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CN116443929B - 一种高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

一种高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料及其制备方法 Download PDF

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CN116443929B
CN116443929B CN202310419449.0A CN202310419449A CN116443929B CN 116443929 B CN116443929 B CN 116443929B CN 202310419449 A CN202310419449 A CN 202310419449A CN 116443929 B CN116443929 B CN 116443929B
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Abstract

本发明涉及高熵钙钛矿陶瓷材料技术领域,特别是涉及一种高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料及其制备方法。所述高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料的化学通式为ABO3,其中,A位元素为Ba元素,B位元素由Zr元素、Mg元素、Nb元素、Ta元素、Sn元素、Ti元素和Zn元素中的五种元素按摩尔比1:1:1:1:1组成。本发明对目前高熵材料发展所存在的问题进行针对性的设计,选择结构较为稳定的ABO3型钙钛矿氧化物,利用多种过渡金属元素对其B位进行高熵化,并且成功制备出具有稳定单相结构的高熵钙钛矿陶瓷材料,能够发生明显光致变色现象,对高熵非金属氧化物材料的发展具有重要的推动作用。

Description

一种高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高熵钙钛矿陶瓷材料技术领域,特别是涉及一种高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
一般将包含五种及五种以上元素按等原子比或近等原子比混合的混合物定义为高熵材料。与传统材料相比高熵材料具有独特的四大效应,即热力学的高熵效应、晶格畸变效应、动力学的迟缓效应以及性能上的“鸡尾酒效应”,得益于其独特的四大效应,高熵材料表现出组分调节空间巨大、材料性能可调性强等优点,使其具有优异的性能以及较为广泛的应用前景。以往对高熵材料的研究大多集中在高熵合金方面,对高熵陶瓷材料的研究相对较少,且大多选择页岩、萤石、烧绿石和尖晶石等结构进行高熵化,基于这些结构的高熵陶瓷比较难形成单相物质,大多存在明显的第二相甚至第三相,寻找全新结构的高熵陶瓷是高熵陶瓷发展亟需解决的问题。
发明内容
基于上述内容,本发明提供一种高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料及其制备方法,本发明的高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料可表现出明显的光致变色现象,具有钙钛矿结构。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
本发明技术方案之一,一种高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料,化学通式为ABO3,其中,A位元素为Ba元素,B位元素由Zr元素、Mg元素、Nb元素、Ta元素、Sn元素、Ti元素和Zn元素中的五种元素按摩尔比1:1:1:1:1组成。
上述几种B位元素在6配位情况下离子半径相差不大,降低离子尺寸差异性,有利于合成稳定的单相结构,而Ca、Pb等元素的半径太大容易造成较大的晶格畸变,不利于稳定单相结构产生。
Zr/Nb/Ta这三种元素是符合B位离子半径要求以及化合价要求的,Zr/Nb/Ta这三种元素耐高温不容易挥发能够在高温合成后稳定存在,支撑稳定单相结构的形成。
进一步地,化学式为:Ba(Zr0.2Mg0.2Nb0.2Ta0.2Sn0.2)O3、Ba(Zr0.2Mg0.2Nb0.2Ta0.2Ti0.2)O3、Ba(Zr0.2Zn0.2Nb0.2Ta0.2Sn0.2)O3或Ba(Zr0.2Zn0.2Nb0.2Ta0.2Ti0.2)O3
本发明技术方案之二,一种上述的高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤1,将与所述高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料组成元素相对应的金属碳酸盐和/或金属氧化物混合球磨,得到混合物料;
步骤2,对所述混合物料进行干燥处理,得到高熵钙钛矿陶瓷粉体;
步骤3,对所述高熵钙钛矿陶瓷粉体进行煅烧,得到所述高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料。
进一步地,步骤1中,所述球磨具体为湿法球磨,助磨溶剂为蒸馏水和/或无水乙醇;所述球磨的时间为12~48h。
优选的,助磨溶剂为无水乙醇。无水乙醇无毒无害且具有较好的挥发性,能够提高原材料在球磨时的分散性,更有利于原材料的混合。
进一步地,步骤2中,所述干燥处理的温度为50~150℃,时间为18~36h。
进一步地,步骤3中,所述煅烧为两段煅烧,具体为:第一段煅烧,1200~1300℃煅烧3~9h;第二段煅烧,1300~1450℃煅烧3~9h。
第一段煅烧的目的是为了使碳酸盐在高温环境排出二氧化碳以及原材料中的水分防止后期烧结过程中出现气孔与开裂,各种原料的熔融混合直至得到结晶化的粉末前驱体。
第二段煅烧的目的是为了排空有机物提高致密度,在高温环境下细化晶粒得到晶粒形状大小规则的高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料。
上述两段煅烧的升、降温速率均为:升温4℃/min,降温5℃/min。
低于上述煅烧温度范围,成瓷效果差甚至不成瓷从而影响光致变色性能,高于上述温度范围,样品表现出较大的脆性同时会造成样品的弯曲也会对光致变色性能造成影响因此本发明优选的限定第一段煅烧温度为1200~1300℃,第二段煅烧温度为1300~1450℃。
升温速率太高导致升温速度太快样品内多种元素不能得到很好的融合,不利于合成单相结构以及各种元素的均匀分布,升温速率太低导致升温速度太慢浪费能源;
降温速率太高导致降温速度太快样品内部各种元素会存在偏析以及样品开裂等现象,降温速率太低导致降温速度太慢延长烧结时间不利于实际生产合成。因此,本发明优选的限定两段煅烧的升、降温速率均为:升温4℃/min,降温5℃/min。
进一步地,第一段煅烧结束后还包括研磨、压制成型的步骤。
所述压制成型的压力为10~15MPa,压制成圆形片状体。
进一步地,第二段煅烧结束后还包括抛光打磨、超声清洁的步骤。
抛光打磨、超声清洁的目的是为了方便后期测试,其中抛光、打磨和清洁过程均采用本领域技术人员熟知的方法。
本发明技术方案之三,上述的高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料在存储、防伪领域中的应用。
本发明技术方案之四,一种光致变色防伪材料,包括上述的高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料。
本发明公开了以下技术效果:
ABO3型钙钛矿氧化物的结构稳定性相比其他结构更优,高熵化后不容易发生结构坍塌,仍能保持结构的稳定,能够保证合成的样品为单相物质;本发明对目前高熵材料发展所存在的问题进行针对性的设计,选择结构较为稳定的ABO3型钙钛矿氧化物,利用多种过渡金属元素以及碱土金属元素对其B位进行高熵化,并且成功制备出具有稳定单相结构的高熵钙钛矿陶瓷材料,对高熵非金属氧化物材料的发展具有重要的推动作用。
高熵材料因具有较多金属元素的存在,导致其材料内部存在较大的晶格畸变,有利于材料内部产生较多的缺陷,利用这一特点对其材料成分进行调控,获得一种能够发生明显光致变色现象的高熵钙钛矿陶瓷材料。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1~4制备的高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料的X射线衍射图谱。
图2为本发明实施例1~4制备的高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料的扫描电子显微镜(SEM)图;其中,(a)为实施例1,(b)为实施例2,(c)为实施例3,(d)为实施例4。
图3为本发明实施例2制备的高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料元素分布(EDS)图。
图4本发明实施例4制备的高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料的光致变色照片;其中,(a)为未发生光致变色现象时的照片;(b)为365nm光辐照0.5s后样品发生光致变色现象后的照片;(c)为365nm光辐照120s后样品发生光致变色现象后的照片;(d)为未发生光致变色现象时与365nm光辐照120s后发生光致变色现象后对比的照片。
图5为本发明实施例1~4制备的高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料在室温下的表面反射率、受到365nm激光辐照120s后表面反射率和通过250℃加热60s后的表面反射率光谱图;其中,(a)为实施例1,(b)为实施例2,(c)为实施例3,(d)为实施例4。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式,该详细说明不应认为是对本发明的限制,而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式,并非用于限制本发明。另外,对于本发明中的数值范围,应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值,以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明,否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料,但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入,用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时,以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下,可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化,这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等,均为开放性的用语,即意指包含但不限于。
本发明中所述的“室温”如无特殊说明,均表示15-30℃。
本发明实施例中所用原料如无特殊说明,均可通过市售途径获得、
本发明实施例中所用原料的来源和纯度如表1所示。
表1
原料名称 生产厂家 纯度
BaCO3 阿拉丁试剂(上海)有限公司 99%
ZrO2 阿拉丁试剂(上海)有限公司 99.99%
MgO 国药集团化学试剂有限公司 ≥99%
Nb2O5 阿拉丁试剂(上海)有限公司 99.9%
Ta2O5 阿拉丁试剂(上海)有限公司 99.99%
SnO2 国药集团化学试剂有限公司 ≥99.5%
TiO2 阿拉丁试剂(上海)有限公司 99%
ZnO 阿拉丁试剂(上海)有限公司 99%
实施例1
一种化学式为:Ba(Zr0.2Mg0.2Nb0.2Ta0.2Sn0.2)O3的高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料,制备步骤如下:
步骤1,按照Ba元素、Zr元素、Mg元素、Nb元素、Ta元素和Sn元素摩尔比5:1:1:1:1:1的比例对应称取原材料BaCO3、ZrO2、MgO、Nb2O5、Ta2O5、SnO2;将其与无水乙醇一并放入球磨罐内球磨24h,得到混合物料。
步骤2,将步骤1得到的混合物料利用吸管转移到普通玻璃烧杯中,将其置于电热恒温鼓风干燥箱中90℃干燥24h,得到高熵钙钛矿陶瓷粉体。
步骤3,对步骤2得到的高熵钙钛矿陶瓷粉体进行两段煅烧;
第一段煅烧:将高熵钙钛矿陶瓷粉体置于刚玉坩埚中放入马弗炉以4℃/min的升温速率从室温升温至1300℃煅烧6h,之后以5℃/min的降温速率降至室温,得到粉末前驱体;将粉末前驱体置于玛瑙研钵中研磨,直至成为较细粉末状并无明显颗粒存在,将其转移至压片模具中,施加10Mpa的压力,得到形状规则表面平整的圆形片状体;
第二段煅烧:将上述圆形片状体放置在马弗炉中以4℃/min的升温速率从室温升温至1400℃煅烧6h,之后以5℃/min的降温速率降至室温,得到圆形片状高熵钙钛矿陶瓷材料;利用常见的抛光打磨粉对其表面进行抛光打磨,得到表面平整光滑的圆形陶瓷片,为了除去其表面的抛光打磨粉以及其他杂质,对其进行超声清洁,得到表面平整光滑且洁净的化学式为Ba(Zr0.2Mg0.2Nb0.2Ta0.2Sn0.2)O3的高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料。
实施例2
一种化学式为:Ba(Zr0.2Mg0.2Nb0.2Ta0.2Ti0.2)O3的高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料,制备步骤如下:
步骤1,按照Ba元素、Zr元素、Mg元素、Nb元素、Ta元素和Ti元素摩尔比5:1:1:1:1:1的比例对应称取原材料BaCO3、ZrO2、MgO、Nb2O5、Ta2O5、TiO2;将其与无水乙醇一并放入球磨罐内球磨24h,得到混合物料。
步骤2,将步骤1得到的混合物料利用吸管转移到普通玻璃烧杯中,将其置于电热恒温鼓风干燥箱中90℃干燥24h,得到高熵钙钛矿陶瓷粉体。
步骤3,对步骤2得到的高熵钙钛矿陶瓷粉体进行两段煅烧;
第一段煅烧:将高熵钙钛矿陶瓷粉体置于刚玉坩埚中放入马弗炉中以4℃/min的升温速率从室温升温至1300℃煅烧6h,之后以5℃/min的降温速率降至室温,得到粉末前驱体;将粉末前驱体置于玛瑙研钵中研磨,直至成为较细粉末状并无明显颗粒存在,将其转移至压片模具中,施加10Mpa的压力,得到形状规则表面平整的圆形片状体;
第二段煅烧:将上述圆形片状体放置在马弗炉中以4℃/min的升温速率从室温升温至1400℃煅烧6h,之后以5℃/min的降温速率降至室温,得到圆形片状高熵钙钛矿陶瓷材料;利用常见的抛光打磨粉对其表面进行抛光打磨,得到表面平整光滑的圆形陶瓷片,为了除去其表面的抛光打磨粉以及其他杂质,对其进行超声清洁,得到表面平整光滑且洁净的化学式为Ba(Zr0.2Mg0.2Nb0.2Ta0.2Ti0.2)O3的高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料。
实施例3
一种化学式为:Ba(Zr0.2Zn0.2Nb0.2Ta0.2Sn0.2)O3的高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料,制作步骤如下:
步骤1,按照Ba元素、Zr元素、Zn元素、Nb元素、Ta元素和Sn元素摩尔比5:1:1:1:1:1的比例对应称取原材料BaCO3、ZrO2、ZnO、Nb2O5、Ta2O5、SnO2;将其与无水乙醇一并放入球磨罐内球磨24h,得到混合物料。
步骤2,将步骤1得到的混合物料利用吸管转移到普通玻璃烧杯中,将其置于电热恒温鼓风干燥箱中90℃干燥24h,得到高熵钙钛矿陶瓷粉体。
步骤3,对步骤2得到的高熵钙钛矿陶瓷粉体进行两段煅烧;
第一段煅烧:将高熵钙钛矿陶瓷粉体置于刚玉坩埚中放入马弗炉中以4℃/min的升温速率从室温升温至1300℃煅烧6h,之后以5℃/min的降温速率降至室温,得到粉末前驱体;将粉末前驱体置于玛瑙研钵中研磨,直至成为较细粉末状并无明显颗粒存在,将其转移至压片模具中,施加10Mpa的压力,得到形状规则表面平整的圆形片状体;
第二段煅烧:将上述圆形片状体放置在马弗炉中以4℃/min的升温速率从室温升温至1400℃煅烧6h,之后以5℃/min的降温速率降至室温,得到圆形片状高熵钙钛矿陶瓷材料;利用常见的抛光打磨粉对其表面进行抛光打磨,得到表面平整光滑的圆形陶瓷片,为了除去其表面的抛光打磨粉以及其他杂质,对其进行超声清洁,得到表面平整光滑且洁净的化学式为Ba(Zr0.2Zn0.2Nb0.2Ta0.2Sn0.2)O3的高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料。
实施例4
一种化学式为:Ba(Zr0.2Zn0.2Nb0.2Ta0.2Ti0.2)O3的高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料,制作步骤如下:
步骤1,按照Ba元素、Zr元素、Zn元素、Nb元素、Ta元素和Ti元素摩尔比5:1:1:1:1:1的比例对应称取原材料BaCO3、ZrO2、ZnO、Nb2O5、Ta2O5、TiO2;将其与无水乙醇一并放入球磨罐内球磨24h,得到混合物料。
步骤2,将步骤1得到的混合物料利用吸管转移到普通玻璃烧杯中,将其置于电热恒温鼓风干燥箱90℃干燥24h,得到高熵钙钛矿陶瓷粉体。
步骤3,对步骤2得到的高熵钙钛矿陶瓷粉体进行两段煅烧;
第一段煅烧:将高熵钙钛矿陶瓷粉体置于刚玉坩埚中放入马弗炉中以4℃/min的升温速率从室温升温至1300℃煅烧6h,之后以5℃/min的降温速率降至室温,得到粉末前驱体;将粉末前驱体置于玛瑙研钵中研磨,直至成为较细粉末状并无明显颗粒存在,将其转移至压片模具中,施加10Mpa的压力,得到形状规则表面平整的圆形片状体;
第二段煅烧:将上述圆形片状体放置在马弗炉中以4℃/min的升温速率从室温升温至1400℃煅烧6h,之后以5℃/min的降温速率降至室温,得到圆形片状高熵钙钛矿陶瓷材料;利用常见的抛光打磨粉对其表面进行抛光打磨,得到表面平整光滑的圆形陶瓷片,为了除去其表面的抛光打磨粉以及其他杂质,对其进行超声清洁,得到表面平整光滑且洁净的化学式为Ba(Zr0.2Zn0.2Nb0.2Ta0.2Ti0.2)O3的高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料。
性能测试:
(一)X射线衍射实验:
对实施例1~4制备的高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料(样品)进行X射线衍射实验,获得各个实施例对应的XRD衍射图谱。
图1为实施例1~4制备的高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料衍射角度20~80°的X射线衍射图谱;4个样品的衍射峰与BaSnO3(PDF15-0780)标准卡片对应良好,并无明显的第二相,合成的样品为纯相物质表明样品都成功的实现高熵化,说明基于本发明的技术方案可以实现高熵钙钛矿陶瓷材料的制备,且能够保持稳定的纯相结构,通过分析得知4个样品都属于稳定的立方相结构。从图1中可以发现,通过实施例1和3制备的样品与实施例2和4制备的样品相比,衍射峰的位置向小角度方向偏移,这是因为Sn2+(CN=8,)的离子半径大于Ti2+(CN=8,)。
(二)扫描电子显微镜实验:
图2为实施例1~4制备的高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料的扫描电子显微镜(SEM)图。如图2中(a)、(b)、(c)和(d)所示依次为实施例1~4制备的高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料(样品)的扫描电子显微镜(SEM)图,4个样品表面平整光滑无明显的孔洞,晶粒依次规则排布,表现出较大的致密度;通过实施例1制备的样品和实施例3制备的样品表面晶粒呈较大的平整板块状,通过实施例2制备的样品和实施例4制备的样品表面晶粒呈细小球状;通过分析得知实施例1制备的样品和实施例3制备的样品的晶粒表面有着细微的裂纹,表明样品的脆性相对较大;并且实施例1制备的样品和实施例3制备的样品的晶粒尺寸相对也较大,这两点都是由于烧结温度较高导致的,烧结温度高会促进晶粒的二次结晶从而导致晶体尺寸增大,同时会增大陶瓷的脆性降低陶瓷的韧性,表明Ti元素相对Sn元素更加耐高温。
(三)元素分布(EDS)实验:
图3为本发明实施例2制备的高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料(样品)元素分布(EDS)图。如图3中(a)所示,选取通过实施例2制备样品的部分区域进行元素分布分析,图3中(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)、(h)依次为Ba元素、Zr元素、Mg元素、Nb元素、Ta元素、Ti元素、O元素在样品所选中区域内的分布情况,通过分析发现7种元素在该区域内均匀分布,并无明显的元素偏析,说明合成的样品是高熵钙钛矿陶瓷材料;7种元素分布图中可以看到有些黑色的区域,这是由于被选取区域内的晶粒并非等高排列的,存在一些高度差,从而导致了在探针扫描过程存在一些盲区,所以表现出黑色区域。以上结论表明基于本发明的技术方案可以实现高熵钙钛矿陶瓷材料的制备。
(四)光致变色现象实验:
图4为实施例4制备的高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料(样品)的光致变色照片;图4中(a)为实施例4制备的整个样品表面未被光辐照时的照片,图4中(b)为实施例4制备的样品中的部分样品在室温条件下被365nm波长的光辐照0.5s后的照片,图4中(c)为实施例4制备的样品中的部分样品在室温条件下被365nm波长的光辐照120s后的照片,图4中(d)为实施例4制备的样品被365nm波长的光辐照120s的部分与未被光辐照部分颜色对比的照片。
从图4中(a)可以看到未被365nm波长光辐照的样品表面为浅黄色,从图4中(b)可以看到被365nm波长的光辐照0.5s后的样品表面为浅棕色,表明样品在365nm波长的光辐照下发生较快的光致变色现象同时在样品表面表现出较为明显的颜色转变,从图4中(c)可以看到被365nm波长的光辐照120s后的样品表面为深棕色,从图4中(d)可以看到被365nm波长的光辐照120s前后的样品颜色对比极其明显,表明样品能在365nm波长的光辐照下表现出明显的光致变色现象。
(五)光致变色性能实验:
图5为实施例1~4制备的高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料(样品)在室温下的表面反射率、受到365nm激光辐照120s后表面反射率和通过250℃加热60s后的表面反射率光谱图;图5中(a)、(b)、(c)和(d)依次对应实施例1~4制备的样品的反射光谱图,每张图中的三条线依次分别对应:
(1)初态:在室温下对样品进行反射光谱的测试;
(2)辐照态:在室温环境下将4个样品放置在365nm波长的光下辐照120s后对其进行反射光谱的测试;
(3)恢复态:将样品放置在250℃的加热环境下60s,加热后放置在室温环境内冷却,待样品冷却后对其进行反射光谱的测试;
从图5中可以明显的看到样品在365nm波长的光辐照120s后,样品表面的反射率发生急剧的下降,将样品放置在250℃的环境内加热60s后样品表面的反射率又恢复到初始状态。通过实施例2和4制备的样品在辐照前后样品的反射率变化相对较大,表明Ti4+参与的样品比Sn4+参与更有利于样品表现出的优异的光致变色性能。4个样品都表现出优异的可逆光致变色性能,表明基于本发明的技术方案可以实现高熵钙钛矿陶瓷材料的制备,且利用高熵材料内部存在较多缺陷这一特点对其成分的调控使样品表现出较突出的光致变色性能。
本发明提出全新主元成分的高熵钙钛矿陶瓷材料,通过高温固相法成功合成出具有稳定单相结构的高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料,进一步对其物理化学性能进行针对性设计使其表现出明显的光致变色现象。本发明实现了单相新型高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料的制备。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料,其特征在于,所述高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料具备可逆光致变色性能,化学式为:Ba(Zr0.2Mg0.2Nb0.2Ta0.2Sn0.2)O3、Ba(Zr0.2Mg0.2Nb0.2Ta0.2Ti0.2)O3、Ba(Zr0.2Zn0.2Nb0.2Ta0.2Sn0.2)O3或Ba(Zr0.2Zn0.2Nb0.2Ta0.2Ti0.2)O3
所述高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤1,将与所述高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料组成元素相对应的金属碳酸盐和/或金属氧化物混合球磨,得到混合物料;
步骤2,对所述混合物料进行干燥处理,得到高熵钙钛矿陶瓷粉体;
步骤3,对所述高熵钙钛矿陶瓷粉体进行煅烧,得到所述高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料;
步骤3中,所述煅烧为两段煅烧,具体为:第一段煅烧,1200~1300℃煅烧3~9h;第二段煅烧,1400~1450℃煅烧3~9h。
2.根据权利要求1所述的高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料,其特征在于,步骤1中,所述球磨具体为湿法球磨,助磨溶剂为蒸馏水和/或无水乙醇;所述球磨的时间为12~48h。
3.根据权利要求1所述的高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料,其特征在于,步骤2中,所述干燥处理的温度为50~150℃,时间为18~36h。
4.根据权利要求1所述的高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料,其特征在于,第一段煅烧结束后还包括研磨和压制成型的步骤。
5.根据权利要求1所述的高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料,其特征在于,第二段煅烧结束后还包括抛光打磨和超声清洁的步骤。
6.如权利要求1所述的高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料在存储、防伪领域中的应用。
7.一种光致变色防伪材料,其特征在于,包括权利要求1所述的高熵钙钛矿光致变色陶瓷材料。
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CN114956804A (zh) * 2022-06-23 2022-08-30 中国民航大学 一种钙钛矿型高熵陶瓷材料及其制备方法

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