本申請涉及一種高熵稀土燒綠石結構錫酸鹽纖維及其制備方法，屬于高熵陶瓷和纖維材料。

背景技術：

1、雖然許多氧化物在高溫下具備較好的化學穩定性和耐腐蝕性，但它們的熱穩定性、機械性能、電導性等方面的局限性也在一定程度上限制了它們的高溫應用。為了克服這些局限，通常需要開發新的高溫材料或改進現有材料的性能。燒綠石氧化物（a2b2o7）因其獨特的晶體結構和多功能特性而受到廣泛關注和研究。燒綠石結構源自螢石結構，具有高度的對稱性和穩定性，使其能夠在高溫和惡劣的環境條件下保持晶體完整性。

2、然而，目前燒綠石氧化物的研究主要集中在顆粒形態上，這與顆粒形態帶來的優勢密切相關。顆粒材料具有相對較大的表面積，提供了更多的活性位點。顆粒燒綠石材料在高溫條件下保持良好的結構完整性和物理化學性能，使其適用于高溫應用。顆粒燒綠石材料的粒徑和形態可以通過調節合成參數（如溫度、時間和摻雜元素）來控制，這可以優化它們在不同應用中的性能。

3、除了通常研究的顆粒燒綠石化合物外，還開發了一種獨特形態的燒綠石復合氧化物。通過調控合成物的形態，顯著提高了它們的光催化性能。這表明，改善化合物的形態可以對其材料性能產生重大影響。燒綠石氧化物的顆粒形態已經在各種應用中取得了重大進展，而纖維形態的研究還處于起步階段。現有研究表明，纖維形態能夠提供更高的比表面積，這有利于提高催化和導電性能。因此，制備具有纖維形態的燒綠石氧化物用于催化應用是一種可行的方法。

4、燒綠石氧化物通常具有高熔點和優異的熱穩定性，然而，這也對纖維成型和燒結工藝提出了挑戰。在高溫下實現結構完整性對于保持晶體結構至關重要。在纖維制造過程中，高溫燒結通常伴隨著顯著的體積收縮，這可能會導致纖維開裂或形態變形，從而影響纖維的比表面積和功能性能。因此，如何解決這些纖維材料的燒結挑戰是一個關鍵問題。

5、高熵氧化物（heo）是一類新型材料，由四種或更多種等摩爾或接近等摩爾比的主要元素組成。自2015年rost、maria和curtarolo首次報道巖鹽結構的高熵氧化物以來，這些材料作為一個新興領域引起了研究人員的極大關注，使高熵陶瓷在眾多領域展現出卓越的應用潛力。采用使材料高熵化的策略可以提高燒綠石化合物的結構穩定性，減輕高溫應用過程中的不利影響。然而，合成高熵化合物需要更高的燒結溫度，這可能會導致纖維產生斷裂。然而，現有技術無法實現高熵燒綠石氧化物纖維的成功制備，基于此，我們需要開發新的工藝過程來獲得高熵燒綠石氧化物纖維。

6、技術方案

7、基于上述技術問題，本發明提出一種高熵稀土燒綠石結構錫酸鹽纖維及其制備方法。一方面能夠解決氧化物材料的高溫應用出現的問題；另一方面解決纖維材料在高溫下結構發生破壞，導致性能下降等問題。本專利制備出的均勻良好的高熵燒綠石氧化物纖維，可以作為為催化劑在使用中的負載基體，同時能夠推動高熵纖維材料在高溫領域的應用。

8、為實現上述目的，本發明提出一種高熵稀土燒綠石結構錫酸鹽纖維及其制備方法。具體技術方案如下：

9、一種高熵稀土燒綠石結構錫酸鹽纖維，其特征在于，包括高熵稀土燒綠石結構錫酸鹽纖維，其化學表達式為a2sn2o7，所述高熵稀土燒綠石結構錫酸鹽纖維中a位由四種稀土元素組成。

10、進一步的，所述的高熵稀土燒綠石結構錫酸鹽纖維的a位四種稀土元素為鑭、釹、釤和釓，所述a位稀土元素由六水合硝酸鑭、五水合硝酸釹、六水合硝酸釤和六水合硝酸釓引入，所述b位錫元素由無水氯化錫引入。

11、本發明還提供了一種高熵稀土燒綠石結構錫酸鹽纖維的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

12、s1：將四種稀土硝酸鹽進行混合溶于乙醇溶液中得到溶液a，將無水氯化錫加入酸性溶液中得到溶液b，接著將a和b兩種溶液混合并加入紡絲助劑充分攪拌溶解，最終獲得紡絲前驅體溶液；

13、s2：對所述紡絲前驅體溶液通過靜電紡絲工藝得到高熵稀土前驅體纖維；

14、s3：對所述高熵稀土前驅體纖維進行煅燒處理，得到高熵稀土燒綠石結構錫酸鹽纖維。

15、進一步的，在步驟s1中，所述四種稀土硝酸鹽為六水合硝酸鑭、五水合硝酸釹、六水合硝酸釤和六水合硝酸釓，其純度大于99wt%，且六水合硝酸鑭、五水合硝酸釹、六水合硝酸釤和六水合硝酸釓四者摩爾比例為1：1：1：1，所述四種稀土硝酸鹽在乙醇溶液中比例為2~10wt%。

16、進一步的，在步驟s1中，所述無水氯化錫純度大于99wt%，酸性溶液為稀醋酸和稀鹽酸中一種，稀醋酸和稀鹽酸濃度均為為1~2mol/l，所述無水氯化錫在酸性溶液中比例為5~15wt%。

17、進一步的，在步驟s1中，所述紡絲助劑為聚乙烯咯吡烷酮（pvp），所述攪拌采用機械攪拌方法，攪拌速率為50~200rpm/min，攪拌時間為2~10h。

18、進一步的，在步驟s2中，所述靜電紡絲工藝紡絲參數為：正極15~30kv，負極-10~0kv，滾筒轉速50~150rpm，接收距離5~20cm，環境溫度為20~50℃，環境濕度為25~50%。

19、進一步的，在步驟s3中，所述煅燒處理溫度為800~1100℃，升溫速率為1~5℃/min，保溫時間為2~10h。

20、進一步的，在步驟s3中，根據本專利最佳實例，所述煅燒處理溫度為1000℃，升溫速率為2℃/min，保溫時間為4h。

21、基于上述技術方案，本發明至少具有如下有益效果：

22、（1）本發明制備靜電紡絲前驅體溶液時所使用的，即通過鹽酸抑制無水四氯化錫溶液水解的方法，無明顯固體沉淀產生，溶液呈無色均勻的狀態，有利于靜電紡絲過程的穩定；

23、（2）本發明用來制備納米纖維紡絲氈所采用的方法是靜電紡絲方法，用靜電紡絲機完成，流程簡單，設備易操作，能夠制備出均勻且形貌良好的納米纖維，并在離型紙上剝離出完整的纖維氈；

24、（3）本發明的高熵稀土燒綠石結構錫酸鹽纖維作為一種新型材料，具有高溫耐受性、耐腐蝕性、輕質高強的特點，使得它在建筑、航空航天、汽車、海洋工程、環保以及復合材料領域具有顯著的應用前景。隨著材料科學的進一步發展，未來高熵燒綠石纖維可能在更多高端技術領域中找到新的應用，并推動相關產業的發展。

技術實現思路

技術特征：

1.一種高熵稀土燒綠石結構錫酸鹽纖維，其特征在于，包括高熵稀土燒綠石結構錫酸鹽纖維，其化學表達式為a2sn2o7，所述高熵稀土燒綠石結構錫酸鹽纖維中a位由四種稀土元素組成。

2.根據權利要求1所述的高熵稀土燒綠石結構錫酸鹽纖維，其特征在于，a位的四種稀土元素為鑭、釹、釤和釓，所述a位稀土元素由六水合硝酸鑭、五水合硝酸釹、六水合硝酸釤和六水合硝酸釓引入，所述b位錫元素由無水氯化錫引入。

3.一種如權利要求1所述的高熵稀土燒綠石結構錫酸鹽纖維的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

4.根據權利要求3所述的高熵稀土燒綠石結構錫酸鹽纖維的制備方法，其特征在于，s1中，所述四種稀土硝酸鹽為六水合硝酸鑭、五水合硝酸釹、六水合硝酸釤和六水合硝酸釓，其純度大于99wt%，且六水合硝酸鑭、五水合硝酸釹、六水合硝酸釤和六水合硝酸釓四者摩爾比例為1：1：1：1，所述四種稀土硝酸鹽在乙醇溶液中比例為2~10wt%。

5.根據權利要求3所述的高熵稀土燒綠石結構錫酸鹽纖維的制備方法，其特征在于，s1中，所述無水氯化錫純度大于99wt%，酸性溶液為稀醋酸和稀鹽酸中一種，濃度均為1~2mol/l，所述無水氯化錫在酸性溶液中比例為5~15wt%。

6.根據權利要求3所述的高熵稀土燒綠石結構錫酸鹽纖維的制備方法，其特征在于，s1中，所述紡絲助劑為聚乙烯咯吡烷酮（pvp），所述攪拌采用機械攪拌方法，攪拌速率為50~200rpm/min，攪拌時間為2~10h。

7.根據權利要求3所述的高熵稀土燒綠石結構錫酸鹽纖維的制備方法，其特征在于，s2中，所述靜電紡絲工藝紡絲參數為：正極15~30kv，負極-10~0kv，滾筒轉速50~150rpm，接收距離5~20cm，環境溫度為20~50℃，環境濕度為25~50%。

8.根據權利要求3所述的高熵稀土燒綠石結構錫酸鹽纖維的制備方法，其特征在于，s3中，所述煅燒處理溫度為800~1100℃，升溫速率為1~5℃/min，保溫時間為2~10h。

9.根據權利要求8所述，其特征在于，s3中，煅燒處理溫度為1000℃，升溫速率為2℃/min，保溫時間為4h。

技術總結
本發明公開了一種高熵燒綠石氧化物纖維及其制備方法，包括以下步驟：1：將四種稀土硝酸鹽進行混合溶于乙醇溶液中得到溶液A，將無水氯化錫加入酸性溶液中得到溶液B，接著將A和B兩種溶液混合并加入紡絲助劑充分攪拌溶解，最終獲得紡絲前驅體溶液。2：對所述紡絲前驅體溶液通過靜電紡絲工藝得到高熵稀土前驅體纖維；3：對所述高熵稀土前驅體纖維進行煅燒處理，得到高熵稀土燒綠石結構錫酸鹽纖維。其關鍵創新點在于：提出高熵化策略，提高燒綠石氧化物的穩定性；優化靜電紡絲工藝，解決纖維制備的形貌均勻性問題；優化高溫煅燒參數，提高纖維的結晶度和耐高溫性能。同時，本發明提出的高熵燒綠石氧化物纖維具有可設計性和可操作性，制備工藝簡單，將在高性能復合材料、催化劑載體等方面發揮重要作用。

技術研發人員：楊治剛,王玉龍,申雪,杜騰宇,秦國強,于剛
受保護的技術使用者：石家莊鐵道大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28