این ماده خاکی کمیاب پتانسیل بالایی دارد!

نانومواد خاکی کمیاب

نانومواد خاکی کمیاب عناصر خاکی کمیاب دارای ساختار الکترونیکی زیر لایه 4f منحصر به فرد، گشتاور مغناطیسی اتمی بزرگ، جفت شدن مدار چرخشی قوی و سایر ویژگی ها هستند که در نتیجه خواص نوری، الکتریکی، مغناطیسی و غیره بسیار غنی دارند. آنها مواد استراتژیک ضروری برای کشورهای سراسر جهان برای تبدیل صنایع سنتی و توسعه فناوری پیشرفته هستند و به عنوان "گنج خانه مواد جدید" شناخته می شوند.

علاوه بر کاربردهای آن در زمینه های سنتی مانند ماشین آلات متالورژی، پتروشیمی، شیشه سرامیک و منسوجات سبک،خاک های کمیابهمچنین مواد پشتیبانی کننده کلیدی در زمینه های نوظهور مانند انرژی پاک، وسایل نقلیه بزرگ، وسایل نقلیه با انرژی جدید، روشنایی نیمه هادی و نمایشگرهای جدید هستند که ارتباط نزدیکی با زندگی انسان دارند.

پس از دهه‌ها توسعه، تمرکز تحقیقات مربوط به زمین‌های کمیاب به ترتیب از ذوب و جداسازی خاک‌های کمیاب منفرد با خلوص بالا به کاربردهای با تکنولوژی بالا خاک‌های کمیاب در مغناطیس، اپتیک، الکتریسیته، ذخیره‌سازی انرژی، کاتالیزور، زیست پزشکی، تغییر یافته است. و زمینه های دیگر از یک طرف، گرایش بیشتری به سمت مواد مرکب خاکی کمیاب در سیستم مواد وجود دارد. از سوی دیگر، از نظر مورفولوژی بیشتر بر روی مواد کریستالی عملکردی با ابعاد کم تمرکز دارد. به ویژه با توسعه علم نانو مدرن، ترکیب اثرات اندازه کوچک، اثرات کوانتومی، اثرات سطحی و اثرات رابط نانومواد با ویژگی‌های ساختار لایه الکترونیکی منحصر به فرد عناصر خاکی کمیاب، نانومواد خاکی کمیاب بسیاری از خواص جدید متفاوت از مواد سنتی را به نمایش می‌گذارند و به حداکثر رساندن عملکرد عالی مواد خاکی کمیاب، و گسترش بیشتر کاربرد آن در زمینه مواد سنتی و تولید جدید با تکنولوژی بالا.

در حال حاضر، عمدتاً نانومواد خاکی کمیاب بسیار امیدوارکننده زیر وجود دارد، یعنی مواد نورانی نانو خاکی کمیاب، مواد نانو کاتالیزوری خاکی کمیاب، مواد نانو مغناطیسی خاکی کمیاب،نانو اکسید سریممواد محافظ فرابنفش و سایر مواد نانو عملکردی.

شماره 1مواد نورانی نانو خاکی کمیاب

01. نانومواد درخشان هیبرید آلی-غیر آلی خاکی کمیاب

مواد کامپوزیتی واحدهای عملکردی مختلف را در سطح مولکولی برای دستیابی به عملکردهای مکمل و بهینه ترکیب می کنند. مواد هیبرید معدنی آلی دارای عملکرد اجزای آلی و معدنی هستند که پایداری مکانیکی خوب، انعطاف پذیری، پایداری حرارتی و فرآیند پذیری عالی را نشان می دهند.

 زمین کمیابکمپلکس ها دارای مزایای بسیاری مانند خلوص رنگ بالا، عمر طولانی حالت برانگیخته، بازده کوانتومی بالا و خطوط طیف گسیلی غنی هستند. آنها به طور گسترده در بسیاری از زمینه ها مانند نمایشگر، تقویت موجبر نوری، لیزرهای حالت جامد، نشانگرهای زیستی و ضد جعل استفاده می شوند. با این حال، پایداری فتوترمال پایین و پردازش پذیری ضعیف مجتمع های خاکی کمیاب به طور جدی مانع از کاربرد و ترویج آنها می شود. ترکیب کمپلکس‌های خاکی کمیاب با ماتریس‌های معدنی با خواص مکانیکی و پایداری خوب، روشی مؤثر برای بهبود خواص شب تاب کمپلکس‌های خاکی کمیاب است.

از زمان توسعه مواد هیبریدی معدنی آلی خاکی کمیاب، روند توسعه آنها ویژگی های زیر را نشان می دهد:

① ماده هیبریدی به دست آمده با روش دوپینگ شیمیایی دارای اجزای فعال پایدار، مقدار دوپینگ بالا و توزیع یکنواخت اجزا است.

② تبدیل از مواد منفرد کاربردی به مواد چند منظوره، توسعه مواد چند منظوره برای گسترش کاربردهای آنها.

③ ماتریس متنوع است، از عمدتاً سیلیس گرفته تا بسترهای مختلف مانند دی اکسید تیتانیوم، پلیمرهای آلی، خاک رس و مایعات یونی.

02. مواد نورانی زمین کمیاب LED سفید

در مقایسه با فناوری های روشنایی موجود، محصولات روشنایی نیمه هادی مانند دیودهای ساطع نور (LED) دارای مزایایی مانند عمر طولانی، مصرف انرژی کم، راندمان نوری بالا، بدون جیوه، بدون UV و عملکرد پایدار هستند. آنها پس از لامپ های رشته ای، لامپ های فلورسنت و لامپ های تخلیه گاز با مقاومت بالا (HID) به عنوان "منبع نور نسل چهارم" در نظر گرفته می شوند.

LED سفید از تراشه ها، بسترها، فسفرها و درایورها تشکیل شده است. پودر فلورسنت خاکی کمیاب نقش مهمی در عملکرد LED سفید دارد. در سال های اخیر، تحقیقات زیادی روی فسفرهای LED سفید انجام شده است و پیشرفت های بسیار خوبی حاصل شده است:

① توسعه نوع جدیدی از فسفر برانگیخته شده توسط LED آبی (460 متر) تحقیقات دوپینگ و اصلاح را روی YAO2Ce (YAG: Ce) انجام داده است که در تراشه های LED آبی برای بهبود کارایی نور و رندر رنگ استفاده می شود.

② توسعه پودرهای فلورسنت جدید تحریک شده توسط نور ماوراء بنفش (400 متر) یا نور ماوراء بنفش (360 میلی متر) به طور سیستماتیک ترکیب، ساختار و ویژگی های طیفی پودرهای فلورسنت آبی قرمز و سبز و همچنین نسبت های مختلف سه پودر فلورسنت را مورد مطالعه قرار داده است. برای به دست آوردن LED سفید با دمای رنگ های مختلف؛

③ کارهای بیشتری در مورد مسائل علمی اساسی در فرآیند تهیه پودر فلورسنت، مانند تأثیر فرآیند آماده سازی بر شار، برای اطمینان از کیفیت و پایداری پودر فلورسنت انجام شده است.

علاوه بر این، LED نور سفید عمدتاً فرآیند بسته بندی مخلوط پودر فلورسنت و سیلیکون را اتخاذ می کند. به دلیل هدایت حرارتی ضعیف پودر فلورسنت، دستگاه به دلیل طولانی شدن زمان کار گرم می شود و منجر به پیری سیلیکون و کاهش عمر دستگاه می شود. این مشکل به ویژه در LED های نور سفید پرقدرت جدی است. بسته بندی از راه دور یکی از راه های حل این مشکل با اتصال پودر فلورسنت به بستر و جدا کردن آن از منبع نور LED آبی است، در نتیجه تاثیر گرمای تولید شده توسط تراشه بر عملکرد شب تاب پودر فلورسنت را کاهش می دهد. اگر سرامیک های فلورسنت خاکی کمیاب دارای ویژگی های هدایت حرارتی بالا، مقاومت در برابر خوردگی بالا، پایداری بالا و عملکرد خروجی نوری عالی باشند، می توانند بهتر نیازهای کاربرد LED سفید پرقدرت با چگالی انرژی بالا را برآورده کنند. پودرهای میکرو نانو با فعالیت تف جوشی بالا و پراکندگی بالا به یک پیش نیاز مهم برای تهیه سرامیک های کاربردی نوری خاکی کمیاب با شفافیت بالا با عملکرد خروجی نوری بالا تبدیل شده اند.

 03-نانومواد نورانی با تبدیل خاکی کمیاب

 لومینسانس بالا تبدیل نوع خاصی از فرآیند لومینسانس است که با جذب فوتون های کم انرژی متعدد توسط مواد شب تاب و تولید گسیل فوتون با انرژی بالا مشخص می شود. در مقایسه با مولکول‌های رنگ‌های آلی سنتی یا نقاط کوانتومی، نانومواد نورانی با تبدیل خاکی کمیاب دارای مزایای زیادی مانند جابجایی ضد استوکس بزرگ، باند انتشار باریک، پایداری خوب، سمیت کم، عمق نفوذ بافت بالا و تداخل فلورسانس خودبه‌خودی کم هستند. آنها چشم انداز کاربرد گسترده ای در زمینه زیست پزشکی دارند.

در سال‌های اخیر، نانومواد نورانی با تبدیل خاکی کمیاب پیشرفت قابل‌توجهی در سنتز، اصلاح سطح، عامل‌سازی سطح و کاربردهای زیست‌پزشکی داشته‌اند. مردم عملکرد لومینسانس مواد را با بهینه سازی ترکیب، حالت فاز، اندازه و غیره در مقیاس نانو، و ترکیب ساختار هسته/پوسته برای کاهش مرکز خاموش شدن لومینسانس، به منظور افزایش احتمال انتقال، بهبود می بخشند. با اصلاح شیمیایی، فناوری‌هایی با سازگاری زیستی خوب برای کاهش سمیت ایجاد کنید و روش‌های تصویربرداری را برای سلول‌های زنده درخشان درخشان و در داخل بدن توسعه دهید. توسعه روش‌های کوپلینگ بیولوژیکی کارآمد و ایمن بر اساس نیازهای کاربردهای مختلف (سلول‌های تشخیص ایمنی، تصویربرداری فلورسانس in vivo، درمان فوتودینامیک، درمان فتوترمال، داروهای رهش با عکس و غیره).

این مطالعه پتانسیل کاربردی و مزایای اقتصادی بسیار زیادی دارد و اهمیت علمی مهمی برای توسعه نانوپزشکی، ارتقای سلامت انسان و پیشرفت اجتماعی دارد.

شماره 2 مواد مغناطیسی نانو خاکی کمیاب

 
مواد مغناطیس دائمی خاکی کمیاب سه مرحله توسعه را پشت سر گذاشته اند: SmCo5، Sm2Co7 و Nd2Fe14B. به عنوان یک پودر مغناطیسی NdFeB که سریعاً خاموش می شود برای مواد آهنربای دائم پیوند خورده، اندازه دانه از 20 نانومتر تا 50 نانومتر متغیر است و آن را به یک ماده آهنربای دائم خاکی کمیاب نانوکریستالی تبدیل می کند.

مواد نانومغناطیسی خاکی کمیاب دارای ویژگی‌های اندازه کوچک، ساختار تک حوزه‌ای و اجباری بالا هستند. استفاده از مواد ضبط مغناطیسی می تواند نسبت سیگنال به نویز و کیفیت تصویر را بهبود بخشد. به دلیل اندازه کوچک و قابلیت اطمینان بالا، استفاده از آن در سیستم های میکرو موتور جهت مهمی برای توسعه نسل جدید موتورهای هوانوردی، هوافضا و دریایی است. برای حافظه مغناطیسی، سیال مغناطیسی، مواد مقاومت مغناطیسی غول پیکر، عملکرد را می توان تا حد زیادی بهبود بخشید و باعث می شود دستگاه ها با کارایی بالا و کوچک می شوند.

شماره 3نانو خاکی کمیابمواد کاتالیزوری

مواد کاتالیزوری خاکی کمیاب تقریباً همه واکنش‌های کاتالیزوری را شامل می‌شوند. با توجه به اثرات سطحی، اثرات حجمی و اثرات اندازه کوانتومی، نانوتکنولوژی خاکی کمیاب به طور فزاینده ای توجهات را به خود جلب کرده است. در بسیاری از واکنش های شیمیایی از کاتالیزورهای خاکی کمیاب استفاده می شود. اگر از نانوکاتالیست های خاکی کمیاب استفاده شود، فعالیت و کارایی کاتالیزوری تا حد زیادی بهبود می یابد.

نانوکاتالیست های خاکی کمیاب به طور کلی در ترک خوردگی کاتالیزوری نفت و تصفیه اگزوز خودرو استفاده می شود. متداول ترین مواد نانوکاتالیستی خاکی کمیاب هستندCeO2وLa2O3، که می تواند به عنوان کاتالیزور و پروموتر و همچنین حامل کاتالیزور استفاده شود.

شماره 4نانو اکسید سریممواد محافظ فرابنفش

نانو اکسید سریم به عنوان نسل سوم ایزوله کننده اشعه ماوراء بنفش شناخته می شود که دارای اثر جداسازی خوب و قابلیت عبور بالا است. در لوازم آرایشی، نانوسریا با فعالیت کاتالیزوری کم باید به عنوان یک عامل جداکننده UV استفاده شود. بنابراین، توجه بازار و شناخت مواد محافظ فرابنفش نانو اکسید سریم بالا است. بهبود مستمر یکپارچه سازی مدارهای مجتمع نیازمند مواد جدید برای فرآیندهای تولید تراشه مدار مجتمع است. مواد جدید نیازهای بالاتری برای سیالات پولیش دارند و سیالات پولیش خاکی کمیاب نیمه هادی باید این نیاز را با سرعت پرداخت سریعتر و حجم پولیش کمتر برآورده کنند. مواد پولیش خاکی نادر نانو بازار وسیعی دارند.

افزایش قابل توجه مالکیت خودرو باعث آلودگی شدید هوا شده است و نصب کاتالیزورهای تصفیه اگزوز خودرو موثرترین راه برای کنترل آلودگی اگزوز است. اکسیدهای کامپوزیت نانو سریم زیرکونیوم نقش مهمی در بهبود کیفیت تصفیه گاز دم دارند.

شماره 5 سایر مواد کاربردی نانو

01. مواد سرامیکی نانو خاکی کمیاب

پودر نانو سرامیک می تواند دمای پخت را به میزان قابل توجهی کاهش دهد، که 200 ℃ ~ 300 ℃ کمتر از پودر سرامیک غیر نانو با همان ترکیب است. افزودن نانو CeO2 به سرامیک ها می تواند دمای تف جوشی را کاهش دهد، رشد شبکه را مهار کند و چگالی سرامیک ها را بهبود بخشد. افزودن عناصر کمیاب خاکی مانندY2O3، CeO2، or La2O3 to ZrO2می تواند از تبدیل فاز در دمای بالا و شکنندگی ZrO2 جلوگیری کند و مواد ساختاری سرامیکی مقاوم در برابر تبدیل فاز ZrO2 را بدست آورد.

سرامیک های الکترونیکی (حسگرهای الکترونیکی، مواد PTC، مواد مایکروویو، خازن ها، ترمیستورها و غیره) تهیه شده با استفاده از CeO2، Y2O3 بسیار ریز یا در مقیاس نانو،Nd2O3, Sm2O3و غیره خواص الکتریکی، حرارتی و پایداری را بهبود بخشیده اند.

افزودن مواد کامپوزیت فوتوکاتالیستی فعال شده خاکی کمیاب به فرمول لعاب می تواند سرامیک های خاکی کمیاب آنتی باکتریال را تهیه کند.

02. مواد لایه نازک نانو خاکی کمیاب

 با توسعه علم و فناوری، الزامات عملکردی برای محصولات به طور فزاینده‌ای سخت‌تر می‌شوند و به محصولات بسیار ظریف، بسیار نازک، چگالی بسیار بالا و پر کردن فوق‌العاده نیاز دارند. در حال حاضر، سه دسته اصلی از نانو فیلم‌های خاکی کمیاب ساخته شده‌اند: نانو فیلم‌های پیچیده خاکی کمیاب، نانو فیلم‌های اکسید خاکی کمیاب، و فیلم‌های نانو آلیاژ خاکی کمیاب. نانو فیلم‌های خاکی کمیاب همچنین نقش مهمی در صنعت اطلاعات، کاتالیزور، انرژی، حمل‌ونقل و پزشکی حیات دارند.

نتیجه گیری

چین یکی از کشورهای مهم در منابع خاکی کمیاب است. توسعه و کاربرد نانومواد خاکی کمیاب راه جدیدی برای استفاده موثر از منابع خاکی کمیاب است. به منظور گسترش دامنه کاربرد خاکهای کمیاب و ترویج توسعه مواد کاربردی جدید، باید یک سیستم نظری جدید در نظریه مواد ایجاد شود تا نیازهای تحقیقاتی در مقیاس نانو را برآورده کند، نانومواد خاکی کمیاب عملکرد بهتری داشته باشد و ظهور کند. ویژگی ها و عملکردهای جدید ممکن است.