Nanomaterijali rijetkih zemalja
Nanomaterijali rijetkih zemalja Rijetkozemni elementi imaju jedinstvenu elektronsku strukturu 4f podsloja, veliki atomski magnetni moment, jaku spin orbitnu spregu i druge karakteristike, što rezultira vrlo bogatim optičkim, električnim, magnetskim i drugim svojstvima. Oni su nezamjenjivi strateški materijali za zemlje širom svijeta za transformaciju tradicionalnih industrija i razvoj visoke tehnologije, a poznati su kao "riznica novih materijala".
Pored primjene u tradicionalnim poljima kao što su metalurške mašine, petrokemija, staklena keramika i lagani tekstil,rijetke zemljesu takođe ključni pomoćni materijali u novim oblastima kao što su čista energija, velika vozila, vozila nove energije, poluprovodnička rasveta i novi displeji, usko povezani sa ljudskim životom.
Nakon decenija razvoja, fokus istraživanja vezanih za rijetke zemlje se shodno tome pomjerio sa topljenja i odvajanja pojedinačnih rijetkih zemalja visoke čistoće na visokotehnološke primjene rijetkih zemalja u magnetizmu, optici, elektricitetu, skladištenju energije, katalizi, biomedicini, i druga polja. S jedne strane, postoji veći trend prema kompozitnim materijalima retkih zemalja u materijalnom sistemu; S druge strane, više je fokusiran na niskodimenzionalne funkcionalne kristalne materijale u smislu morfologije. Posebno s razvojem moderne nanoznanosti, kombinujući efekte male veličine, kvantne efekte, površinske efekte i efekte interfejsa nanomaterijala sa jedinstvenim karakteristikama strukture elektronskog sloja elemenata rijetkih zemalja, nanomaterijali rijetkih zemalja pokazuju mnoga nova svojstva koja se razlikuju od tradicionalnih materijala, maksimizirajući odlične performanse rijetkih zemnih materijala, I dalje proširiti svoju primjenu u oblastima tradicionalnih materijala i nove visokotehnološke proizvodnje.
Trenutno postoje uglavnom sljedeći vrlo obećavajući nanomaterijali rijetkih zemalja, naime rijetki nano luminiscentni materijali, nano katalitički materijali rijetkih zemalja, nano magnetni materijali rijetkih zemalja,nano cerij oksidmaterijali za zaštitu od ultraljubičastog zračenja i drugi nano funkcionalni materijali.
br.1Nano luminiscentni materijali rijetkih zemalja
01. Rijetke zemlje organsko-anorganski hibridni luminiscentni nanomaterijali
Kompozitni materijali kombinuju različite funkcionalne jedinice na molekularnom nivou kako bi se postigle komplementarne i optimizovane funkcije. Organski anorganski hibridni materijal ima funkcije organskih i anorganskih komponenti, pokazujući dobru mehaničku stabilnost, fleksibilnost, termičku stabilnost i odličnu preradljivost.
Rijetka zemljakompleksi imaju mnoge prednosti, kao što su visoka čistoća boje, dug život pobuđenog stanja, visok kvantni prinos i bogate linije emisionog spektra. Oni se široko koriste u mnogim poljima, kao što su displej, optičko talasovodno pojačanje, poluprovodnički laseri, biomarkeri i zaštita od krivotvorenja. Međutim, niska fototermalna stabilnost i loša obradivost kompleksa rijetkih zemalja ozbiljno ometaju njihovu primjenu i promociju. Kombinovanje kompleksa retkih zemalja sa neorganskim matricama sa dobrim mehaničkim svojstvima i stabilnošću je efikasan način da se poboljšaju luminiscentna svojstva kompleksa retkih zemalja.
Od razvoja organskog anorganskog hibridnog materijala rijetkih zemalja, trendovi njihovog razvoja pokazuju sljedeće karakteristike:
① Hibridni materijal dobijen metodom hemijskog dopinga ima stabilne aktivne komponente, visoku količinu dopinga i ujednačenu distribuciju komponenti;
② Transformacija iz jednostrukih funkcionalnih materijala u multifunkcionalne materijale, razvoj multifunkcionalnih materijala kako bi njihova primjena bila opsežnija;
③ Matrica je raznolika, od prvenstveno silicijum dioksida do raznih supstrata kao što su titanijum dioksid, organski polimeri, gline i jonske tečnosti.
02. Bijela LED rijetka zemlja luminiscentni materijal
U poređenju sa postojećim tehnologijama osvetljenja, poluprovodnički proizvodi za osvetljenje kao što su svetleće diode (LED) imaju prednosti kao što su dug radni vek, niska potrošnja energije, visoka svetlosna efikasnost, bez žive, bez UV zračenja i stabilan rad. Smatraju se "izvorom svjetlosti četvrte generacije" nakon žarulja sa žarnom niti, fluorescentnih sijalica i sijalica sa gasnim pražnjenjem visoke snage (HID).
Bijela LED dioda se sastoji od čipova, supstrata, fosfora i drajvera. Fluorescentni prah rijetkih zemalja igra ključnu ulogu u performansama bijele LED diode. Posljednjih godina provedena je velika količina istraživačkog rada na bijelim LED fosforima i postignut je odličan napredak:
① Razvoj nove vrste fosfora pobuđenog plavom LED diodom (460m) je sproveo istraživanje dopinga i modifikacije na YAO2Ce (YAG: Ce) koji se koristi u plavim LED čipovima za poboljšanje svjetlosne efikasnosti i prikazivanja boja;
② Razvoj novih fluorescentnih prahova pobuđenih ultraljubičastim svjetlom (400m) ili ultraljubičastom svjetlošću (360mm) sistematski je proučavao sastav, strukturu i spektralne karakteristike crvenog i zeleno plavog fluorescentnog praha, kao i različite omjere tri fluorescentna praha za dobijanje bijele LED diode s različitim temperaturama boja;
③ Dalji rad je obavljen na osnovnim naučnim pitanjima u procesu pripreme fluorescentnog praha, kao što je uticaj procesa pripreme na fluks, kako bi se osigurao kvalitet i stabilnost fluorescentnog praha.
Osim toga, bijelo svjetlo LED uglavnom usvaja mješoviti proces pakiranja fluorescentnog praha i silikona. Zbog loše toplotne provodljivosti fluorescentnog praha, uređaj će se zagrijati zbog produženog radnog vremena, što dovodi do starenja silikona i skraćuje vijek trajanja uređaja. Ovaj problem je posebno ozbiljan kod bijelih LED dioda velike snage. Daljinsko pakovanje je jedan od načina da se riješi ovaj problem pričvršćivanjem fluorescentnog praha na supstrat i odvajanjem od plavog LED izvora svjetla, čime se smanjuje utjecaj topline koju proizvodi čip na luminiscentne performanse fluorescentnog praha. Ako fluorescentna keramika od rijetkih zemalja ima karakteristike visoke toplinske provodljivosti, visoke otpornosti na koroziju, visoke stabilnosti i odličnih optičkih izlaznih performansi, ona može bolje ispuniti zahtjeve primjene bijele LED diode velike snage s velikom gustinom energije. Mikro nano prahovi sa visokom aktivnošću sinterovanja i visokom disperzijom postali su važan preduslov za pripremu visokoprozirne optičke funkcionalne keramike retkih zemalja sa visokim performansama optičkog izlaza.
03.Luminescentni nanomaterijali za pretvorbu rijetkih zemalja
Luminiscencija uz pretvorbu je posebna vrsta procesa luminescencije koju karakterizira apsorpcija višestrukih fotona niske energije od strane luminiscentnih materijala i stvaranje emisije fotona visoke energije. U poređenju sa tradicionalnim molekulima organske boje ili kvantnim tačkama, luminescentni nanomaterijali rijetkih zemalja sa upkonverzijom imaju mnoge prednosti kao što su veliki anti Stokesov pomak, uski emisioni pojas, dobra stabilnost, niska toksičnost, velika dubina prodiranja u tkivo i niska spontana fluorescentna interferencija. Imaju široke izglede za primjenu u biomedicinskom polju.
Posljednjih godina, luminiscentni nanomaterijali rijetkih zemalja sa upkonverzijom su postigli značajan napredak u sintezi, modificiranju površine, funkcionalizaciji površine i biomedicinskim primjenama. Ljudi poboljšavaju performanse luminiscencije materijala optimizacijom njihovog sastava, faznog stanja, veličine itd. na nanoskali, i kombinovanjem strukture jezgra/ljuske da bi se smanjio centar za gašenje luminiscencije, kako bi se povećala vjerovatnoća prijelaza. Kemijskom modifikacijom uspostaviti tehnologije sa dobrom biokompatibilnošću za smanjenje toksičnosti i razviti metode snimanja za luminiscentne žive ćelije sa povećanjem konverzije i in vivo; Razviti efikasne i bezbedne metode biološkog spajanja zasnovane na potrebama različitih aplikacija (ćelije za detekciju imuniteta, in vivo fluorescentno snimanje, fotodinamička terapija, fototermalna terapija, lekovi sa kontrolisanim oslobađanjem, itd.).
Ova studija ima ogroman potencijal primjene i ekonomske koristi, te ima važan naučni značaj za razvoj nanomedicine, promociju zdravlja ljudi i društveni napredak.
Br.2 Rijetke zemlje nano magnetni materijali
Materijali trajnih magneta rijetkih zemalja prošli su kroz tri razvojne faze: SmCo5, Sm2Co7 i Nd2Fe14B. Kao brzo ugašeni magnetni prah NdFeB za vezane trajne magnetne materijale, veličina zrna se kreće od 20 nm do 50 nm, što ga čini tipičnim nanokristalnim materijalom trajnih magneta rijetkih zemalja.
Nanomagnetni materijali rijetkih zemalja imaju karakteristike male veličine, jednodomenske strukture i visoke koercitivnosti. Upotreba materijala za magnetno snimanje može poboljšati omjer signala i šuma i kvalitet slike. Zbog svoje male veličine i visoke pouzdanosti, njegova upotreba u mikromotornim sistemima važan je pravac za razvoj nove generacije zrakoplovnih, svemirskih i brodskih motora. Za magnetnu memoriju, magnetnu tekućinu, materijale Giant Magneto Resistance, performanse se mogu znatno poboljšati, čineći da uređaji postanu visokih performansi i minijaturizirani.
br.3Nano rijetke zemljekatalitičkih materijala
Katalitički materijali rijetkih zemalja uključuju gotovo sve katalitičke reakcije. Zbog površinskih efekata, efekata zapremine i efekata kvantnih veličina, nanotehnologija retkih zemalja sve više privlači pažnju. U mnogim hemijskim reakcijama koriste se katalizatori rijetkih zemalja. Ako se koriste nanokatalizatori rijetkih zemalja, katalitička aktivnost i efikasnost će se znatno poboljšati.
Nanokatalizatori rijetkih zemalja općenito se koriste u katalitičkom krekingu nafte i tretmanu pročišćavanja automobilskih ispušnih plinova. Najčešće korišteni nanokatalitički materijali rijetkih zemalja suCeO2iLa2O3, koji se mogu koristiti kao katalizatori i promotori, kao i kao nosači katalizatora.
br.4Nano cerij oksidmaterijal za zaštitu od ultraljubičastog zračenja
Nano cerijum oksid je poznat kao treća generacija ultraljubičastog izolacionog sredstva, sa dobrim izolacionim učinkom i visokom propusnošću. U kozmetici, nanocerija niske katalitičke aktivnosti mora se koristiti kao UV izolator. Stoga je pažnja tržišta i prepoznavanje materijala za zaštitu od ultraljubičastih ultraljubičastih nano cerij oksida veliki. Kontinuirano unapređenje integracije integrisanih kola zahteva nove materijale za procese proizvodnje čipova integrisanih kola. Novi materijali imaju veće zahtjeve za tečnostima za poliranje, a tečnosti za poliranje retkih zemalja poluprovodnika treba da zadovolje ovaj zahtev, sa većom brzinom poliranja i manjim volumenom poliranja. Nano materijali za poliranje rijetkih zemalja imaju široko tržište.
Značajno povećanje posjedovanja automobila izazvalo je ozbiljno zagađenje zraka, a ugradnja katalizatora za prečišćavanje izduvnih gasova automobila je najefikasniji način kontrole zagađenja izduvnim gasovima. Nanocerijum cirkonijum kompozitni oksidi igraju važnu ulogu u poboljšanju kvaliteta prečišćavanja otpadnog gasa.
br.5 Ostali nano funkcionalni materijali
01. Rijetke zemlje nano keramički materijali
Nano keramički prah može značajno smanjiti temperaturu sinterovanja, koja je 200 ℃ ~ 300 ℃ niža od one nenano keramičkog praha istog sastava. Dodavanje nano CeO2 u keramiku može smanjiti temperaturu sinterovanja, inhibirati rast rešetke i poboljšati gustoću keramike. Dodavanje rijetkih zemljanih elemenata kao što suY2O3, CeO2, or La2O3 to ZrO2može spriječiti visokotemperaturnu faznu transformaciju i krhkost ZrO2, te dobiti ZrO2 faznu transformaciju kaljenih keramičkih strukturnih materijala.
Elektronska keramika (elektronski senzori, PTC materijali, mikrovalni materijali, kondenzatori, termistori, itd.) pripremljena korištenjem ultrafine ili nanorazmjerne CeO2, Y2O3,Nd2O3, Sm2O3itd. imaju poboljšana električna, termička svojstva i svojstva stabilnosti.
Dodavanje fotokatalitičkih kompozitnih materijala aktiviranih rijetkih zemalja u formulu glazure može pripremiti antibakterijsku keramiku rijetkih zemalja.
02.Rijetke zemlje nano tankoslojni materijali
Sa razvojem nauke i tehnologije, zahtevi za performansama za proizvode postaju sve stroži, zahtevajući ultra-fine, ultra tanke, ultra-visoke gustine i ultra-punjenje proizvoda. Trenutno su razvijene tri glavne kategorije nano filmova rijetkih zemalja: kompleksni nano filmovi rijetkih zemalja, nano filmovi oksida rijetkih zemalja i filmovi od nano legura rijetkih zemalja. Nano filmovi rijetkih zemalja također igraju važnu ulogu u informatičkoj industriji, katalizi, energiji, transportu i životnoj medicini.
Zaključak
Kina je najveća zemlja u resursima rijetkih zemalja. Razvoj i primjena nanomaterijala rijetkih zemalja je novi način za efikasno korištenje resursa rijetkih zemalja. Kako bi se proširio opseg primjene rijetkih zemalja i promovirao razvoj novih funkcionalnih materijala, u teoriji materijala treba uspostaviti novi teorijski sistem kako bi se zadovoljile potrebe istraživanja na nanoskali, učinilo da nanomaterijali rijetkih zemalja imaju bolje performanse i omogućili pojavu mogućih novih svojstava i funkcija.
Vrijeme objave: 29.05.2023