Haruldased muldmetallid nanomaterjalid
Haruldaste muldmetallide nanomaterjalid Haruldastel muldmetallidel on ainulaadne 4f alamkihi elektrooniline struktuur, suur aatomi magnetmoment, tugev spin-orbiidi sidestus ja muud omadused, mille tulemuseks on väga rikkalikud optilised, elektrilised, magnetilised ja muud omadused. Need on asendamatud strateegilised materjalid riikidele üle maailma, et muuta traditsioonilisi tööstusi ja arendada kõrgtehnoloogiat ning neid tuntakse kui "uute materjalide varakambrit".
Lisaks rakendustele traditsioonilistes valdkondades, nagu metallurgiamasinad, naftakeemia, klaaskeraamika ja kerge tekstiil,haruldased muldmetallidon ka peamised tugimaterjalid uutes valdkondades, nagu puhas energia, suured sõidukid, uued energiasõidukid, pooljuhtvalgustid ja uued kuvarid, mis on tihedalt seotud inimeluga.
Pärast aastakümnete pikkust arengut on haruldaste muldmetallide uurimise fookus nihkunud üksikute kõrge puhtusastmega haruldaste muldmetallide sulatamiselt ja eraldamiselt haruldaste muldmetallide kõrgtehnoloogilistele rakendustele magnetismis, optikas, elektris, energia salvestamises, katalüüsis, biomeditsiinis, ja muud valdkonnad. Ühest küljest on materjalisüsteemis suurem trend haruldaste muldmetallide komposiitmaterjalide poole; Teisest küljest on see morfoloogia poolest rohkem keskendunud madala mõõtmetega funktsionaalsetele kristallmaterjalidele. Eriti kaasaegse nanoteaduse arenedes, mis ühendab nanomaterjalide väikese suuruse, kvantefektid, pinnaefektid ja liideseefektid haruldaste muldmetallide elementide ainulaadsete elektroonilise kihi struktuuri omadustega, on haruldaste muldmetallide nanomaterjalidel palju uudseid omadusi, mis erinevad traditsioonilistest materjalidest, maksimeerides haruldaste muldmetallide suurepärane jõudlus ja laiendada veelgi selle rakendust traditsiooniliste materjalide ja uue kõrgtehnoloogilise tootmise valdkonnas.
Praegu on peamiselt järgmised paljulubavad haruldaste muldmetallide nanomaterjalid, nimelt haruldaste muldmetallide nanoluminestsentsmaterjalid, haruldaste muldmetallide nanokatalüütilised materjalid, haruldaste muldmetallide nanomagnetmaterjalid,nano tseeriumoksiidultraviolettkiirguse varjestusmaterjalid ja muud nanofunktsionaalsed materjalid.
Nr.1Haruldaste muldmetallide nanoluminestsentsmaterjalid
01. Haruldaste muldmetallide orgaanilised-anorgaanilised hübriidluminestseeruvad nanomaterjalid
Komposiitmaterjalid ühendavad erinevaid funktsionaalseid üksusi molekulaarsel tasandil, et saavutada üksteist täiendavad ja optimeeritud funktsioonid. Orgaanilisel anorgaanilisel hübriidmaterjalil on orgaaniliste ja anorgaaniliste komponentide funktsioonid, millel on hea mehaaniline stabiilsus, paindlikkus, termiline stabiilsus ja suurepärane töödeldavus.
Haruldased muldmetallidkompleksidel on palju eeliseid, nagu kõrge värvipuhtus, ergastatud oleku pikk eluiga, kõrge kvantsaagis ja rikkalikud emissioonispektri jooned. Neid kasutatakse laialdaselt paljudes valdkondades, nagu ekraan, optilise lainejuhi võimendus, tahkislaserid, biomarker ja võltsimisvastane võitlus. Haruldaste muldmetallide komplekside madal fototermiline stabiilsus ja halb töödeldavus takistavad aga tõsiselt nende kasutamist ja edendamist. Haruldaste muldmetallide komplekside kombineerimine heade mehaaniliste omaduste ja stabiilsusega anorgaaniliste maatriksitega on tõhus viis haruldaste muldmetallide komplekside luminestsentsomaduste parandamiseks.
Alates haruldaste muldmetallide orgaanilise anorgaanilise hübriidmaterjali väljatöötamisest on nende arengusuundadel järgmised omadused:
① Keemilise dopingumeetodiga saadud hübriidmaterjalil on stabiilsed aktiivsed komponendid, suur dopingukogus ja komponentide ühtlane jaotus;
② Ümberkujundamine üksikutelt funktsionaalsetelt materjalidelt multifunktsionaalseteks materjalideks, multifunktsionaalsete materjalide väljatöötamine, et muuta nende kasutusala ulatuslikumaks;
③ Maatriks on mitmekesine, alates peamiselt ränidioksiidist kuni erinevate substraatideni, nagu titaandioksiid, orgaanilised polümeerid, savid ja ioonsed vedelikud.
02. Valge LED haruldaste muldmetallide luminestsentsmaterjal
Võrreldes olemasolevate valgustustehnoloogiatega on pooljuhtvalgustustoodetel, nagu valgusdioodid (LED) eelised, nagu pikk kasutusiga, madal energiatarve, kõrge valgustõhusus, elavhõbedavaba, UV-vaba ja stabiilne töö. Neid peetakse hõõglampide, luminofoorlampide ja kõrgtugevate gaaslahenduslampide (HID) järel "neljanda põlvkonna valgusallikaks".
Valge LED koosneb kiipidest, substraatidest, luminofooridest ja draiveritest. Haruldaste muldmetallide fluorestseeruv pulber mängib valge LED-i jõudluses üliolulist rolli. Viimastel aastatel on valgete LED-luminofooride kohta tehtud palju uurimistööd ja tehtud on suurepäraseid edusamme:
① Sinise LED-iga (460 m) ergastava uut tüüpi fosfori väljatöötamine on läbi viinud sinistes LED-kiipides kasutatava YAO2Ce (YAG: Ce) dopingu- ja modifikatsiooniuuringud, et parandada valguse tõhusust ja värviedastust;
② Uute ultraviolettvalgusega (400 m) või ultraviolettvalgusega (360 mm) ergastavate fluorestseeruvate pulbrite väljatöötamisel on süstemaatiliselt uuritud punaste ja roheliste siniste fluorestseeruvate pulbrite koostist, struktuuri ja spektraalseid omadusi, samuti kolme fluorestseeruva pulbri erinevaid suhteid. saada erineva värvitemperatuuriga valget LED-i;
③ Fluorestseeruva pulbri kvaliteedi ja stabiilsuse tagamiseks on tehtud täiendavat tööd fluorestseeruva pulbri valmistamise protsessi põhiliste teaduslike küsimustega, nagu valmistamisprotsessi mõju voolule.
Lisaks kasutab valge valgusega LED peamiselt fluorestseeruva pulbri ja silikooni segapakendamise protsessi. Fluorestseeruva pulbri halva soojusjuhtivuse tõttu kuumeneb seade pikema tööaja tõttu, mis viib silikooni vananemiseni ja lühendab seadme kasutusiga. See probleem on eriti tõsine suure võimsusega valge valgusega LED-ide puhul. Kaugpakendamine on üks viis selle probleemi lahendamiseks, kinnitades aluspinnale fluorestseeruva pulbri ja eraldades selle sinisest LED-valgusallikast, vähendades sellega kiibi tekitatud soojuse mõju fluorestsentspulbri luminestsentsvõimele. Kui haruldaste muldmetallide fluorestseeruval keraamikal on kõrge soojusjuhtivus, kõrge korrosioonikindlus, kõrge stabiilsus ja suurepärane optilise väljundi jõudlus, vastavad need paremini suure energiatihedusega suure võimsusega valge LED-i rakendusnõuetele. Kõrge paagutamisaktiivsuse ja suure dispersiooniga mikro-nanopulbrid on muutunud oluliseks eeltingimuseks suure läbipaistvusega haruldaste muldmetallide optilise funktsionaalkeraamika valmistamisel, millel on kõrge optiline väljundvõimsus.
03.Haruldaste muldmetallide üleskonversiooni luminestseeruvad nanomaterjalid
Üleskonversiooni luminestsents on luminestsentsprotsessi eritüüp, mida iseloomustab mitme madala energiaga footoni neeldumine luminestsentsmaterjalide poolt ja suure energiaga footonite emissiooni tekitamine. Võrreldes traditsiooniliste orgaaniliste värvainete molekulide või kvantpunktidega on haruldaste muldmetallide üleskonversiooniga luminestseeruvatel nanomaterjalidel palju eeliseid, nagu suur Stokesi nihe, kitsas emissiooniriba, hea stabiilsus, madal toksilisus, suur kudede läbitungimissügavus ja madalad spontaansed fluorestsentsihäired. Neil on biomeditsiini valdkonnas laialdased rakendusväljavaated.
Viimastel aastatel on haruldaste muldmetallide üleskonversiooniga luminestseeruvad nanomaterjalid teinud märkimisväärseid edusamme sünteesis, pinna modifitseerimises, pinna funktsionaliseerimises ja biomeditsiinilistes rakendustes. Inimesed parandavad materjalide luminestsentsi jõudlust, optimeerides nende koostist, faasi olekut, suurust jne nanomõõtmes ning kombineerides tuuma/kesta struktuuri, et vähendada luminestsentsi summutuskeskust, et suurendada ülemineku tõenäosust. Keemilise modifitseerimise teel luua toksilisuse vähendamiseks hea biosobivusega tehnoloogiad ning töötada välja pildistamismeetodid luminestseeruvate elusrakkude üleskonversiooniks ja in vivo; Töötada välja tõhusad ja ohutud bioloogilised sidumismeetodid, mis põhinevad erinevate rakenduste vajadustel (immuuntuvastusrakud, in vivo fluorestsentskujutised, fotodünaamiline ravi, fototermiline teraapia, fotokontrollitud vabanemisega ravimid jne).
Sellel uuringul on tohutu rakenduspotentsiaal ja majanduslik kasu ning sellel on oluline teaduslik tähtsus nanomeditsiini arendamisel, inimeste tervise edendamisel ja sotsiaalsel progressil.
Nr.2 Haruldaste muldmetallide nanomagnetmaterjalid
Haruldaste muldmetallide püsimagnetmaterjalid on läbinud kolm arenguetappi: SmCo5, Sm2Co7 ja Nd2Fe14B. Kiiresti karastatud NdFeB magnetpulbrina ühendatud püsimagnetmaterjalide jaoks on tera suurus vahemikus 20 nm kuni 50 nm, mis teeb sellest tüüpilise nanokristallilise haruldaste muldmetallide püsimagnetmaterjali.
Haruldaste muldmetallide nanomagnetilistele materjalidele on iseloomulikud väikesed mõõtmed, ühe domeeni struktuur ja kõrge koertsitiivsus. Magnetsalvestusmaterjalide kasutamine võib parandada signaali-müra suhet ja pildikvaliteeti. Väikese suuruse ja suure töökindluse tõttu on selle kasutamine mikromootorisüsteemides oluline suund uue põlvkonna lennu-, kosmose- ja meremootorite arendamiseks. Magnetmälu, magnetvedeliku ja Giant Magneto Resistance materjalide puhul saab jõudlust oluliselt parandada, muutes seadmed suure jõudlusega ja miniatuurseks.
Nr.3Haruldaste muldmetallide nanokatalüütilised materjalid
Haruldaste muldmetallide katalüütilised materjalid hõlmavad peaaegu kõiki katalüütilisi reaktsioone. Pinnaefektide, mahuefektide ja kvantsuuruse efektide tõttu on haruldaste muldmetallide nanotehnoloogia üha enam tähelepanu äratanud. Paljudes keemilistes reaktsioonides kasutatakse haruldaste muldmetallide katalüsaatoreid. Kui kasutatakse haruldaste muldmetallide nanokatalüsaatoreid, paraneb katalüütiline aktiivsus ja efektiivsus oluliselt.
Haruldaste muldmetallide nanokatalüsaatoreid kasutatakse tavaliselt nafta katalüütilises krakkimises ja autode heitgaaside puhastamises. Kõige sagedamini kasutatavad haruldaste muldmetallide nanokatalüütilised materjalid onCeO2jaLa2O3, mida saab kasutada katalüsaatorite ja promootoritena ning katalüsaatorikandjatena.
Nr.4Nano tseeriumoksiidultraviolettkiirguse varjestusmaterjal
Nanotseeriumoksiid on tuntud kui kolmanda põlvkonna ultraviolettkiirgust isoleeriv aine, millel on hea isolatsiooniefekt ja kõrge läbilaskvus. Kosmeetikas tuleb UV-i isoleeriva ainena kasutada madala katalüütilise aktiivsusega nanotseeriat. Seetõttu on nano-tseeriumoksiidi ultraviolettvarjestusmaterjalide turu tähelepanu ja tunnustus kõrge. Integraallülituste integreerimise pidev täiustamine nõuab integraallülituse kiibi tootmisprotsesside jaoks uusi materjale. Uutel materjalidel on poleerimisvedelikele kõrgemad nõuded ja pooljuhtide haruldaste muldmetallide poleerimisvedelikud peavad sellele nõudele vastama, suurema poleerimiskiiruse ja väiksema poleerimismahuga. Nano haruldaste muldmetallide poleerimismaterjalidel on lai turg.
Autode omandamise märkimisväärne kasv on põhjustanud tõsise õhusaaste ning autode heitgaaside puhastuskatalüsaatorite paigaldamine on kõige tõhusam viis heitgaaside saaste kontrollimiseks. Nanotseeriumtsirkooniumkomposiitoksiidid mängivad olulist rolli jäägaasi puhastamise kvaliteedi parandamisel.
Nr.5 Muud nanofunktsionaalsed materjalid
01. Haruldaste muldmetallide nanokeraamilised materjalid
Nanokeraamiline pulber võib märkimisväärselt vähendada paagutamistemperatuuri, mis on 200 ℃ ~ 300 ℃ madalam kui sama koostisega mitte-nanokeraamiline pulber. Nano CeO2 lisamine keraamikale võib vähendada paagutamistemperatuuri, pärssida võre kasvu ja parandada keraamika tihedust. Haruldaste muldmetallide elementide lisamine naguY2O3, CeO2, or La2O3 to ZrO2võib ära hoida ZrO2 kõrgtemperatuurilist faasimuutust ja rabedust ning saada ZrO2 faasi muundumisega karastatud keraamilisi konstruktsioonimaterjale.
Elektrooniline keraamika (elektroonilised andurid, PTC materjalid, mikrolainematerjalid, kondensaatorid, termistorid jne), mis on valmistatud ülipeenest või nanomõõtmelisest CeO2, Y2O3,Nd2O3, Sm2O3jne on paremad elektrilised, termilised ja stabiilsusomadused.
Haruldaste muldmetallidega aktiveeritud fotokatalüütiliste komposiitmaterjalide lisamine glasuuri valemile võib valmistada haruldaste muldmetallide antibakteriaalset keraamikat.
02.Haruldaste muldmetallide nano õhukese kile materjalid
Teaduse ja tehnoloogia arenguga muutuvad toodete jõudlusnõuded üha karmimaks, nõudes ülipeent, üliõhukest, ülikõrget tihedust ja ülitäidist tooteid. Praegu on välja töötatud kolm peamist haruldaste muldmetallide nanokilede kategooriat: haruldaste muldmetallide komplekssed nanokiled, haruldaste muldmetallide oksiidide nanokiled ja haruldaste muldmetallide nanosulamite kiled. Haruldaste muldmetallide nanofilmidel on oluline roll ka infotööstuses, katalüüsis, energeetikas, transpordis ja elumeditsiinis.
Järeldus
Hiina on haruldaste muldmetallide ressursside poolest suur riik. Haruldaste muldmetallide nanomaterjalide väljatöötamine ja rakendamine on uus viis haruldaste muldmetallide ressursside tõhusaks kasutamiseks. Haruldaste muldmetallide rakendusala laiendamiseks ja uute funktsionaalsete materjalide väljatöötamise edendamiseks tuleks materjaliteoorias luua uus teoreetiline süsteem, mis vastaks nanomõõtmeliste uurimisvajadustele, muudaks haruldaste muldmetallide nanomaterjalide parema jõudluse ja soodustaks nende tekkimist. võimalikud uued omadused ja funktsioonid.
Postitusaeg: mai-29-2023