被稱為第五能源的典型陶瓷纖維是什么

ZrO2納米纖維

ZrO2納米纖維是一種氧化物陶瓷纖維。其熔點高達2700℃，1900℃時不與熔融的鋁、鉑、鐵、鎳等金屬發生反應，具有優異的化學穩定性。

氧化鋯具有高電阻率、高折射率、耐腐蝕、低熱膨脹系數等特點。廣泛用作隔熱材料、陶瓷隔熱材料等。

ZrO2在低溫下呈單斜晶體，在1100℃以上轉變為四方晶體，在1900℃以上轉變為立方晶體。

純ZrO2可以在不同的溫度下轉化。在冷卻過程中，純ZrO2的體積將膨脹8%。為了防止純ZrO2的結晶轉變，通常在制備過程中加入適量的穩定劑：Y2O3、Cao、MgO等。

靜電紡絲結合溶膠-凝膠法是一種制備氧化鋯納米纖維的新方法。用該方法制備的ZrO2納米纖維直徑細小且連續。

鈦酸鋇（BaTiO3）

鈦酸鋇（BaTiO3）是一種無鉛壓電陶瓷。它是最早發現并廣泛應用于工業的陶瓷材料。

鈦酸鋇晶體結構

鈦酸鋇的晶體結構為ABO3鈣鈦礦結構，有兩種晶型：四方晶系和立方晶系。這兩種晶型可以在不同的溫度下轉變。當溫度降至居里溫度以下時，鈦酸鋇從立方系轉變為四方系。

鈦酸鋇具有低介電損耗、高介電常數和優異的鐵電性、壓電性等電性能。它在電子陶瓷器件領域發揮著重要作用。

采用溶膠-凝膠法制備鈦酸鋇陶瓷纖維。該方法簡單，煅燒溫度低。用這種方法制備的纖維直徑均勻。然而，這種方法制備的陶瓷纖維由于纖維致密性差，韌性差，不利于廣泛應用。

摻雜鈣或鎂可以提高其材料性能。一些研究發現，當煅燒溫度為1000℃，升溫速度為2℃/min時，纖維形態和結晶形態最好。

ZnO

ZnO具有良好的極性晶體特性、優異的壓電和熱釋電性能、較高的激子結合能，直接帶隙為3.37ev。摻雜后的ZnO具有良好的導電性、高導熱性和高硬度。它是目前最硬的II-VI型半導體材料。

[氧化鋅的制備方法]

（1） 模板輔助生長法：將所需材料沉積在限制性環境中，然后通過化學方法去除模板，獲得所需的納米纖維。這種方法在結晶過程中容易產生缺陷，在制備過程中難以精確控制纖維的組成，并且在去除模板時容易破壞纖維的形態。

（2） 氣相生長法：常用的氣相生長方法有熱蒸發法、VLS生長法和化學氣相沉積法。氣相法制備的氧化鋅通常是結晶度較高的單晶或氧化鋅納米纖維。缺點是反應溫度高，催化劑不易選擇。同時，催化劑容易污染原料，改變催化劑的催化性能。

（3） 液相法：液相法制備納米氧化鋅的優點是可以制備不同形貌的氧化鋅納米結構。該制備工藝能耗低，可廣泛應用。

（4） 靜電紡絲法：該方法制備的纖維形態良好，直徑均勻。

氧化鋁纖維

氧化鋁纖維是一種新型的高性能無機纖維。氧化鋁纖維主要分為長纖維、短纖維和晶須。

長纖維也稱為連續纖維。長纖維具有良好的抗拉強度、耐高溫、耐腐蝕和低導熱性。

長纖維的制備工藝簡單，對生產設備要求低。金屬氧化物粉末、無機鹽、水和聚合物可作為制備長纖維的原料。

氧化鋁短纖維由微晶組成，兼具晶體材料和纖維材料的優點。它具有良好的淬火和耐熱性，可作為高溫隔熱材料。

氧化鋁納米纖維

【氧化鋁納米纖維的制備方法】

（1） 熔化方法：

將無機氧化物電加熱并熔融形成熔體，然后熔體通過不同的纖維形成方法形成Al2O3納米纖維。該方法具有工藝簡單、成本低、操作簡單等優點。同時，該方法制備的纖維不需要經過高溫煅燒。因此，用這種方法制備的纖維可以很好地避免晶粒長大的問題。然而，通過這種方法增加熔體中的氧化鋁含量會增加熔體的粘度，導致纖維形成困難，并且制備的氧化鋁纖維的氧化鋁含量較低。

（2） 溶膠-凝膠法：

原料主要是醇鹽或鋁的無機鹽。選擇有機酸作為催化劑來制備含有鋁的醇鹽或無機鹽溶液以形成溶膠。溶膠通過不同的纖維成型技術形成所需的纖維。最后，對凝膠纖維進行熱處理以形成氧化鋁陶瓷纖維。

（3） 浸泡法：

該浸漬方法的基體纖維為親水性好的粘膠纖維，浸漬溶液為無機鋁鹽?；w纖維在浸漬溶液中完全浸漬，然后通過干燥、燒結、織造等工藝獲得浸漬后的基體纖維。該工藝可以制備出不同形貌、高強度的纖維，但制備成本高，不能廣泛應用。

（4） 泥漿法：

泥漿法，也稱為杜邦法，將氧化鋁粉末分散在水中。同時，還需要在水中加入分散劑、流變添加劑和燒結添加劑，以制備均勻的漿料。然后將漿料擠壓成纖維，干燥并燒結，以獲得氧化鋁纖維。通過該工藝制備的納米纖維直徑均勻且較大。

（5） 靜電紡絲：

這是一種經典的制備方法，通過靜電紡絲和高溫煅燒α-Al2O3纖維相結合，可以成功制備直徑約為150nm的高純度纖維。

固態電解質陶瓷纖維

氧化物固體電解因其良好的穩定性而受到廣泛關注，其中石榴石結構體系和鈣鈦礦結構體系是代表性的。采用靜電紡絲和高溫煅燒法制備了Llzo納米纖維。將Llzo纖維膜與PEO復合制備三維鋰離子導電陶瓷網絡。它具有優異的性能，已廣泛應用于鋰離子電池和其他儲能系統。

SiC納米纖維

SiC納米纖維是一種非氧化物陶瓷纖維，主要由碳和硅組成。碳化硅可分為兩種類型：連續碳化硅纖維和晶須。

【碳化硅納米纖維的制備方法】

（1） 化學氣相沉積：

化學氣相沉積法制備的碳化硅纖維具有純度高、穩定性好、耐高溫蠕變等優點，但該方法制備的碳化硅納米纖維不易制備復合材料。

（2） 前體轉化方法：

該方法主要由以下四個過程組成：前驅體合成、熔融紡絲、非熔融處理和高溫燒結。用該方法成功制備的碳化硅纖維具有良好的力學性能。

（3） 活性碳纖維轉化方法：

對有機原纖維進行處理，得到活性炭纖維?；钚蕴祭w維與氣態氧化硅反應，成功地將活性碳纖維轉化為碳化硅纖維。對碳化硅纖維進行熱處理以獲得最終產品碳化硅納米纖維。用該方法制備的碳化硅纖維具有較高的抗拉強度，最高可達1000MPa以上。

（4） 靜電紡絲：

用該方法制備的纖維尺寸均勻，纖維形態良好。以聚乙烯吡咯烷酮為助紡劑，可制備直徑為200nm的連續碳化硅纖維。

氮化硅晶須

碳化硅纖維具有纖維強度高、耐化學腐蝕、耐高溫、高模量等優良性能。纖維增強陶瓷基復合材料作為一種重要的新型陶瓷材料，在航空航天、軍事武器裝備等高科技領域引起了廣泛關注。