Sjældne jordarters nanomaterialer
Sjældne jordarters nanomaterialer Sjældne jordarters elementer har en unik 4f underlags elektronisk struktur, stort atomisk magnetisk moment, stærk spin-kredsløbskobling og andre karakteristika, hvilket resulterer i meget rige optiske, elektriske, magnetiske og andre egenskaber. De er uundværlige strategiske materialer for lande rundt om i verden til at transformere traditionelle industrier og udvikle højteknologi, og er kendt som "skattehuset for nye materialer".
Ud over dets anvendelser inden for traditionelle områder såsom metallurgiske maskiner, petrokemikalier, glaskeramik og lette tekstiler,sjældne jordarterer også vigtige støttematerialer inden for nye områder såsom ren energi, store køretøjer, nye energikøretøjer, halvlederbelysning og nye skærme, tæt forbundet med menneskeliv.
Efter årtiers udvikling er fokus for sjældne jordarter relateret til forskning tilsvarende flyttet fra smeltning og adskillelse af enkelt højrenhed sjældne jordarter til højteknologiske anvendelser af sjældne jordarter inden for magnetisme, optik, elektricitet, energilagring, katalyse, biomedicin, og andre felter. På den ene side er der en større tendens til sjældne jordarters kompositmaterialer i materialesystemet; På den anden side er det mere fokuseret på lavdimensionelle funktionelle krystalmaterialer med hensyn til morfologi. Især med udviklingen af moderne nanovidenskab, der kombinerer de små størrelseseffekter, kvanteeffekter, overfladeeffekter og grænsefladeeffekter af nanomaterialer med de unikke elektroniske lagstrukturegenskaber for sjældne jordarters elementer, udviser sjældne jordarters nanomaterialer mange nye egenskaber, der adskiller sig fra traditionelle materialer, hvilket maksimerer den fremragende ydeevne af sjældne jordarters materialer, Og yderligere udvide dens anvendelse inden for traditionelle materialer og ny højteknologisk fremstilling.
På nuværende tidspunkt er der hovedsageligt følgende meget lovende sjældne jordarters nanomaterialer, nemlig sjældne jordarters nanoluminescerende materialer, sjældne jordarters nanokatalytiske materialer, sjældne jordarters nanomagnetiske materialer,nano ceriumoxidultraviolette afskærmningsmaterialer og andre nanofunktionelle materialer.
Nr.1Sjældne jordarters nano selvlysende materialer
01. Sjældne jordarters organisk-uorganiske hybride selvlysende nanomaterialer
Kompositmaterialer kombinerer forskellige funktionelle enheder på molekylært niveau for at opnå komplementære og optimerede funktioner. Organisk uorganisk hybridmateriale har funktionerne organiske og uorganiske komponenter, der viser god mekanisk stabilitet, fleksibilitet, termisk stabilitet og fremragende bearbejdelighed.
Sjælden jordkomplekser har mange fordele, såsom høj farverenhed, lang levetid i exciteret tilstand, højt kvanteudbytte og rige emissionsspektrumlinjer. De er meget udbredt inden for mange områder, såsom skærm, optisk bølgelederforstærkning, solid-state lasere, biomarkør og anti-forfalskning. Den lave fototermiske stabilitet og dårlige bearbejdelighed af sjældne jordarters komplekser hæmmer imidlertid alvorligt deres anvendelse og fremme. Kombination af sjældne jordarters komplekser med uorganiske matricer med gode mekaniske egenskaber og stabilitet er en effektiv måde at forbedre de luminescerende egenskaber af sjældne jordarters komplekser.
Siden udviklingen af sjældne jordarters organiske uorganiske hybridmateriale viser deres udviklingstendenser følgende egenskaber:
① Hybridmaterialet opnået ved kemisk dopingmetode har stabile aktive komponenter, høj dopingmængde og ensartet fordeling af komponenter;
② Transformation fra enkelte funktionelle materialer til multifunktionelle materialer, udvikling af multifunktionelle materialer for at gøre deres anvendelser mere omfattende;
③ Matrixen er forskelligartet, fra primært silica til forskellige substrater såsom titaniumdioxid, organiske polymerer, lerarter og ioniske væsker.
02. Hvid LED sjælden jordart selvlysende materiale
Sammenlignet med eksisterende belysningsteknologier har halvlederbelysningsprodukter såsom lysemitterende dioder (LED'er) fordele som lang levetid, lavt energiforbrug, høj lyseffektivitet, kviksølvfri, UV-fri og stabil drift. De betragtes som den "fjerde generations lyskilde" efter glødelamper, fluorescerende lamper og højstyrke gasudladningslamper (HID'er).
Hvid LED er sammensat af chips, substrater, fosfor og drivere. Sjældne jordarters fluorescerende pulver spiller en afgørende rolle i ydeevnen af hvid LED. I de senere år er der blevet udført en stor mængde forskningsarbejde på hvide LED-fosforstoffer, og der er gjort fremragende fremskridt:
① Udviklingen af en ny type fosfor exciteret af blå LED (460 m) har udført doping- og modifikationsforskning på YAO2Ce (YAG: Ce) brugt i blå LED-chips for at forbedre lyseffektiviteten og farvegengivelsen;
② Udviklingen af nye fluorescerende pulvere exciteret af ultraviolet lys (400m) eller ultraviolet lys (360mm) har systematisk studeret sammensætningen, strukturen og spektrale karakteristika af røde og grønblå fluorescerende pulvere, såvel som de forskellige forhold mellem de tre fluorescerende pulvere for at opnå hvid LED med forskellige farvetemperaturer;
③ Yderligere arbejde er blevet udført på de grundlæggende videnskabelige spørgsmål i fremstillingsprocessen af fluorescerende pulver, såsom præparationsprocessens indflydelse på fluxen, for at sikre kvaliteten og stabiliteten af det fluorescerende pulver.
Derudover anvender hvidt lys LED hovedsageligt en blandet emballeringsproces af fluorescerende pulver og silikone. På grund af den dårlige termiske ledningsevne af fluorescerende pulver, vil enheden varme op på grund af forlænget arbejdstid, hvilket fører til silikoneældning og forkorter enhedens levetid. Dette problem er især alvorligt i højeffekt LED'er med hvidt lys. Fjernindpakning er en måde at løse dette problem på ved at fastgøre fluorescerende pulver til substratet og adskille det fra den blå LED-lyskilde, hvorved virkningen af varme genereret af chippen på det fluorescerende pulvers luminescerende ydeevne reduceres. Hvis sjældne jordarters fluorescerende keramik har karakteristika af høj termisk ledningsevne, høj korrosionsbestandighed, høj stabilitet og fremragende optisk udgangsydelse, kan de bedre opfylde applikationskravene til højeffekt hvid LED med høj energitæthed. Mikronanopulvere med høj sintringsaktivitet og høj spredning er blevet en vigtig forudsætning for fremstilling af højtransparens sjældne jordarters optiske funktionelle keramik med høj optisk udgangsydelse.
03.Rare earth upconversion luminescerende nanomaterialer
Opkonverteringsluminescens er en speciel type luminescensproces karakteriseret ved absorption af flere lavenergifotoner af luminescerende materialer og generering af højenergifotonemission. Sammenlignet med traditionelle organiske farvestofmolekyler eller kvanteprikker har sjældne jordarters opkonverteringsluminescerende nanomaterialer mange fordele, såsom stort anti Stokes-skift, smalt emissionsbånd, god stabilitet, lav toksicitet, høj vævsgennemtrængningsdybde og lav spontan fluorescensinterferens. De har brede anvendelsesmuligheder inden for det biomedicinske område.
I de seneste år har sjældne jordarters opkonvertering luminescerende nanomaterialer gjort betydelige fremskridt inden for syntese, overflademodifikation, overfladefunktionalisering og biomedicinske anvendelser. Mennesker forbedrer materialers luminescensydelse ved at optimere deres sammensætning, fasetilstand, størrelse osv. på nanoskalaen og kombinere kerne/skalstrukturen for at reducere luminescensdæmpningscentret for at øge overgangssandsynligheden. Ved kemisk modifikation, etablere teknologier med god biokompatibilitet for at reducere toksicitet, og udvikle billeddannelsesmetoder til opkonvertering af luminescerende levende celler og in vivo; Udvikle effektive og sikre biologiske koblingsmetoder baseret på behovene i forskellige applikationer (immundetektionsceller, in vivo fluorescensbilleddannelse, fotodynamisk terapi, fototermisk terapi, fotokontrolleret frigivelsesmedicin osv.).
Denne undersøgelse har et enormt anvendelsespotentiale og økonomiske fordele og har vigtig videnskabelig betydning for udviklingen af nanomedicin, fremme af menneskers sundhed og sociale fremskridt.
No.2 sjældne jordarters nanomagnetiske materialer
Sjældne jordarters permanentmagnetmaterialer har gennemgået tre udviklingsstadier: SmCo5, Sm2Co7 og Nd2Fe14B. Som et hurtigt quenchet NdFeB magnetisk pulver til bundne permanentmagnetmaterialer varierer kornstørrelsen fra 20 nm til 50 nm, hvilket gør det til et typisk nanokrystallinsk, sjælden jordart permanent magnetmateriale.
Sjældne jordarters nanomagnetiske materialer har egenskaberne lille størrelse, enkelt domænestruktur og høj koercitivitet. Brugen af magnetiske optagematerialer kan forbedre signal-til-støj-forholdet og billedkvaliteten. På grund af dens lille størrelse og høje pålidelighed er dens anvendelse i mikromotorsystemer en vigtig retning for udviklingen af den nye generation af luftfarts-, rumfarts- og marinemotorer. For magnetisk hukommelse, magnetisk væske, Giant Magneto Resistance materialer kan ydeevnen forbedres betydeligt, hvilket gør enheder til højtydende og miniaturiserede.
Nr.3Sjælden jordarter nanokatalytiske materialer
Katalytiske materialer af sjældne jordarter involverer næsten alle katalytiske reaktioner. På grund af overfladeeffekter, volumeneffekter og kvantestørrelseseffekter har sjældne jordarters nanoteknologi i stigende grad tiltrukket sig opmærksomhed. I mange kemiske reaktioner bruges sjældne jordarters katalysatorer. Hvis der anvendes sjældne jordarters nanokatalysatorer, vil den katalytiske aktivitet og effektivitet blive væsentligt forbedret.
Sjældne jordarters nanokatalysatorer bruges generelt i petroleumskatalytisk krakning og rensningsbehandling af biludstødning. De mest almindeligt anvendte sjældne jordarters nanokatalytiske materialer erCeO2ogLa2O3, som kan anvendes som katalysatorer og promotorer, såvel som katalysatorbærere.
Nr.4Nano ceriumoxidultraviolet afskærmningsmateriale
Nanoceriumoxid er kendt som tredje generations ultraviolette isoleringsmiddel med god isoleringseffekt og høj transmittans. I kosmetik skal nanoceriumoxid med lav katalytisk aktivitet anvendes som et UV-isoleringsmiddel. Derfor er markedsopmærksomheden og anerkendelsen af nanoceriumoxid ultraviolette afskærmningsmaterialer høj. Den kontinuerlige forbedring af integreret kredsløbsintegration kræver nye materialer til chipfremstillingsprocesser. Nye materialer har højere krav til poleringsvæsker, og halvledere sjældne jordarters poleringsvæsker skal opfylde dette krav med hurtigere poleringshastighed og mindre poleringsvolumen. Nano-poleringsmaterialer til sjældne jordarter har et bredt marked.
Den betydelige stigning i bilejerskab har forårsaget alvorlig luftforurening, og installation af biludstødningsrensningskatalysatorer er den mest effektive måde at kontrollere udstødningsforurening på. Nano cerium zirconium kompositoxider spiller en vigtig rolle i at forbedre kvaliteten af afgangsgasrensning.
No.5 Andre nanofunktionelle materialer
01. Sjældne jordarters nanokeramiske materialer
Nanokeramisk pulver kan reducere sintringstemperaturen betydeligt, som er 200 ℃ ~ 300 ℃ lavere end for ikke-nanokeramisk pulver med samme sammensætning. Tilføjelse af nano CeO2 til keramik kan reducere sintringstemperaturen, hæmme gittervækst og forbedre tætheden af keramik. Tilføjelse af sjældne jordarters elementer som f.eksY2O3, CeO2, or La2O3 to ZrO2kan forhindre højtemperaturfasetransformation og skørhed af ZrO2 og opnå ZrO2-fasetransformation hærdede keramiske strukturmaterialer.
Elektronisk keramik (elektroniske sensorer, PTC-materialer, mikrobølgematerialer, kondensatorer, termistorer osv.) fremstillet ved hjælp af ultrafin eller nanoskala CeO2, Y2O3,Nd2O3, Sm2O3osv. har forbedrede elektriske, termiske og stabilitetsegenskaber.
Tilføjelse af sjældne jordarters aktiverede fotokatalytiske kompositmaterialer til glasurformlen kan forberede antibakteriel keramik af sjældne jordarter.
02.Rare earth nano tyndfilm materialer
Med udviklingen af videnskab og teknologi bliver ydeevnekravene til produkter stadig strengere, hvilket kræver ultrafin, ultratynd, ultrahøj tæthed og ultrafyldning af produkter. I øjeblikket er der udviklet tre hovedkategorier af sjældne jordarters nanofilm: sjældne jordarters komplekse nanofilm, sjældne jordarters oxid nanofilm og sjældne jordarters nanolegeringsfilm. Sjældne jordarters nanofilm spiller også vigtige roller i informationsindustrien, katalyse, energi, transport og livsmedicin.
Konklusion
Kina er et stort land inden for sjældne jordarters ressourcer. Udviklingen og anvendelsen af sjældne jordarters nanomaterialer er en ny måde at effektivt udnytte sjældne jordarters ressourcer på. For at udvide anvendelsesområdet for sjældne jordarter og fremme udviklingen af nye funktionelle materialer, bør der etableres et nyt teoretisk system i materialeteori for at imødekomme forskningsbehovene på nanoskala, få sjældne jordarters nanomaterialer til at have bedre ydeevne og skabe fremkomsten af nye egenskaber og funktioner mulige.
Indlægstid: 29. maj 2023