本发明涉及高熵陶瓷，尤其是涉及一种高熵碳基光响应纳米颗粒及其制备方法和应用。
背景技术：
1、在资源节约和环境保护建设中，对于光能等绿色能源的吸收和利用成为了研究重点和热点。光响应型纳米颗粒是一种能够吸收太阳光，并将其转化为热能及其他能量的特殊材料，其在能源领域、医学领域和热管理领域均有广泛的应用前景。目前，光响应材料的研究主要包括贵金属基、半导体基、共轭聚合物基和碳基，其中，贵金属基和半导体基原料来源有限，价格昂贵；共轭聚合物基合成路径长，难以实现规模化生产。因此，碳基光响应材料获得了广泛关注，但传统碳化锆等光响应碳基材料存在光热转化效率低和晶型结构不稳定的问题。
2、近年来，性能优异的新材料不断涌现，并相继成为研究热点，由高熵合金发展而来的高熵陶瓷就是典型代表之一。高熵陶瓷(high-entropy ceramics)通常指由五种或五种以上陶瓷组元形成的固溶体，因其独特的“高熵效应”及优越的性能，近年来已成为陶瓷领域的热点。
3、但目前，高熵陶瓷的研究尚处于起步阶段，大量工作聚焦于成分设计、单相形成能力、制备方法、基本性能等方面，还存在诸多问题亟待解决，因此，亟需一种高熵碳基光响应纳米颗粒及其制备方法和应用，以解决传统碳基光响应材料响应效率低和晶型结构不稳定的问题。
技术实现思路
1、本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种高熵碳基光响应纳米颗粒及其制备方法和应用，基于窄带隙碳化锆材料，形成了碳化锆系高熵陶瓷，兼具光响应效率高、力学性能优异和晶型结构稳定的优点，同时，为了避免传统高熵陶瓷固相法成型中元素混合不均匀、元素偏析、杂质含量高和难以形成单晶碳化物等诸多问题，针对性的开发了一种简单、低成本的单晶高熵碳基光响应纳米颗粒的制备方法，在能源领域、医学领域和热管理领域均有广泛的应用前景。
2、本发明的目的通过以下技术方案实现：
3、本发明的第一个目的是提供一种高熵碳基光响应纳米颗粒，所述高熵碳基光响应纳米颗粒适用于超宽温度范围(-196～1500℃)的光响应及光能转化，所述高熵碳基光响应纳米颗粒包括单晶碳化物，所述高熵碳基光响应纳米颗粒基体相为包括碳元素、锆元素和过度金属元素组的连续固溶体；所述过度金属元素组包括ⅳ过度金属元素或ⅴ族过度金属元素中的四种及以上。
4、进一步地，所述高熵碳基光响应纳米颗粒的分子式为：xazrbcc，其中x为ti、hf、nb、ta、v、w(钛，铪，铌，钽，钒，钨)中的四种及以上，a为所述x中所有元素计量数的总和，所述a＝b，a+b＝c。
5、进一步地，所述高熵碳基光响应纳米颗粒的晶体结构为立方晶系，空间群为粒径为50～300nm，光热转换效率＞80％。
6、进一步地，所述高熵碳基光响应纳米颗粒的硬度高达15～50gpa，弹性模量高达400～500gpa。
7、本发明的第二个目的是提供上述高熵碳基光响应纳米颗粒的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
8、1)将锆源、过度金属元素组的无机前驱体(4种及以上ⅳ或ⅴ族无机前驱体)和螯合配体加入复配溶剂中均匀混合，得到均匀溶胶；
9、2)将步骤1)得到的均匀溶胶在搅拌状态下进行高湿负压抽吸，以得到锆基无机凝胶；
10、3)将步骤2)得到的凝胶进行第一高能球磨，以实现无机元素的原子级均匀分布，得到均匀凝胶；
11、4)将步骤3)得到的均匀凝胶充分干燥后，在保护气体氛围下进行分级煅烧，首先以前段升温速率慢速升温至800℃并保温2小时以去除胶体的有机侧基，随后以大于前段升温速率的后段升温速率快速升温至1500～2000℃以实现快速炭化，得到单晶高熵碳基粉体；
12、5)将步骤4)得到的单晶高熵碳基粉体进行第二高能球磨，使其快速粉碎成纳米级颗粒，即为所述高熵碳基光响应纳米颗粒。
13、进一步地，步骤1)中，所述过度金属元素组包括ⅳ族过度金属元素或ⅴ族过度金属元素中的四种；所述锆源与四种ⅳ族过度金属元素或ⅴ族过度金属元素无机前驱体的摩尔比为1:0.25:0.25:0.25:0.25；所述锆源与螯合配体的摩尔比为1:0.01～0.05。
14、进一步地，所述过度金属元素组中各ⅳ族过度金属元素或ⅴ族过度金属元素的“物质的量”相同。
15、进一步地，步骤1)中混合工艺为室温条件(20～30℃)下以200～500r/min转速进行磁力搅拌4～10小时。
16、进一步地，所述锆源可以为异丙醇锆、正丙醇锆、正丁醇锆、异丁醇锆、四戊醇锆、乙酰丙酮锆或醋酸锆中的一种或多种组合。
17、进一步地，所述螯合配体可以为乙酸、盐酸、草酸、柠檬酸、柠檬酸铵、氨基三乙酸或乙二胺四乙酸中的一种或多种组合。
18、进一步地，所述复配溶剂可以为体积比为1:4的水和醇的混合溶剂，所述醇可以为甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇、正丁醇、叔丁醇、乙二醇或丁二醇中的一种或多种组合。
19、进一步地，步骤2)中，所述高湿负压抽吸的环境湿度为85～99％，负压为0.5～5mpa，湿度环境通过50％去离子水和50％乙醇混合液体气流构筑。
20、进一步地，步骤3)中，所述第一高能球磨为锆球干磨，转速为200～500转/分钟，时间为0.5～3小时。
21、进一步，步骤4)中，所述干燥工艺为80℃，真空干燥4～10小时。
22、进一步地，步骤4)中，所述保护气体为高纯氮气(纯度不低于99.99％)，所述前段升温速率控制在2～5℃/min，后段升温速率控制在10～20℃/min，保温时间为5～30min。
23、进一步地，步骤5)中，所述第二高能球磨为锆球干磨，转速为300～500转/分钟，时间为3～8小时。
24、本发明的第三个目的是提供上述高熵碳基光响应纳米颗粒的应用，将所述高熵碳基光响应纳米颗粒用于光响应节能材料制备领域。
25、与现有技术相比，本发明具有以下优点：
26、1、本发明的高熵碳基光响应纳米颗粒的粒径小(50～300nm)、纯度高、无元素偏析、硬度高、单晶、晶型结构稳定，同时，其光转换效率高(＞75％)，可广泛应用于光响应节能领域。
27、2、本发明基于窄带隙碳化锆材料，形成了碳化锆系高熵陶瓷，兼具光响应效率高、力学性能优异和晶型结构稳定的优点，同时，为了避免传统高熵陶瓷固相法成型中元素混合不均匀、元素偏析、杂质含量高和难以形成单晶碳化物等诸多问题，针对性的开发出一种简单、低成本的单晶高熵碳基光响应纳米颗粒的制备方法，在能源领域、医学领域和热管理领域均有广泛的应用前景。
1.一种高熵碳基光响应纳米颗粒，其特征在于，所述高熵碳基光响应纳米颗粒适用于-196～1500℃的光响应及光能转化，所述高熵碳基光响应纳米颗粒包括单晶碳化物，所述高熵碳基光响应纳米颗粒基体相为包括碳元素、锆元素和过度金属元素组的连续固溶体；
2.根据权利要求1所述的一种高熵碳基光响应纳米颗粒，其特征在于，所述高熵碳基光响应纳米颗粒的分子式为：xazrbcc，其中x为ti、hf、nb、ta、v、w中的四种及以上，a为所述x中所有元素计量数的总和，所述a＝b，a+b＝c。
3.根据权利要求1所述的一种高熵碳基光响应纳米颗粒，其特征在于，所述高熵碳基光响应纳米颗粒的晶体结构为立方晶系，空间群为粒径为50～300nm，光热转换效率＞80％。
4.一种如权利要求1-3中任一项所述的高熵碳基光响应纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种高熵碳基光响应纳米颗粒的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述过度金属元素组包括ⅳ族过度金属元素或ⅴ族过度金属元素中的四种；
6.根据权利要求4所述的一种高熵碳基光响应纳米颗粒的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述高湿负压抽吸的环境湿度为85～99％，负压为0.5～5mpa，湿度环境通过50％去离子水和50％乙醇混合液体气流构筑。
7.根据权利要求4所述的一种高熵碳基光响应纳米颗粒的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述第一高能球磨为锆球干磨，转速为200～500转/分钟，时间为0.5～3小时。
8.根据权利要求4所述的一种高熵碳基光响应纳米颗粒的制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述保护气体为高纯氮气，所述前段升温速率控制在2～5℃/min，后段升温速率控制在10～20℃/min，保温时间为5～30min。
9.根据权利要求4所述的一种高熵碳基光响应纳米颗粒的制备方法，其特征在于，步骤5)中，所述第二高能球磨为锆球干磨，转速为300～500转/分钟，时间为3～8小时。
10.一种如权利要求1-3中任一项所述的高熵碳基光响应纳米颗粒或采用如权利要求4-9中任一项所述的制备方法制备得到的高熵碳基光响应纳米颗粒的应用，其特征在于，所述高熵碳基光响应纳米颗粒用于光响应节能材料制备领域。