Рэдказямельныя нанаматэрыялы Рэдказямельныя элементы маюць унікальную электронную структуру падслоя 4f, вялікі атамны магнітны момант, моцную спіна-арбітальную сувязь і іншыя характарыстыкі, што прыводзіць да вельмі багатых аптычных, электрычных, магнітных і іншых уласцівасцей. Яны з'яўляюцца незаменнымі стратэгічнымі матэрыяламі для краін па ўсім свеце для трансфармацыі традыцыйных галін прамысловасці і развіцця высокіх тэхналогій, і вядомыя як "скарбніца новых матэрыялаў".
У дадатак да прымянення ў традыцыйных галінах, такіх як металургічнае машынабудаванне, нафтахімія, шклокераміка і лёгкі тэкстыль,рэдказямельныя элементытаксама з'яўляюцца ключавымі дапаможнымі матэрыяламі ў новых галінах, такіх як чыстая энергетыка, вялікія транспартныя сродкі, новыя энергетычныя транспартныя сродкі, паўправадніковыя свяцільні і новыя дысплеі, цесна звязаныя з жыццём чалавека.
Пасля дзесяцігоддзяў распрацоўкі фокус даследаванняў, звязаных з рэдказямельнымі элементамі, адпаведна перамясціўся з выплаўлення і падзелу асобных рэдказямельных элементаў высокай чысціні на высокатэхналагічнае прымяненне рэдказямельных элементаў у магнетызме, оптыцы, электрычнасці, назапашванні энергіі, каталізе, біямедыцыне, і іншыя палі. З аднаго боку, існуе большая тэндэнцыя да рэдказямельных кампазітных матэрыялаў у сістэме матэрыялаў; З іншага боку, ён больш арыентаваны на нізкамерныя функцыянальныя крышталічныя матэрыялы з пункту гледжання марфалогіі. Асабліва з развіццём сучаснай нананавукі, якая спалучае эфекты малога памеру, квантавыя эфекты, эфекты паверхні і эфекты інтэрфейсу нанаматэрыялаў з унікальнай структурай электроннага пласта рэдказямельных элементаў, рэдказямельныя нанаматэрыялы дэманструюць мноства новых уласцівасцей, якія адрозніваюцца ад традыцыйных матэрыялаў, максімальна павялічваючы выдатныя характарыстыкі рэдказямельных матэрыялаў, а таксама далейшае пашырэнне прымянення ў галіне традыцыйных матэрыялаў і новых высокатэхналагічных вытворчасцей.
У цяперашні час існуюць у асноўным наступныя вельмі перспектыўныя рэдказямельныя нанаматэрыялы, а менавіта рэдказямельныя наналюмінесцэнтныя матэрыялы, рэдказямельныя нанакаталітычныя матэрыялы, рэдказямельныя нанамагнітныя матэрыялы,нана аксід цэрыяматэрыялы, якія абараняюць ад ультрафіялету, і іншыя нанафункцыянальныя матэрыялы.
No1Рэдказямельныя наналюмінесцэнтныя матэрыялы
01. Рэдказямельныя арганіка-неарганічныя гібрыдныя люмінесцэнтныя нанаматэрыялы
Кампазітныя матэрыялы аб'ядноўваюць розныя функцыянальныя адзінкі на малекулярным узроўні для дасягнення дадатковых і аптымізаваных функцый. Арганічныя неарганічныя гібрыдныя матэрыялы маюць функцыі арганічных і неарганічных кампанентаў, паказваючы добрую механічную ўстойлівасць, гнуткасць, тэрмічную стабільнасць і выдатную перапрацоўку.
Рэдказямельныкомплексы маюць шмат пераваг, такіх як высокая чысціня колеру, доўгае жыццё ва ўзбуджаным стане, высокі квантавы выхад і багатыя лініі спектру выпраменьвання. Яны шырока выкарыстоўваюцца ў многіх галінах, такіх як дысплей, аптычнае хваляводнае ўзмацненне, цвёрдацельныя лазеры, біямаркеры і барацьба з падробкамі. Аднак нізкая фотатэрмічная ўстойлівасць і дрэнная апрацоўвальнасць рэдказямельных комплексаў сур'ёзна перашкаджаюць іх прымяненню і прасоўванню. Спалучэнне рэдказямельных комплексаў з неарганічнымі матрыцамі з добрымі механічнымі ўласцівасцямі і стабільнасцю з'яўляецца эфектыўным спосабам палепшыць люмінесцэнтныя ўласцівасці рэдказямельных комплексаў.
З моманту распрацоўкі рэдказямельных арганічных неарганічных гібрыдных матэрыялаў тэндэнцыі іх развіцця паказваюць наступныя характарыстыкі:
① Гібрыдны матэрыял, атрыманы метадам хімічнага легіравання, мае стабільныя актыўныя кампаненты, высокую колькасць легіравання і раўнамернае размеркаванне кампанентаў;
② Пераход ад аднафункцыянальных матэрыялаў да шматфункцыянальных матэрыялаў, распрацоўка шматфункцыянальных матэрыялаў для больш шырокага прымянення;
③ Матрыца разнастайная, ад у асноўным дыяксіду крэмнія да розных субстратаў, такіх як дыяксід тытана, арганічныя палімеры, гліны і іённыя вадкасці.
02. Белы святлодыёдны рэдказямельны люмінесцэнтны матэрыял
У параўнанні з існуючымі тэхналогіямі асвятлення паўправадніковыя асвятляльныя вырабы, такія як святлодыёды (святлодыёды), маюць такія перавагі, як працяглы тэрмін службы, нізкае энергаспажыванне, высокая светлавая эфектыўнасць, адсутнасць ртуці, ультрафіялету і стабільная праца. Яны лічацца "крыніцай святла чацвёртага пакалення" пасля лямпаў напальвання, люмінесцэнтных лямпаў і высокатрывалых газаразрадных лямпаў (HID).
Белы святлодыёд складаецца з чыпаў, падкладак, люмінафораў і драйвераў. Рэдказямельны флуоресцентный парашок гуляе вырашальную ролю ў прадукцыйнасці белага святлодыёда. У апошнія гады быў праведзены вялікі аб'ём даследчых работ па белым святлодыёдным люмінафорам і быў дасягнуты выдатны прагрэс:
① Пры распрацоўцы новага тыпу люмінафора, які ўзбуджаецца сінім святлодыёдам (460 м), былі праведзены даследаванні легіравання і мадыфікацыі YAO2Ce (YAG: Ce), які выкарыстоўваецца ў чыпах сіняга святлодыёда для паляпшэння эфектыўнасці святла і колераперадачы;
② Распрацоўка новых флуоресцентных парашкоў, якія ўзбуджаюцца ультрафіялетавым святлом (400 м) або ультрафіялетавым святлом (360 мм), сістэматычна вывучала склад, структуру і спектральныя характарыстыкі чырвонага і зялёна-сіняга флуоресцентных парашкоў, а таксама розныя суадносіны трох флуоресцентных парашкоў. для атрымання белага святлодыёда з рознымі каляровымі тэмпературамі;
③ Была праведзена далейшая праца па асноўных навуковых пытаннях у працэсе падрыхтоўкі флуоресцентного парашка, такіх як уплыў працэсу падрыхтоўкі на флюс, каб забяспечыць якасць і стабільнасць флуоресцентного парашка.
Акрамя таго, святлодыёд белага святла ў асноўным выкарыстоўвае змешаны працэс упакоўкі люмінесцэнтнага парашка і сілікону. З-за дрэннай цеплаправоднасці люмінесцэнтнага парашка прылада будзе награвацца з-за працяглага часу працы, што прывядзе да старэння сілікону і скарачэння тэрміну службы прылады. Гэтая праблема асабліва сур'ёзная ў магутных святлодыёдах белага святла. Аддаленая ўпакоўка - адзін са спосабаў вырашыць гэтую праблему шляхам прымацавання люмінесцэнтнага парашка да падкладкі і аддзялення яго ад сіняй святлодыёднай крыніцы святла, тым самым памяншаючы ўплыў цяпла, якое выпрацоўваецца чыпам, на люмінесцэнтныя характарыстыкі люмінесцэнтнага парашка. Калі рэдказямельная люмінесцэнтная кераміка мае высокую цеплаправоднасць, высокую ўстойлівасць да карозіі, высокую стабільнасць і выдатныя характарыстыкі аптычнага выхаду, яна можа лепш адпавядаць патрабаванням прымянення магутнага белага святлодыёда з высокай шчыльнасцю энергіі. Мікрананапарашкі з высокай актыўнасцю спякання і высокай дысперсіяй сталі важнай перадумовай для падрыхтоўкі рэдказямельнай функцыянальнай оптычнай керамікі высокай празрыстасці з высокай прадукцыйнасцю аптычнага выхаду.
03. Рэдказямельныя люмінесцэнтныя нанаматэрыялы з павышэннем канверсіі
Люмінесцэнцыя з павышэннем канверсіі - гэта асаблівы тып працэсу люмінесцэнцыі, які характарызуецца паглынаннем некалькіх фатонаў нізкай энергіі люмінесцэнтнымі матэрыяламі і генерацыяй выпраменьвання фатонаў высокай энергіі. У параўнанні з традыцыйнымі малекуламі арганічных фарбавальнікаў або квантавымі кропкамі рэдказямельныя люмінесцэнтныя нанаматэрыялы з павышэннем канверсіі маюць шмат пераваг, такіх як вялікі антыстоксаў зрух, вузкая паласа выпраменьвання, добрая стабільнасць, нізкая таксічнасць, высокая глыбіня пранікнення ў тканіны і нізкія спантанныя перашкоды флуарэсцэнцыі. Яны маюць шырокія перспектывы прымянення ў біямедыцынскай сферы.
У апошнія гады рэдказямельныя люмінесцэнтныя нанаматэрыялы з павышэннем канверсіі дасягнулі значнага прагрэсу ў сінтэзе, мадыфікацыі паверхні, функцыяналізацыі паверхні і біямедыцынскіх прымяненнях. Людзі паляпшаюць характарыстыкі люмінесцэнцыі матэрыялаў, аптымізуючы іх склад, фазавы стан, памер і г.д. на нанамаштабе і камбінуючы структуру ядро/абалонка, каб паменшыць цэнтр гашэння люмінесцэнцыі, каб павялічыць верагоднасць пераходу. Шляхам хімічнай мадыфікацыі стварыць тэхналогіі з добрай біясумяшчальнасцю для зніжэння таксічнасці і распрацаваць метады візуалізацыі для павышэння канверсіі люмінесцэнтных жывых клетак і in vivo; Распрацоўка эфектыўных і бяспечных метадаў біялагічнага спалучэння, заснаваных на патрэбах розных прыкладанняў (клеткі імуннай дэтэкцыі, флуарэсцэнтная візуалізацыя in vivo, фотадынамічная тэрапія, фотатэрмальная тэрапія, лекі з фотарэгуляваным вызваленнем і г.д.).
Гэта даследаванне мае велізарны патэнцыял прымянення і эканамічныя выгады, а таксама важнае навуковае значэнне для развіцця нанамедыцыны, умацавання здароўя чалавека і сацыяльнага прагрэсу.
No.2 Рэдказямельныя нанамагнітныя матэрыялы
Рэдказямельныя пастаянныя магнітныя матэрыялы прайшлі тры стадыі развіцця: SmCo5, Sm2Co7 і Nd2Fe14B. Як магнітны парашок NdFeB з хуткай загартоўкай для звязаных матэрыялаў з пастаяннымі магнітамі, памер збожжа вагаецца ад 20 нм да 50 нм, што робіць яго тыповым нанакрышталічным рэдказямельным матэрыялам з пастаянным магнітам.
Рэдказямельныя нанамагнітныя матэрыялы валодаюць невялікімі памерамі, аднадаменнай структурай і высокай коэрцитивностью. Выкарыстанне магнітных матэрыялаў для запісу можа палепшыць стаўленне сігнал/шум і якасць выявы. З-за невялікіх памераў і высокай надзейнасці яго выкарыстанне ў сістэмах мікрарухавікоў з'яўляецца важным напрамкам развіцця новага пакалення авіяцыйных, аэракасмічных і марскіх рухавікоў. Прадукцыйнасць магнітнай памяці, магнітнай вадкасці і матэрыялаў Giant Magneto Resistance можа быць значна палепшана, дзякуючы чаму прылады стануць высокапрадукцыйнымі і мініяцюрнымі.
No3Рэдказямельныя нанакаталітычныя матэрыялы
Рэдказямельныя каталітычныя матэрыялы ўключаюць амаль усе каталітычныя рэакцыі. З-за эфектаў паверхні, эфектаў аб'ёму і эфектаў квантавага памеру рэдказямельныя нанатэхналогіі ўсё больш прыцягваюць увагу. У многіх хімічных рэакцыях выкарыстоўваюцца рэдказямельныя каталізатары. Пры выкарыстанні рэдказямельных нанакаталізатараў каталітычная актыўнасць і эфектыўнасць будуць значна павышаны.
Рэдказямельныя нанакаталізатары звычайна выкарыстоўваюцца ў каталітычным крэкінгу нафты і ачыстцы аўтамабільных выхлапных газаў. Найбольш часта выкарыстоўваюцца рэдказямельныя нанакаталітычныя матэрыялыCeO2іLa2O3, якія можна выкарыстоўваць у якасці каталізатараў і прамотараў, а таксама ў якасці носьбітаў каталізатараў.
No4Нана аксід цэрыяматэрыял, які абараняе ад ультрафіялету
Нанааксід цэрыя вядомы як ультрафіялетавае ізалятар трэцяга пакалення з добрым ізаляцыйным эфектам і высокай прапускальнасцю. У касметыцы ў якасці УФ-ізалятара неабходна выкарыстоўваць нанадыксід цэрыю з нізкай каталітычнай актыўнасцю. Такім чынам, увага на рынку і прызнанне нана-аксіду цэрыю, якія абараняюць ад ультрафіялету, вельмі высокія. Пастаяннае паляпшэнне інтэграцыі інтэгральных схем патрабуе новых матэрыялаў для працэсаў вытворчасці мікрасхем інтэгральных схем. Новыя матэрыялы маюць больш высокія патрабаванні да паліравальных вадкасцей, і паўправадніковыя рэдказямельныя вадкасці для паліроўкі павінны адпавядаць гэтым патрабаванням, з больш высокай хуткасцю паліроўкі і меншым аб'ёмам паліроўкі. Нанарэдказямельныя паліравальныя матэрыялы маюць шырокі рынак.
Значнае павелічэнне колькасці аўтамабіляў прывяло да сур'ёзнага забруджвання паветра, і ўстаноўка каталізатараў ачысткі выхлапных газаў у аўтамабілях з'яўляецца найбольш эфектыўным спосабам барацьбы з забруджваннем выхлапных газаў. Нана-цэрый-цырконіевыя кампазітныя аксіды гуляюць важную ролю ў павышэнні якасці ачысткі хваставога газу.
No.5 Іншыя нанафункцыянальныя матэрыялы
01. Рэдказямельныя нанакерамічныя матэрыялы
Нанакерамічны парашок можа значна знізіць тэмпературу спякання, якая на 200 ℃~300 ℃ ніжэй, чым у ненанакерамічнага парашка з такім жа складам. Даданне нана CeO2 да керамікі можа знізіць тэмпературу спякання, запаволіць рост рашоткі і палепшыць шчыльнасць керамікі. Даданне рэдказямельных элементаў, такіх якY2O3, CeO2, or La2O3 to ZrO2можа прадухіліць высокатэмпературнае фазавае ператварэнне і далікатнасць ZrO2, а таксама атрымаць загартаваныя керамічныя канструкцыйныя матэрыялы з фазавым ператварэннем ZrO2.
Электронная кераміка (электронныя датчыкі, PTC-матэрыялы, мікрахвалевыя матэрыялы, кандэнсатары, тэрмістары і г.д.), вырабленая з выкарыстаннем звыштонкіх або нанаразмерных CeO2, Y2O3,Nd2O3, Sm2O3і г. д. маюць палепшаныя электрычныя, цеплавыя і стабільныя ўласцівасці.
Даданне рэдказямельных фотакаталітычных кампазітных матэрыялаў у формулу глазуры можа прыгатаваць рэдказямельную антыбактэрыйную кераміку.
02. Рэдказямельныя нана-тонкаплёнкавыя матэрыялы
З развіццём навукі і тэхнікі патрабаванні да прадукцыйнасці прадукцыі становяцца ўсё больш жорсткімі, патрабуючы вырабаў звыштонкай, звыштонкіх, звышвысокай шчыльнасці і звышнапаўнення. У цяперашні час распрацаваны тры асноўныя катэгорыі рэдказямельных нанаплёнак: рэдказямельныя складаныя нанаплёнкі, рэдказямельныя аксідныя нанаплёнкі і плёнкі з рэдказямельных нанасплаваў. Рэдказямельныя нанаплёнкі таксама гуляюць важную ролю ў індустрыі інфармацыі, каталізе, энергетыцы, транспарце і медыцыне жыцця.
Заключэнне
Кітай з'яўляецца буйной краінай па запасах рэдказямельных рэсурсаў. Распрацоўка і прымяненне рэдказямельных нанаматэрыялаў - гэта новы спосаб эфектыўнага выкарыстання рэдказямельных рэсурсаў. Для таго, каб пашырыць сферу прымянення рэдказямельных нанаматэрыялаў і спрыяць распрацоўцы новых функцыянальных матэрыялаў, у тэорыі матэрыялаў павінна быць створана новая тэарэтычная сістэма для задавальнення патрэб даследаванняў у нанамаштабе, павышэння прадукцыйнасці рэдказямельных нанаматэрыялаў і з'яўлення магчымыя новыя ўласцівасці і функцыі.
Час размяшчэння: 29 мая 2023 г