Nanomateriales de tierras raras
Los nanomateriales de tierras raras, los elementos de tierras raras tienen una estructura electrónica de subapas 4F única, un gran momento magnético atómico, un fuerte acoplamiento de órbita giratoria y otras características, lo que resulta en propiedades ópticas, eléctricas, magnéticas y otras muy ricas. Son materiales estratégicos indispensables para que los países de todo el mundo transformen las industrias tradicionales y desarrollen alta tecnología, y se conocen como la "casa del tesoro de los nuevos materiales".
Además de sus aplicaciones en campos tradicionales, como maquinaria metalúrgica, petroquímicos, cerámica de vidrio y textiles ligeros,tierras rarasTambién son materiales de apoyo clave en campos emergentes, como energía limpia, vehículos grandes, nuevos vehículos de energía, iluminación de semiconductores y nuevas pantallas, estrechamente relacionadas con la vida humana.
Después de décadas de desarrollo, el enfoque de la investigación relacionada con las tierras raras ha cambiado correspondientemente de la fundición y la separación de tierras raras de alta pureza a las aplicaciones de alta tecnología de tierras raras en magnetismo, óptica, electricidad, almacenamiento de energía, catálisis, biomedicina y otros campos. Por un lado, hay una mayor tendencia hacia materiales compuestos de tierras raras en el sistema de materiales; Por otro lado, se centra más en los materiales de cristal funcional de baja dimensión en términos de morfología. Especialmente con el desarrollo de la nanociencia moderna, que combina los efectos de tamaño pequeño, los efectos cuánticos, los efectos de la superficie y los efectos de la interfaz de los nanomateriales con las características únicas de la estructura de la capa electrónica de elementos de tierras raras, los nanomateriales de tierras raras exhiben muchas propiedades novedosas diferentes de los materiales tradicionales, maximizan el excelente rendimiento de los materiales de tierra raras y expanden aún más su aplicación en los campos de materiales tradicionales y nuevos de fabricación de alta tech-Tech.
En la actualidad, existen principalmente los siguientes nanomateriales de tierra raras altamente prometedores, a saber, materiales nano luminiscentes de tierras raras, materiales nano catalíticos de tierras raras, materiales magnéticos nano tierras raras, materiales magnéticos, materiales magnéticos,óxido de nano cerioMateriales de blindaje ultravioleta y otros materiales nano funcionales.
No.1Materiales nano luminiscentes de tierras raras
01. Tierra rara orgánica-inorgánica híbrida nanomaterials luminiscentes
Los materiales compuestos combinan diferentes unidades funcionales a nivel molecular para lograr funciones complementarias y optimizadas. El material híbrido inorgánico orgánico tiene las funciones de los componentes orgánicos e inorgánicos, que muestran una buena estabilidad mecánica, flexibilidad, estabilidad térmica y excelente procesabilidad.
Tierra raraLos complejos tienen muchas ventajas, como la alta pureza del color, la larga vida útil del estado excitado, el alto rendimiento cuántico y las ricas líneas de espectro de emisión. Se usan ampliamente en muchos campos, como pantalla, amplificación de guía de onda óptica, láseres de estado sólido, biomarcador y anti-cuenta de fábrica. Sin embargo, la baja estabilidad fototérmica y la pobre procesabilidad de los complejos de tierras raras obstaculizan seriamente su aplicación y promoción. La combinación de complejos de tierras raras con matrices inorgánicas con buenas propiedades mecánicas y estabilidad es una forma efectiva de mejorar las propiedades luminiscentes de los complejos de tierras raras.
Desde el desarrollo de material híbrido inorgánico orgánico de tierras raras, sus tendencias de desarrollo muestran las siguientes características:
① El material híbrido obtenido por el método de dopaje químico tiene componentes activos estables, alta cantidad de dopaje y distribución uniforme de componentes;
② Transformación de materiales funcionales individuales a materiales multifuncionales, desarrollando materiales multifuncionales para hacer que sus aplicaciones sean más extensas;
③ La matriz es diversa, desde principalmente sílice hasta varios sustratos, como dióxido de titanio, polímeros orgánicos, arcillas y líquidos iónicos.
02. Material luminiscente de tierras raras LED blancos
En comparación con las tecnologías de iluminación existentes, los productos de iluminación de semiconductores, como los diodos emisores de luz (LED) tienen ventajas como la vida útil larga, el bajo consumo de energía, la alta eficiencia luminosa, la operación libre de mercurio, libre de UV y estables. Se consideran la "fuente de luz de cuarta generación" después de lámparas incandescentes, lámparas fluorescentes y lámparas de descarga de gas de alta resistencia (HID).
White LED está compuesto de papas fritas, sustratos, fósforos y conductores. El polvo fluorescente de tierras raras juega un papel crucial en el rendimiento del LED blanco. En los últimos años, se ha llevado a cabo una gran cantidad de trabajo de investigación sobre fósforos LED blancos y se ha realizado un excelente progreso:
① El desarrollo de un nuevo tipo de fósforo excitado por LED azul (460 m) ha llevado a cabo investigaciones de dopaje y modificación sobre Yao2Ce (YAG: CE) utilizado en chips LED azul para mejorar la eficiencia de la luz y la representación de color;
② El desarrollo de nuevos polvos fluorescentes excitados por la luz ultravioleta (400 m) o la luz ultravioleta (360 mm) ha estudiado sistemáticamente la composición, la estructura y las características espectrales de los polvos fluorescentes azules y rojos y azules, así como las diferentes proporciones de los tres polvos fluorescentes para obtener LED blancos con diferentes temperaturas de color;
③ Se ha llevado a cabo un trabajo adicional sobre los problemas científicos básicos en el proceso de preparación del polvo fluorescente, como la influencia del proceso de preparación en el flujo, para garantizar la calidad y la estabilidad del polvo fluorescente.
Además, el LED de luz blanca adopta principalmente un proceso de envasado mixto de polvo fluorescente y silicona. Debido a la mala conductividad térmica del polvo fluorescente, el dispositivo se calentará debido al tiempo de trabajo prolongado, lo que lleva al envejecimiento de silicona y acortará la vida útil del dispositivo. Este problema es particularmente grave en los LED de luz blanca de alta potencia. El embalaje remoto es una forma de resolver este problema uniendo el polvo fluorescente al sustrato y separándolo de la fuente de luz LED azul, reduciendo así el impacto del calor generado por el chip en el rendimiento luminiscente del polvo fluorescente. Si la cerámica fluorescente de tierras raras tiene las características de alta conductividad térmica, alta resistencia a la corrosión, alta estabilidad y excelente rendimiento de salida óptica, pueden cumplir mejor los requisitos de aplicación de LED blanco de alta potencia con alta densidad de energía. Micro Nano Powders con alta actividad de sinterización y alta dispersión se han convertido en un requisito previo importante para la preparación de una alta transparencia de cerámica funcional óptica de tierras raras con un alto rendimiento de salida óptica.
03.Rare tierra
La luminiscencia de la conversión ascendente es un tipo especial de proceso de luminiscencia caracterizado por la absorción de múltiples fotones de baja energía por materiales luminiscentes y la generación de emisión de fotones de alta energía. En comparación con las moléculas de colorante orgánicas tradicionales o los puntos cuánticos, los nanomateriales luminiscentes de la conversión ascendente raras tienen muchas ventajas, como el gran cambio anti -Stokes, la banda de emisión estrecha, la buena estabilidad, la baja toxicidad, la alta profundidad de penetración de los tejidos e interferencia de fluorescencia espontánea baja. Tienen amplias perspectivas de aplicación en el campo biomédico.
En los últimos años, los nanomateriales luminiscentes de conversión ascendente de tierra raras han hecho un progreso significativo en la síntesis, la modificación de la superficie, la funcionalización de la superficie y las aplicaciones biomédicas. Las personas mejoran el rendimiento de luminiscencia de los materiales al optimizar su composición, estado de fase, tamaño, etc. a nanoescala y combinando la estructura del núcleo/carcasa para reducir el centro de enfriamiento de luminiscencia, para aumentar la probabilidad de transición. Por modificación química, establezca tecnologías con buena biocompatibilidad para reducir la toxicidad y desarrollar métodos de imágenes para las células vivas luminiscentes de conversión ascendente e in vivo; Desarrolle métodos de acoplamiento biológicos eficientes y seguros basados en las necesidades de diferentes aplicaciones (células de detección inmune, imágenes de fluorescencia in vivo, terapia fotodinámica, terapia fototérmica, medicamentos de liberación controlada por fotografía, etc.).
Este estudio tiene un enorme potencial de aplicación y beneficios económicos, y tiene importancia científica importante para el desarrollo de la nanomedicina, la promoción de la salud humana y el progreso social.
No.2 Materiales nano de tierras raras
Los materiales de imán permanente de tierras raras han pasado por tres etapas de desarrollo: SMCO5, SM2CO7 y ND2FE14B. Como un polvo magnético NDFEB acelerado rápido para materiales de imán permanentes unidos, el tamaño del grano varía de 20 nm a 50 nm, lo que lo convierte en un material magnet permanente de tierras raras nanocristalinas típicas.
Los materiales nanomagnéticos de tierras raras tienen las características del tamaño pequeño, la estructura de dominio único y la alta coercitividad. El uso de materiales de grabación magnética puede mejorar la relación señal / ruido y la calidad de la imagen. Debido a su pequeño tamaño y alta fiabilidad, su uso en los sistemas de micro motor es una dirección importante para el desarrollo de la nueva generación de motores de aviación, aeroespaciales y marinos. Para la memoria magnética, el fluido magnético, los materiales de resistencia de magneto gigante, el rendimiento puede mejorarse enormemente, lo que hace que los dispositivos se vuelvan de alto rendimiento y miniaturizados.
No.3Nano de tierra raramateriales catalíticos
Los materiales catalíticos de tierras raras implican casi todas las reacciones catalíticas. Debido a los efectos de la superficie, los efectos de volumen y los efectos de tamaño cuántico, la nanotecnología de tierras raras ha atraído cada vez más atención. En muchas reacciones químicas, se utilizan catalizadores de tierras raras. Si se utilizan nanocatalizadores de tierras raras, la actividad catalítica y la eficiencia mejorarán considerablemente.
Los nanocatalizadores de tierras raras generalmente se usan en el tratamiento catalítico de petróleo y el tratamiento de purificación del escape automotriz. Los materiales nanocatalíticos de tierras raras más utilizadas sonCEO2yLA2O3, que puede usarse como catalizadores y promotores, así como portadores de catalizador.
No.4Óxido de nano ceriomaterial de protección ultravioleta
El óxido de nano cerio se conoce como el agente de aislamiento ultravioleta de tercera generación, con buen efecto de aislamiento y alta transmitancia. En cosméticos, la baja actividad catalítica nano ceria debe usarse como agente de aislamiento UV. Por lo tanto, la atención del mercado y el reconocimiento de los materiales de protección ultravioleta de óxido de nano cerio son altas. La mejora continua de la integración de circuitos integrados requiere nuevos materiales para los procesos de fabricación de chips de circuito integrado. Los nuevos materiales tienen mayores requisitos para pulir los fluidos, y los fluidos de pulido de tierras raras semiconductores deben cumplir con este requisito, con una velocidad de pulido más rápida y un menor volumen de pulido. Los materiales de pulido de tierras nano raras tienen un mercado amplio.
El aumento significativo en la propiedad del automóvil ha causado una grave contaminación del aire, y la instalación de catalizadores de purificación de escape del automóvil es la forma más efectiva de controlar la contaminación por escape. Los óxidos compuestos de circonio nano cerium juegan un papel importante en la mejora de la calidad de la purificación de gases de la cola.
No.5 Otros materiales nano funcionales
01. Materiales nano cerámicos de tierras raras
El polvo nano cerámico puede reducir significativamente la temperatura de sinterización, que es 200 ℃ ~ 300 ℃ más baja que la del polvo no nano cerámico con la misma composición. Agregar Nano CEO2 a la cerámica puede reducir la temperatura de sinterización, inhibir el crecimiento de la red y mejorar la densidad de la cerámica. Agregar elementos de tierras raras comoY2O3, CEO2, or LA2O3 to ZRO2puede prevenir la transformación de fase de alta temperatura y la fragilidad de ZRO2, y obtener materiales estructurales de cerámica de transformación de fase ZRO2 en fase.
Cerámica electrónica (sensores electrónicos, materiales de PTC, materiales de microondas, condensadores, termistores, etc.) preparados con CEO2 ultrafino o nanoescala, Y2O3,ND2O3, SM2O3, etc., han mejorado las propiedades eléctricas, térmicas y de estabilidad.
Agregar materiales compuestos fotocatalíticos activados por tierras raras a la fórmula de esmalte puede preparar cerámica antibacteriana de tierras raras.
02.Rare Earth Nano Fin Film Materials
Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, los requisitos de rendimiento para los productos se están volviendo cada vez más estrictos, lo que requiere la ultra fina, ultra delgada, ultra alta densidad y ultra relleno de productos. Actualmente, hay tres categorías principales de nano películas de nano tierras raras: películas de nano complejos de tierras raras, películas de óxido de tierra rara y películas de aleación de nano de tierra rara. Las películas de nano tierras raras también juegan un papel importante en la industria de la información, la catálisis, la energía, el transporte y la medicina vital.
Conclusión
China es un país importante en recursos de tierras raras. El desarrollo y la aplicación de nanomateriales de tierras raras es una nueva forma de utilizar de manera efectiva los recursos de tierras raras. Para expandir el alcance de la aplicación de las tierras raras y promover el desarrollo de nuevos materiales funcionales, se debe establecer un nuevo sistema teórico en la teoría de los materiales para satisfacer las necesidades de investigación a nanoescala, hacer que los nanomateriales de tierras raras tengan un mejor rendimiento y hacer posible el surgimiento de nuevas propiedades y funciones.
Tiempo de publicación: mayo-29-2023