述干燥处理的时间为6-12h，例如7-10h，示例性为6h、7h、8h、9h、10h。
根据本发明的实施方案，步骤(2-3)中，所述煅烧的温度为600-900℃，例如700-800℃，示例性为600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃、900℃。进一步地，所述煅烧的时间为2-3h，例如2h、2.5h、3h。
根据本发明的实施方案，方案(A)和/或方案(一)步骤(1-1)中，所述球磨为高能球磨。
例如，高能球磨的转速为200-500rpm，比如为300-400rpm，示例性为200rpm、300rpm、400rpm、500rpm。
例如，高能球磨的时间为6-24h，比如为8-16h，示例性为10h、13h、16h、20h、24h。
例如，所述球磨模式为2:4，即工作2min后间歇4min，正转反转依次轮换。
例如，球磨所用的磨球为氧化锆球。例如，氧化锆球与粉体原料的质量比为(2-10):1；比如(3-8):1，示例性为2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1。
例如，氧化锆球中的大球、中球和小球的质量比＝1:(1-3):1，示例性为1:2:1。
根据本发明的实施方案，方案(A)和/或方案(一)步骤(1-1)中，所述干燥温度为60-90℃，例如70-80℃，示例性为60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃。进一步地，所述干燥的时间为12-24h，例如15-20h，示例性为12h、15h、18h、20h、24h。
根据本发明的实施方案，方案(A)和/或方案(一)步骤(1-1)中，所述压块的压力为5-15MPa，例如8-12MPa，示例性为5MPa、8MPa、10MPa、12MPa、15MPa。进一步地，所述压块的压制时间为0.5-1min，例如0.5min、0.8min、1min。
根据本发明的实施方案，方案(A)和/或方案(一)步骤(1-1)中，所述烧结的温度为900-1500℃，例如1000-1400℃，示例性为900℃、1000℃、1100℃、1200℃、1300℃、1400℃。进一步地，所述保温的时间为6-24h，例如8-20h，示例性为6h、8h、10h、12h、15h、18h、20h、24h。
本发明还提供上述方法制备得到的多孔高熵铁酸稀土陶瓷。
本发明还提供上述多孔高熵铁酸稀土陶瓷在低导热材料、红外辐射吸收或磁性能方面的应用。
本发明的有益效果：
现有技术制备铁酸稀土陶瓷主要以铁酸镧为主，在高熵稀土陶瓷领域暂时空白，本发明则首次填补了制备得到高熵铁酸稀土陶瓷的空白。
(1)本发明提供的多孔高熵铁酸稀土陶瓷的孔径在0.1-25μm范围内可控。
(2)本发明提供多种多孔高熵铁酸稀土制备工艺，制备工艺简单，合成的粉体晶粒小且分布均匀。
(3)本发明利用纤维素造孔形成多孔陶瓷，以纤维素作为成孔剂容易形成通孔，通孔有利于进一步降低材料的导热系数；且纤维素的碳含量少，能有效防止陶瓷材料的碳化；同时其成本相对较低。三聚氰胺-二硼酸盐碳含量低，可通过降温凝胶方式形成规则块体，免去了后续加工中的压制成型步骤。孔隙的增加，使陶瓷的比表面积增大，进一步降低材料的导热系数，从而提升材料的使用寿命。单一铁酸稀土陶瓷，其导热系数大于1W/mk，但在五种稀土离子的掺杂的条件下，陶瓷无孔情况下的导热系数约在0.72W/mk左右，本发明多孔陶瓷的导热系数小于0.50W/mk。
同时，还可以在一定程度上增加了陶瓷的韧性。
(4)本发明制备的多孔高熵铁酸稀土陶瓷在红外辐射吸收以及磁性能方面表现优异。
(5)本发明方法采用高温固相法或溶胶-凝胶法，流程简单而操作条件可控，易于产业化推广应用。
附图说明
图1为本发明的高温固相法制备多孔高熵铁酸稀土陶瓷工艺流程图。
图2为本发明的溶胶-凝胶法制备多孔高熵铁酸稀土陶瓷工艺流程图。
图3为本发明实施例1中合成的(La0.2Sm0.2Gd0.2Er0.2Y0.2)FeO3多孔高熵陶瓷粉体的XRD图谱。
图4为本发明实施例1中合成的(La0.2Sm0.2Gd0.2Er0.2Y0.2)FeO3多孔高熵陶瓷的SEM图(标尺：5μm)及EDS元素分布图。
图5为本发明实施例2中合成的(La0.2Nd0.2Gd0.2Er0.2Y0.2)FeO3多孔高熵陶瓷的SEM图(标尺：5μm)及EDS元素分布图。
图6为本发明实施例3中合成的(La0.2Nd0.2Eu0.2Er0.2Lu0.2)FeO3多孔高熵陶瓷的SEM图(标尺：5μm)及EDS元素分布图。
图7为本发明实施例4中合成的(La0.2Sm0.2Gd0.2Er0.2Y0.2)FeO3多孔高熵陶瓷的SEM图(标尺：5μm)及EDS元素分布图。
图8为本发明实施例5中合成的(La0.2Eu0.2Ho0.2Er0.2Tm0.2)FeO3多孔高熵陶瓷的SEM图(标尺：50μm)及EDS元素分布图。
图9为本发明实施例6中合成的(La0.2Nd0.2Eu0.2Ho0.2Y0.2)FeO3多孔高熵陶瓷的SEM图(标尺：50μm)及EDS元素分布图。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明的技术方案做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
除非另有说明，以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。
实施例1一种多孔高熵铁酸稀土陶瓷材料的制备，经过以下步骤(流程如图1所示)：
(1)分别称取0.0125mol的La2O3、Sm2O3、Gd2O3、Er2O3、Y2O3粉以及0.0625mol的Fe2O3粉置于500ml氧化锆球磨罐中，加入30ml超纯水，74g氧化锆球(大中小球的质量比＝1:2:1)进行高能球磨，控制球磨机转速400rpm，球磨24h；
(2)将球磨后的混合物置于80℃条件下干燥24h，完成后过200目标准筛进行筛分，而后将粉末进行压块，设置压块机压力为10MPa，压制1min，压制完成后将坯体A放入马弗炉中进行烧结，控制烧结温度1500℃，升温速度2℃/min，保温时间24h，反应完成后将其置于碳化钨震动碎样机中，反应10s，得到高熵铁酸稀土陶瓷粉体((La0.2Sm0.2Gd0.2 Er0.2Y0.2)FeO3)；
(3)称取30g高熵铁酸稀土陶瓷粉体(La0.2Sm0.2Gd0.2 Er0.2Y0.2)FeO3，6g纤维素纳米纤维(其直径为4-10nm，长度为1-3μm)-成孔剂A，置于500ml氧化锆球磨罐中进行球磨，加入50ml超纯水，72g氧化锆球(大中小球的质量比＝1:2:1)进行高能球磨，控制球磨机转速400rpm，球磨24h；
(4)将球磨后的混合物置于80℃条件下干燥24h，完成后过100目标准筛进行筛分，而后将粉末进行压块，设置压块机压力为10MPa，压制1min，压制完成后将坯体B放入马弗炉中进行烧结，控制烧结温度1500℃，升温速度2℃/min，保温时间6h，即可得到多孔高熵铁酸稀土陶瓷((La0.2Sm0.2Gd0.2Er0.2Y0.2)FeO3)，采用hotdisk设备检测材料的导热系数，得到其导热系数为：0.4951W/mK。
多孔高熵铁酸稀土陶瓷(La0.2Sm0.2Gd0.2Er0.2Y0.2)FeO3的SEM图和EDS元素分布图如图4所示，说明：由上述方案制备得到的高熵铁酸稀土陶瓷孔隙分布均匀，其孔径约在600nm左右，五种稀土金属元素分布均匀，实现了五种稀土金属的均匀掺杂。
其XRD图谱如图3所示，从上至下分别为：(La0.2Sm0.2Gd0.2 Er0.2Y0.2)FeO3 XRD图、LaFeO3(PDF#75-0439)标准卡片、SmFeO3(PDF#74-1474)标准卡片、GdFeO3(PDF#74-1476)标准卡片、ErFeO3(PDF#47-0072)标准卡片以及YFeO3(PDF#73-1345)标准卡片。说明：(La0.2Sm0.2Gd0.2 Er0.2Y0.2)FeO3的XRD图中的特征峰基本上涵盖了其余五种铁酸稀土盐，相对应于标准卡片特征峰的位置，制备得到的高熵铁酸稀土的特征峰有些许偏移，这是由于五种稀土金属离子掺杂进铁酸盐的钙钛矿结构中，离子间的相互作用引起了峰的偏移，从而说明制备得到的高熵铁酸稀土陶瓷为(La0.2Sm0.2Gd0.2 Er0.2Y0.2)FeO3。
实施例2一种多孔高熵铁酸稀土陶瓷材料的制备，经过以下步骤：
(1)分别称取0.0125mol的La2O3、Nd2O3、Gd2O3、Er2O3、Y2O3粉以及0.0625mol的Fe2O3粉置于500ml氧化锆球磨罐中，加入30ml超纯水，370g氧化锆球(大中小球的质量比＝1:2:1)进行高能球磨，控制球磨机转速200rpm，球磨12h；
(2)将球磨后的混合物置于90℃条件下干燥12h，完成后过200目标准筛进行筛分，而后将粉末进行压块，设置压块机压力为15MPa，压制0.5min，压制完成后将块体放入马弗炉中进行烧结，控制烧结温度1500℃，升温速度2℃/min，保温时间12h，反应完成后将其置于碳化钨震动碎样机中，反应20s，得到高熵铁酸稀土陶瓷粉体((La0.2Nd0.2Gd0.2Er0.2Y0.2)FeO3)；
(3)称取30g高熵铁酸稀土陶瓷粉体(La0.2Nd0.2Gd0.2Er0.2Y0.2)FeO3，3g纤维素纳米晶(其直径为5-20nm，长度为50-200nm)-成孔剂A，置于500ml氧化锆球磨罐中进行球磨，加入50ml超纯水，360g氧化锆球(大中小球的质量比＝1:2:1)进行高能球磨，控制球磨机转速200rpm，球磨12h；
(4)将球磨后的混合物置于90℃条件下干燥12h，完成后过100目标准筛进行筛分，而后将粉末进行压块，设置压块机压力为10MPa，压制0.5min，压制完成后将块体放入马弗炉中进行烧结，控制烧结温度1500℃，升温速度2℃/min，保温时间6h，即可得到多孔高熵铁酸稀土陶瓷((La0.2Nd0.2Gd0.2Er0.2Y0.2)FeO3)，采用hotdisk设备检测材料的导热系数，得到其导热系数为：0.4743W/mK。
La0.2Nd0.2Gd0.2Er0.2Y0.2)FeO3的SEM图和EDS元素分布图如图5所示，说明：由上述方案制备得到的高熵铁酸稀土陶瓷孔隙分布均匀，其孔径约在3μm左右，五种稀土金属元素分布均匀，实现了五种稀土金属的均匀掺杂。
实施例3一种多孔高熵铁酸稀土陶瓷材料的制备，经过以下步骤：
(1)分别称取0.003mol的La(NO3)3·6H2O、Nd(NO3)3·6H2O、Eu(NO3)3·6H2O、Er(NO3)3·6H2O、Lu(NO3)3·6H2O，0.015mol的Fe(NO3)3·9H2O以及0.036mol一水柠檬酸置于200ml圆底烧瓶中，配制成总金属离子浓度为0.3mol·L-1的水溶液，再添加9.1213g的乙二醇作为分散剂；
(2)将上述溶液在70℃条件下进行加热回流，控制搅拌速度500rpm，反应3h，形成溶胶，将溶胶在80℃条件下蒸发4h，完成后，在100℃条件下干燥12h，得到铁酸稀土基凝胶；然后将凝胶在800℃条件下煅烧2h，即可得到高熵铁酸稀土粉体((La0.2Nd0.2Eu0.2Er0.2Lu0.2)FeO3)；
(3)称取30g高熵铁酸稀土陶瓷粉体(La0.2Nd0.2Eu0.2Er0.2Lu0.2)FeO3，9g纤维素纳米纤维(其直径为4-10nm，长度为1-3μm)-成孔剂A，置于500ml氧化锆球磨罐中进行球磨，加入50ml超纯水，120g氧化锆球(大中小球的质量比＝1:2:1)进行高能球磨，控制球磨机转速500rpm，球磨12h；
(4)将球磨后的混合物置于80℃条件下干燥12h，完全干燥后进行压块，设置压块机压力为15MPa，压制0.5min，压制完成后将块体放入马弗炉中进行烧结，控制烧结温度1500℃，升温速度2℃/min，保温时间12h，即可得到多孔高熵铁酸稀土陶瓷((La0.2Nd0.2Eu0.2Er0.2Lu0.2)FeO3)，采用hotdisk设备检测材料的导热系数，得到其导热系数为：0.4823W/mK。
(La0.2Nd0.2Eu0.2Er0.2Lu0.2)FeO3的SEM图和EDS元素分布图如图6所示，说明：由上述方案制备得到的高熵铁酸稀土陶瓷孔隙分布均匀，其孔径约在800nm左右，五种稀土金属元素分布均匀，实现了五种稀土金属的均匀掺杂。
实施例4一种多孔高熵铁酸稀土陶瓷材料的制备，经过以下步骤：
(1)分别称取0.004mol的La(NO3)3·6H2O、Sm(NO3)3·6H2O、Er(NO3)3·6H2O、Gd(NO3)3·6H2O、Y(NO3)3·6H2O，0.02mol的Fe(NO3)3·9H2O以及0.08mol一水柠檬酸置于200ml圆底烧瓶中，配制成总金属离子浓度为0.4mol·L-1的水溶液，再添加25.2168g的乙二醇作为分散剂；
(2)将上述溶液在80℃条件下进行加热回流，控制搅拌速度500rpm，反应4h，形成溶胶，将溶胶在90℃条件下蒸发3h，完成后，在120℃条件下干燥6h，得到铁酸稀土基凝胶；然后将凝胶在900℃条件下煅烧2h，即可得到高熵铁酸稀土粉体((La0.2Sm0.2Gd0.2Er0.2Y0.2)FeO3)；
(3)称取30g高熵铁酸稀土陶瓷粉体(La0.2Sm0.2Gd0.2Er0.2Y0.2)FeO3，9g纤维素粉(其粒径≤25μm)-成孔剂A，置于500ml氧化锆球磨罐中进行球磨，加入50ml超纯水，300g氧化锆球(大中小球质量比＝1:2:1)进行高能球磨，控制球磨机转速500rpm，球磨6h；
(4)将球磨后的混合物置于90℃条件下干燥12h，完全干燥后进行压块，设置压块机压力为10MPa，压制0.5min，压制完成后将块体放入马弗炉中进行烧结，控制烧结温度1200℃，升温速度2℃/min，保温时间24h，即可得到多孔高熵铁酸稀土陶瓷((La0.2Sm0.2Gd0.2Er0.2Y0.2)FeO3)，采用hotdisk设备检测材料的导热系数，得到其导热系数为：0.4933W/mK。
(La0.2Sm0.2Gd0.2Er0.2Y0.2)FeO3的SEM图和EDS图如图7所示，说明：由上述方案制备得到的高熵铁酸稀土陶瓷孔隙分布均匀，其孔径约在400nm左右，五种稀土金属元素分布均匀，实现了五种稀土金属的均匀掺杂。
实施例5一种多孔高熵铁酸稀土陶瓷材料的制备，经过以下步骤(流程如图2所示)：
(1)分别称取0.004mol的La(NO3)3·6H2O、Eu(NO3)3·6H2O、Ho(NO3)3·6H2O、Er(NO3)3·6H2O、Tm(NO3)3·6H2O，0.02mol的Fe(NO3)3·9H2O以及0.08mol一水柠檬酸置于200ml圆底烧瓶中，配制成总金属离子浓度为0.4mol·L-1的水溶液，再添加25.2168g的乙二醇作为分散剂；
(2)将上述溶液在80℃条件下进行加热回流，控制搅拌速度500rpm，反应4h，形成溶胶，将溶胶在90℃条件下蒸发3h，完成后，在120℃条件下干燥6h，得到铁酸稀土基凝胶；然后将凝胶在900℃条件下煅烧2h，即可得到高熵铁酸稀土粉体((La0.2Eu0.2Ho0.2Er0.2Tm0.2)FeO3)；
(3)分别量取50ml 0.03mol·L-1三聚氰胺与硼酸，将二者等比例混合，在90℃条件下反应1h制备得到三聚氰胺-二硼酸盐微纤维溶胶，然后加入30g高熵铁酸稀土陶瓷粉体(La0.2Eu0.2Ho0.2Er0.2Tm0.2)FeO3，在80℃条件下高速搅拌1h形成悬浮液，悬浮液自然冷却至室温后进行-80℃冷冻干燥，干燥时间36h；完全干燥后将凝胶放入马弗炉中进行烧结，控制烧结温度1200℃，升温速度2℃/min，保温时间18h，即可得到多孔高熵铁酸稀土陶瓷((La0.2Eu0.2Ho0.2Er0.2Tm0.2)FeO3)，采用hotdisk设备检测材料的导热系数，得到其导热系数为：0.4986/mK。
(La0.2Eu0.2Ho0.2Er0.2Tm0.2)FeO3的SEM图和EDS元素分布图如图8所示，说明：由上述方案制备得到的高熵铁酸稀土陶瓷孔隙分布均匀，其孔径约在20μm左右，五种稀土金属元素分布均匀，实现了五种稀土金属的均匀掺杂。
实施例6一种多孔高熵铁酸稀土陶瓷材料的制备，经过以下步骤：
(1)分别称取0.003mol的La(NO3)3·6H2O、Nd(NO3)3·6H2O、Eu(NO3)3·6H2O、Ho(NO3)3·6H2O、Y(NO3)3·6H2O，0.015mol的Fe(NO3)3·9H2O以及0.036mol一水柠檬酸置于200ml圆底烧瓶中，配制成总金属离子浓度为0.3mol·L-1的水溶液，再添加9.1213g的乙二醇作为分散剂；
(2)将上述溶液在90℃条件下进行加热回流，控制搅拌速度800rpm，反应3h，形成溶胶，将溶胶在90℃条件下蒸发3h，完成后，在100℃条件下干燥12h，得到铁酸稀土基凝胶；然后将凝胶在900℃条件下煅烧2h，即可得到高熵铁酸稀土粉体((La0.2Nd0.2Eu0.2Ho0.2Y0.2)FeO3)；
(3)分别量取50ml 0.05mol·L-1三聚氰胺与硼酸，将二者等比例混合，在90℃条件下反应2h制备得到三聚氰胺-二硼酸盐微纤维溶胶，然后加入30g高熵铁酸稀土陶瓷粉体(La0.2Nd0.2Eu0.2Ho0.2Y0.2)FeO3，在90℃条件下高速搅拌1h形成悬浮液，悬浮液自然冷却至室温后进行-90℃冷冻干燥，干燥时间24h；完全干燥后将凝胶放入马弗炉中进行烧结，控制烧结温度1300℃，升温速度2℃/min，保温时间6h，即可得到多孔高熵铁酸稀土陶瓷((La0.2Nd0.2Eu0.2Ho0.2Y0.2)FeO3)，采用hotdisk设备检测材料的导热系数，得到其导热系数为：0.4925W/mK。
(La0.2Nd0.2Eu0.2Ho0.2Y0.2)FeO3的SEM图和EDS元素分布图如图9所示，说明：由上述方案制备得到的高熵铁酸稀土陶瓷孔隙分布均匀，其孔径约在15μm左右，五种稀土金属元素分布均匀，实现了五种稀土金属的均匀掺杂。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多孔高熵铁酸稀土陶瓷材料，其特征在于，所述陶瓷材料以化学式REFeO3表示，RE选自La、Nd、Sm、Eu、Gd、Ho、Er、Tm、Lu和Y中的至少五种；
所述多孔高熵铁酸稀土陶瓷材料含有直径在0.1-25μm之间的孔。
2.根据权利要求1所述的陶瓷材料，其特征在于，所述多孔高熵铁酸稀土陶瓷材料含有直径在0.3-20μm之间的孔。
优选地，所述孔均匀分布在所述多孔高熵铁酸稀土陶瓷材料中。
优选地，所述多孔高熵铁酸稀土陶瓷材料的导热系数小于0.6W/mK。
优选地，所述多孔高熵铁酸稀土陶瓷材料选自(La0.2Sm0.2Gd0.2Er0.2Y0.2)FeO3、(La0.2Nd0.2Gd0.2Er0.2Y0.2)FeO3、(La0.2Nd0.2Eu0.2Er0.2Lu0.2)FeO3、(La0.2Eu0.2Ho0.2Er0.2Tm0.2)FeO3或(La0.2Nd0.2Eu0.2Ho0.2Y0.2)FeO3。
3.权利要求1或2所述多孔高熵铁酸稀土陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(A)高熵铁酸稀土粉体与成孔剂A、水、和任选添加或不添加的粘结剂混合球磨，得到的混合物经干燥、压块，得到致密的坯体；所述坯体经烧结、保温，得到所述多孔高熵铁酸稀土陶瓷材料；
或者(B)高熵铁酸稀土粉体与成孔剂B形成的胶体经冷冻干燥后，烧结、保温，得到所述多孔高熵铁酸稀土陶瓷材料；
其中，所述成孔剂A为纤维素纳米纤维、纤维素纳米晶和纤维素粉中的至少一种，所述成孔剂B为三聚氰胺-二硼酸盐微纤维溶胶。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述纤维素纳米纤维的直径为4-10nm，长为1-3μm。
优选地，所述纤维素纳米晶的直径为5-20nm，长为50-200nm。
优选地，所述纤维素粉粒径≤25μm。
优选地，方案(A)中，所述高熵铁酸稀土粉体与成孔剂A的质量比为1:(0.1-0.5)。
优选地，方案(A)中，所述粘结剂为PVP、PVB和聚乙二醇中的至少一种。
优选地，所述粘接剂与所述高熵铁酸稀土粉体的质量比为(0.03-0.08):1。
优选地，方案(A)中，所述水和高熵铁酸稀土粉体的体积质量比(mL/g)为(3-10):3。
5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，方案(B)中，所述高熵铁酸稀土粉体与成孔剂B的摩尔比为1:(0.1-0.5)。
优选地，方案(B)中，所述高熵铁酸稀土粉体与成孔剂B混合，加热条件下搅拌形成悬浮液，所述悬浮液自然冷却至室温形成胶体。优选地，所述加热的温度为85-95℃。优选地，所述搅拌为高速搅拌。
优选地，方案(B)中，所述冷冻干燥的温度为-90～-80℃。优选地，所述冷冻干燥的时间为12-72h。
6.根据权利要求3-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述高熵铁酸稀土粉体由下述方案(一)或方案(二)制备得到：
方案(一)：(1-1)包含氧化铁和至少五种稀土氧化物RE2O3的原料经球磨，得到的混合物经过干燥、过筛、压块，得到致密的坯体；
(1-2)所述坯体经过烧结、保温，得到高熵铁酸稀土陶瓷；
(1-3)所述高熵铁酸稀土陶瓷碎样处理后，得到所述高熵铁酸稀土粉体；
方案(二)：(2-1)包含硝酸铁、至少五种稀土硝酸盐RE(NO3)3、柠檬酸和乙二醇的混合物，加热回流，反应得到铁酸稀土基溶胶；
(2-2)所述铁酸稀土基溶胶经蒸发、干燥处理，得到铁酸稀土基凝胶；
(2-3)所述铁酸稀土基凝胶研磨后煅烧，得到所述高熵铁酸稀土粉体；
其中，RE具有如权利要求1所述的含义。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，各稀土元素的摩尔量相同。
优选地，步骤(1-1)中，Fe3+与RE3+ 总的摩尔比为1:1。
优选地，步骤(1-3)中，所述碎样处理的时间为5-30s。
优选地，步骤(2-1)中，ME3+ 总表示Fe3+与RE3+ 总之和，ME3+ 总与柠檬酸的摩尔比为1:(1.2-2)。
优选地，步骤(2-1)中，所述柠檬酸与乙二醇的质量比为1:(1.2-1.5)。
优选地，步骤(2-1)中，所述加热回流的温度为70-90℃。
优选地，步骤(2-1)中，所述加热回流条件下应保持搅拌。
优选地，步骤(2-1)中，所述反应的时间为2-4h。
优选地，步骤(2-2)中，所述蒸发的温度为70-90℃。优选地，所述蒸发的时间为2-4h。
优选地，步骤(2-2)中，所述干燥处理的温度为100-120℃。优选地，所述干燥处理的时间为6-12h。
优选地，步骤(2-3)中，所述煅烧的温度为600-900℃。优选地，所述煅烧的时间为2-3h。
8.根据权利要求3-7任一项所述的制备方法，其特征在于，方案(A)和/或方案(一)步骤(1-1)中，所述球磨为高能球磨。
优选地，方案(A)和/或方案(一)步骤(1-1)中，所述干燥温度为60-90℃。优选地，所述干燥的时间为12-24h。
优选地，方案(A)和/或方案(一)步骤(1-1)中，所述压块的压力为5-15MPa。优选地，所述压块的压制时间为0.5-1min。
优选地，方案(A)和/或方案(一)步骤(1-1)中，所述烧结的温度为900-1500℃。优选地，所述保温的时间为6-24h。
9.权利要求3-8任一项所述方法制备得到的多孔高熵铁酸稀土陶瓷。
10.权利要求1、2和9任一项所述多孔高熵铁酸稀土陶瓷在低导热材料、红外辐射吸收或磁性能方面的应用。
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