Els nanomaterials de terres rares Elements de terra rara tenen una estructura electrònica de sub -capa única 4F, un moment magnètic atòmic, un fort acoblament d’òrbita de spin i altres característiques, donant lloc a propietats òptiques, elèctriques, magnètiques i altres molt riques. Són materials estratègics indispensables per als països de tot el món per transformar les indústries tradicionals i desenvolupar-se d’alta tecnologia i es coneixen com la “casa del tresor dels nous materials”.
A més de les seves aplicacions en camps tradicionals com ara maquinària metal·lúrgica, petroquímics, ceràmica de vidre i tèxtils lleugers,terres rarestambé són materials de suport clau en camps emergents com ara energia neta, vehicles grans, nous vehicles energètics, il·luminació de semiconductors i noves pantalles, estretament relacionades amb la vida humana.
Després de dècades de desenvolupament, el focus de la investigació relacionada amb la Terra Rare ha passat de forma corresponent de la fosa i la separació de terres rares d’alta puresa a les aplicacions d’alta tecnologia de les terres rares en magnetisme, òptica, electricitat, emmagatzematge d’energia, catàlisi, biomedicina i altres àmbits. D’una banda, hi ha una tendència més gran cap als materials compostos de la Terra Rara en el sistema de material; D'altra banda, està més centrat en materials de cristall funcional de baixa dimensió en termes de morfologia. Sobretot amb el desenvolupament de la nanociència moderna, combinant els efectes de mida petita, els efectes quàntics, els efectes de la superfície i els efectes de la interfície dels nanomaterials amb les característiques úniques de l’estructura de la capa electrònica d’elements de la terra rara, els nanomaterials de la terra rara presenten moltes propietats noves diferents de materials tradicionals, maximitzant l’excel·lent rendiment de materials rars i amplien encara més la seva aplicació en els camps de materials tradicionals i una nova fabricació d’alta tecnologia.
Actualment, hi ha principalment els següents nanomaterials de terra rara molt prometedors, és a dir, materials nano luminescents de terra rara, materials nano catalítics de terres rares, materials magnètics nano de terra rara,òxid de cerium nanoMaterials de blindatge ultraviolats i altres materials funcionals nano.
NúviaMaterials nano luminescents de terra rara
01. Nanomaterials luminficents híbrids orgànics-inorgànics rares
Els materials compostos combinen diferents unitats funcionals a nivell molecular per aconseguir funcions complementàries i optimitzades. El material híbrid inorgànic orgànic té les funcions de components orgànics i inorgànics, que mostren una bona estabilitat mecànica, flexibilitat, estabilitat tèrmica i excel·lent processibilitat.
Terra raraEls complexos tenen molts avantatges, com ara alta puresa del color, llarga vida d’estat excitat, alt rendiment quàntic i línies d’espectre d’emissions riques. S’utilitzen àmpliament en molts camps, com ara la pantalla, l’amplificació de guies d’ona òptica, els làsers d’estat sòlid, el biomarcador i la contra-retrocés. No obstant això, la baixa estabilitat fototèrmica i la mala processabilitat dels complexos de terres rares dificulten seriosament la seva aplicació i promoció. Combinar complexos de terres rares amb matrius inorgàniques amb bones propietats mecàniques i estabilitat és una manera eficaç de millorar les propietats luminescents dels complexos de la Terra Rara.
Des del desenvolupament de materials híbrids inorgànics orgànics de terra rara, les seves tendències de desenvolupament mostren les següents característiques:
① El material híbrid obtingut pel mètode de dopatge químic té components actius estables, gran quantitat de dopatge i distribució uniforme de components;
② Transformar -se de materials funcionals únics a materials multifuncionals, desenvolupant materials multifuncionals per fer les seves aplicacions més extenses;
③ La matriu és diversa, des de la sílice principalment fins a diversos substrats com diòxid de titani, polímers orgànics, argiles i líquids iònics.
02. Material luminescent de terra rara de Led White
En comparació amb les tecnologies d’il·luminació existents, els productes d’il·luminació de semiconductors com els díodes que emeten llum (LED) tenen avantatges com ara una vida útil llarga, baix consum d’energia, alta eficiència lluminosa, lliure de mercuri, lliure d’UV i funcionament estable. Es consideren la "font de llum de la quarta generació" després de làmpades incandescents, làmpades fluorescents i làmpades de descàrrega de gas d'alta resistència (HID).
El LED blanc està format per xips, substrats, fòsfor i conductors. La pols fluorescent de terra rara té un paper crucial en el rendiment del LED blanc. En els darrers anys, s’han realitzat una gran quantitat de treballs de recerca sobre fòsfors LED blancs i s’han avançat excel·lents:
① El desenvolupament d’un nou tipus de fòsfor excitat per Blue LED (460m) ha realitzat investigacions sobre dopatge i modificació sobre YAO2CE (YAG: CE) utilitzats en xips LED blaus per millorar l’eficiència de la llum i la representació del color;
② El desenvolupament de nous pols fluorescents excitat per la llum ultraviolada (400m) o la llum ultraviolada (360mm) ha estudiat sistemàticament la composició, l'estructura i les característiques espectrals de les pols fluorescents de color vermell i verd, així com les diferents proporcions de les tres pols fluorescents per obtenir LED blanc amb temperatures de color diferents;
③ S'ha realitzat més treballs sobre els problemes científics bàsics en el procés de preparació de la pols fluorescent, com la influència del procés de preparació sobre el flux, per assegurar la qualitat i l'estabilitat de la pols fluorescent.
A més, LED de llum blanca adopta principalment un procés d’embalatge mixt de pols fluorescent i silicona. A causa de la mala conductivitat tèrmica de la pols fluorescent, el dispositiu s’escalfarà a causa del temps de treball prolongat, donant lloc a l’envelliment de silicona i reduint la vida útil del dispositiu. Aquest problema és especialment greu en els leds de llum blanca d’alta potència. Els envasos remots són una forma de resoldre aquest problema adjuntant pols fluorescent al substrat i separant -lo de la font de llum LED blava, reduint així l’impacte de la calor generat pel xip sobre el rendiment luminescent de la pols fluorescent. Si les ceràmiques fluorescents de la Terra Rare tenen les característiques de la conductivitat tèrmica elevada, la resistència a la corrosió elevada, l’alta estabilitat i el rendiment de sortida òptica excel·lent, poden complir millor els requisits d’aplicació del LED blanc d’alta potència amb alta densitat d’energia. Les pols de micro nano amb alta activitat de sinterització i alta dispersió s’han convertit en un requisit previ important per a la preparació de ceràmica funcional òptica de terra rara d’alta transparència amb un alt rendiment de sortida òptica.
03.
La luminescència UpConversion és un tipus especial de procés de luminescència caracteritzat per l’absorció de múltiples fotons de baixa energia per materials luminescents i la generació d’emissions de fotons d’alta energia. En comparació amb les molècules tradicionals de colorants orgànics o els punts quàntics, els nanomaterials luminescents de la conversió de terres rares tenen molts avantatges com el canvi de gran anti -stokes, la banda d’emissió estreta, la bona estabilitat, la baixa toxicitat, la profunditat de penetració dels teixits i la baixa interferència de fluorescència espontània. Tenen àmplies perspectives d’aplicació en l’àmbit biomèdic.
En els darrers anys, els nanomaterials luminescents de la conversió de terres rares han fet progressos significatius en la síntesi, la modificació de la superfície, la funcionalització de la superfície i les aplicacions biomèdiques. Les persones milloren el rendiment de la luminiscència dels materials optimitzant la seva composició, estat de fase, mida, etc. A la nanoescala i combinant l'estructura del nucli/closca per reduir el centre d'apagat de luminiscència, per tal d'augmentar la probabilitat de transició. Mitjançant la modificació química, establiu tecnologies amb una bona biocompatibilitat per reduir la toxicitat i desenvolupar mètodes d’imatge per a les cèl·lules vives luminescents i in vivo; Desenvolupar mètodes d’acoblament biològic eficients i segurs basats en les necessitats de diferents aplicacions (cèl·lules de detecció immune, imatge de fluorescència in vivo, teràpia fotodinàmica, teràpia fototèrmica, fàrmacs d’alliberament de fotografies, etc.).
Aquest estudi té un enorme potencial d’aplicació i beneficis econòmics i té una importància científica important per al desenvolupament de la nanomedicina, la promoció de la salut humana i el progrés social.
No.2 Materials magnètics nano de terra rara
Els materials d’imants permanents de terra rara han passat per tres etapes de desenvolupament: SMCO5, SM2CO7 i ND2FE14B. Com a pols magnètic NDFEB ràpid per a materials d’imants permanents units, la mida del gra oscil·la entre 20nm i 50nm, cosa que el converteix en un material d’imant permanent de terra rara nanocristal·lina típica.
Els materials nanomagnètics de terra rara tenen les característiques de la mida petita, l'estructura d'un sol domini i la coercitivitat alta. L’ús de materials de gravació magnètica pot millorar la relació senyal-soroll i la qualitat de la imatge. A causa de la seva petita mida i alta fiabilitat, el seu ús en sistemes de micro -motor és una direcció important per al desenvolupament de la nova generació de motors aeroscats, aeroespacials i marins. Per a la memòria magnètica, el líquid magnètic, els materials de resistència a magneto gegant, el rendiment es pot millorar molt, fent que els dispositius siguin d’alt rendiment i miniaturitzats.
NúviaNano de la Terra RaraMaterials catalítics
Els materials catalítics de la terra rara impliquen gairebé totes les reaccions catalítiques. A causa dels efectes superficials, els efectes del volum i els efectes de la mida quàntica, la nanotecnologia de la Terra Rara ha cridat cada cop més l'atenció. En moltes reaccions químiques, s’utilitzen catalitzadors de la Terra Rara. Si s’utilitzen nanocatalitzadors de terres rares, l’activitat catalítica i l’eficiència es milloraran molt.
Els nanocatalitzadors de terres rares s’utilitzen generalment en el tractament d’esquerdes i purificació catalítica del petroli de l’escapament de l’automoció. Els materials nanocatalítics de terra rara més utilitzats sónCEO2iLA2O3, que es pot utilitzar com a catalitzadors i promotors, així com a transportistes catalitzadors.
NúviaÒxid de cerium nanoMaterial de blindatge ultraviolat
L’òxid de ceri nano és conegut com l’agent d’aïllament ultraviolat de tercera generació, amb un bon efecte d’aïllament i alta transmitància. En cosmètics, s’ha d’utilitzar Nano Ceria d’activitat catalítica baixa com a agent aïllant UV. Per tant, l’atenció i el reconeixement del mercat dels materials de blindatge d’òxid d’òxid de nano és elevat. La millora contínua de la integració de circuits integrat requereix nous materials per als processos de fabricació de xips integrats. Els nous materials tenen requisits més elevats per als líquids de polit i els líquids de polit de terres rares semiconductors han de complir aquest requisit, amb una velocitat de polit més ràpida i menys volum de polit. Els materials de poliment de terres rares nano tenen un mercat ampli.
L’augment significatiu de la propietat del cotxe ha provocat una greu contaminació de l’aire i la instal·lació de catalitzadors de purificació d’escapament de cotxes és la forma més eficaç de controlar la contaminació d’escapament. Els òxids compostos de zirconi de nano cerium tenen un paper important en la millora de la qualitat de la purificació de gasos de la cua.
Núm. 5 Altres materials funcionals nano
01. Terra rara Nano Ceràmica Materials
La pols de ceràmica nano pot reduir significativament la temperatura de sinterització, que és de 200 ℃ ~ 300 ℃ inferior a la de la pols de ceràmica no nano amb la mateixa composició. Afegir Nano CEO2 a la ceràmica pot reduir la temperatura de sinterització, inhibir el creixement de la gelosia i millorar la densitat de ceràmica. Afegint elements de terra rara com araY2o3, CEO2, or LA2O3 to Zro2Pot prevenir la transformació de fase a alta temperatura i l’embrut de ZRO2 i obtenir materials estructurals ceràmics endurits en la transformació de fase ZRO2.
Ceràmica electrònica (sensors electrònics, materials PTC, materials de microones, condensadors, termistors, etc.) preparats mitjançant CEO2, Y2O3, Ultrafine o NanoScala,, Y2O3,ND2O3, SM2O3, etc., han millorat les propietats elèctriques, tèrmiques i d’estabilitat.
Si afegiu materials compostos fotocatalítics activats per la terra rara a la fórmula del vidre pot preparar ceràmica antibacteriana de terra rara.
02.RARE Earth Nano Materials de pel·lícula prima
Amb el desenvolupament de la ciència i la tecnologia, els requisits de rendiment dels productes són cada cop més estrictes, requerint productes ultra-definits, ultra-prims, ultra-alts i ultradreta de productes. Actualment, hi ha tres grans categories de pel·lícules de nano de terres rares desenvolupades: pel·lícules nano complexes de terres rares, pel·lícules de nano d’òxid de terres rares i pel·lícules d’aliatge de nano de terra rara. Les pel·lícules nano de terres rares també tenen un paper important en la indústria de la informació, la catàlisi, l’energia, el transport i la medicina de la vida.
Conclusió
La Xina és un país important en els recursos de la Terra Rara. El desenvolupament i l’aplicació de nanomaterials de terres rares és una nova manera d’utilitzar eficaçment recursos de la Terra Rara. Per ampliar l’àmbit d’aplicació de la terra rara i promoure el desenvolupament de nous materials funcionals, s’hauria d’establir un nou sistema teòric en la teoria de materials per satisfer les necessitats de recerca a nanoescala, fer que els nanomaterials de la Terra rara tinguin un millor rendiment i facin possible l’aparició de noves propietats i funcions.
Posada Posada: maig-29-2023