Harvinaisten maametallien nanomateriaalit
Harvinaisten maametallien nanomateriaalit Harvinaisten maametallien elementeillä on ainutlaatuinen 4f-alakerroksen elektroninen rakenne, suuri atomimagneettinen momentti, vahva spin-kiertoratakytkentä ja muita ominaisuuksia, jotka johtavat erittäin rikkaisiin optisiin, sähköisiin, magneettisiin ja muihin ominaisuuksiin. Ne ovat välttämättömiä strategisia materiaaleja maille ympäri maailmaa perinteisten teollisuudenalojen muuttamiseen ja huipputeknologian kehittämiseen, ja ne tunnetaan "uusien materiaalien aarrekampana".
Sen lisäksi, että se toimii perinteisillä aloilla, kuten metallurgian koneissa, petrokemianteollisuudessa, lasikeramiikassa ja kevyissä tekstiileissä,harvinaiset maametallitovat myös tärkeitä tukimateriaaleja kehittyvillä aloilla, kuten puhdas energia, suuret ajoneuvot, uudet energiaajoneuvot, puolijohdevalaistus ja uudet näytöt, jotka liittyvät läheisesti ihmiselämään.
Vuosikymmenten kehitystyön jälkeen harvinaisten maametallien tutkimuksen painopiste on vastaavasti siirtynyt yksittäisten erittäin puhtaiden harvinaisten maametallien sulatuksesta ja erottamisesta harvinaisten maametallien korkean teknologian sovelluksiin magnetismissa, optiikassa, sähkössä, energian varastoinnissa, katalyysissä, biolääketieteessä, ja muilla aloilla. Toisaalta on olemassa suurempi suuntaus kohti harvinaisten maametallien komposiittimateriaaleja materiaalijärjestelmässä; Toisaalta se keskittyy enemmän pieniulotteisiin funktionaalisiin kidemateriaaleihin morfologian suhteen. Erityisesti nykyaikaisen nanotieteen kehittyessä, jossa yhdistyvät nanomateriaalien pienikokoiset vaikutukset, kvanttiefektit, pintavaikutukset ja rajapintavaikutukset harvinaisten maametallien ainutlaatuisten elektronisten kerrosrakenteen ominaisuuksien kanssa, harvinaisten maametallien nanomateriaaleissa on monia uusia ominaisuuksia, jotka eroavat perinteisistä materiaaleista, mikä maksimoi. harvinaisten maametallien erinomainen suorituskyky ja laajentaa edelleen sen sovellusaluetta perinteisten materiaalien ja uuden korkean teknologian valmistuksessa.
Tällä hetkellä on olemassa pääasiassa seuraavia erittäin lupaavia harvinaisten maametallien nanomateriaaleja, nimittäin harvinaisten maametallien nanoluminesoivia materiaaleja, harvinaisten maametallien nanokatalyyttisiä materiaaleja, harvinaisten maametallien nanomagneettisia materiaaleja,nano ceriumoksidiUV-suojamateriaalit ja muut nanotoiminnalliset materiaalit.
Nro 1Harvinaisen maametallin nanoluminoivat materiaalit
01. Harvinaisten maametallien orgaanisen ja epäorgaanisen hybridin luminoivat nanomateriaalit
Komposiittimateriaalit yhdistävät erilaisia toiminnallisia yksiköitä molekyylitasolla täydentävien ja optimoitujen toimintojen saavuttamiseksi. Orgaanisilla epäorgaanisilla hybridimateriaaleilla on orgaanisten ja epäorgaanisten komponenttien toiminnot, ja niillä on hyvä mekaaninen stabiilisuus, joustavuus, lämpöstabiilisuus ja erinomainen prosessoitavuus.
Harvinainen maametallikomplekseilla on monia etuja, kuten korkea värin puhtaus, pitkä viritystilan käyttöikä, korkea kvanttisaanto ja rikkaat emissiospektriviivat. Niitä käytetään laajasti monilla aloilla, kuten näyttö, optinen aaltoputkivahvistus, solid-state laserit, biomarkkeri ja väärennösten torjunta. Harvinaisten maametallien kompleksien alhainen fototerminen stabiilisuus ja huono prosessoitavuus haittaavat kuitenkin vakavasti niiden käyttöä ja edistämistä. Harvinaisten maametallien kompleksien yhdistäminen epäorgaanisiin matriiseihin, joilla on hyvät mekaaniset ominaisuudet ja stabiilisuus, on tehokas tapa parantaa harvinaisten maametallien kompleksien luminoivia ominaisuuksia.
Harvinaisen maametallin orgaanisen epäorgaanisen hybridimateriaalin kehittämisen jälkeen niiden kehityssuuntaukset osoittavat seuraavat ominaisuudet:
① Kemiallisella dopingmenetelmällä saadussa hybridimateriaalissa on stabiileja aktiivisia komponentteja, suuri dopingmäärä ja tasainen komponenttien jakautuminen;
② Muuntaminen yksittäisistä toiminnallisista materiaaleista monikäyttöisiksi materiaaleiksi, monikäyttöisten materiaalien kehittäminen niiden sovellusten laajentamiseksi;
③ Matriisi on monipuolinen, pääasiassa piidioksidista erilaisiin substraatteihin, kuten titaanidioksidiin, orgaanisiin polymeereihin, savein ja ionisiin nesteisiin.
02. Valkoinen LED harvinaisen maametallin luminesoiva materiaali
Verrattuna olemassa oleviin valaistustekniikoihin puolijohdevalaistustuotteilla, kuten valodiodeilla (LED), on etuja, kuten pitkä käyttöikä, alhainen energiankulutus, korkea valotehokkuus, elohopeaton, UV-vapaa ja vakaa toiminta. Niitä pidetään "neljännen sukupolven valonlähteinä" hehkulamppujen, loistelamppujen ja korkean lujan kaasupurkauslamppujen (HID) jälkeen.
Valkoinen LED koostuu siruista, substraateista, loisteaineista ja ohjaimista. Harvinaisen maametallin fluoresoiva jauhe on ratkaisevassa roolissa valkoisen LEDin suorituskyvyssä. Viime vuosina valkoisten LED-loisteaineiden tutkimustyötä on tehty runsaasti ja edistystä on tapahtunut erinomaisesti:
① Sinisellä LEDillä (460m) viritettävän uudentyyppisen fosforin kehitystyö on tehnyt doping- ja modifikaatiotutkimusta YAO2Ce:lle (YAG: Ce), jota käytetään sinisissä LED-siruissa valotehokkuuden ja värintoiston parantamiseksi;
② Uusien ultraviolettivalolla (400 m) tai ultraviolettivalolla (360 mm) viritettyjen fluoresoivien jauheiden kehittämisessä on systemaattisesti tutkittu punaisten ja vihreiden sinisten fluoresoivien jauheiden koostumusta, rakennetta ja spektriominaisuuksia sekä kolmen fluoresoivan jauheen eri suhteita. saada valkoinen LED eri värilämpötiloilla;
③ Fluoresoivan jauheen valmistusprosessin tieteellisiä peruskysymyksiä, kuten valmistusprosessin vaikutusta juoksutteeseen, on lisätty fluoresoivan jauheen laadun ja stabiilisuuden varmistamiseksi.
Lisäksi valkoinen valo LED käyttää pääasiassa fluoresoivan jauheen ja silikonin sekoitettua pakkausprosessia. Fluoresoivan jauheen huonosta lämmönjohtavuudesta johtuen laite kuumenee pidentyneen työajan vuoksi, mikä johtaa silikonin vanhenemiseen ja lyhentää laitteen käyttöikää. Tämä ongelma on erityisen vakava suuritehoisissa valkoisen valon LED-valoissa. Etäpakkaus on yksi tapa ratkaista tämä ongelma kiinnittämällä fluoresoivaa jauhetta alustaan ja erottamalla se sinisestä LED-valonlähteestä, mikä vähentää sirun tuottaman lämmön vaikutusta fluoresoivan jauheen luminoivaan suorituskykyyn. Jos harvinaisten maametallien fluoresoivalla keramiikalla on korkea lämmönjohtavuus, korkea korroosionkestävyys, korkea stabiilisuus ja erinomainen optinen lähtöteho, ne voivat täyttää paremmin suuren tehon valkoisen LEDin, jolla on korkea energiatiheys, sovellusvaatimukset. Mikronanojauheista, joilla on korkea sintrausaktiivisuus ja korkea dispersio, on tullut tärkeä edellytys korkean läpinäkyvyyden omaavan harvinaisen maametallin optisen funktionaalisen keramiikan valmistuksessa, jolla on korkea optinen lähtöteho.
03. Harvinaisten maametallien ylöskonversion luminoivat nanomateriaalit
Upconversion luminesenssi on erityinen luminesenssiprosessi, jolle on tunnusomaista useiden matalaenergisten fotonien absorptio luminoiviin materiaaleihin ja korkeaenergisen fotoniemission synnyttäminen. Perinteisiin orgaanisiin väriainemolekyyleihin tai kvanttipisteisiin verrattuna harvinaisten maametallien ylöskonversion luminoivilla nanomateriaaleilla on monia etuja, kuten suuri Stokes-siirtymä, kapea emissiokaista, hyvä stabiilius, alhainen myrkyllisyys, korkea kudosten tunkeutumissyvyys ja alhainen spontaani fluoresenssihäiriö. Heillä on laajat sovellusmahdollisuudet biolääketieteen alalla.
Viime vuosina harvinaisten maametallien ylöskonversion luminoivat nanomateriaalit ovat edistyneet merkittävästi synteesissä, pinnan modifioinnissa, pinnan funktionalisoinnissa ja biolääketieteellisissä sovelluksissa. Ihmiset parantavat materiaalien luminesenssisuorituskykyä optimoimalla niiden koostumusta, faasitilaa, kokoa jne. nanomittakaavassa ja yhdistämällä ydin/kuorirakennetta luminesenssin sammutuskeskuksen vähentämiseksi siirtymän todennäköisyyden lisäämiseksi. Kehitetään kemiallisesti modifioimalla tekniikoita, joilla on hyvä biologinen yhteensopivuus toksisuuden vähentämiseksi, ja kehitetään kuvantamismenetelmiä luminesoivien elävien solujen ylösmuuntamiseksi ja in vivo; Kehittää tehokkaita ja turvallisia biologisia kytkentämenetelmiä eri sovellusten tarpeisiin (immuunisolut, in vivo fluoresenssikuvaus, fotodynaaminen hoito, fototerminen hoito, valokontrolloidut lääkkeet jne.).
Tällä tutkimuksella on valtavia sovellusmahdollisuuksia ja taloudellisia etuja, ja sillä on tärkeä tieteellinen merkitys nanolääketieteen kehittämisen, ihmisten terveyden edistämisen ja yhteiskunnallisen kehityksen kannalta.
No.2 Harvinaisten maametallien nanomagneettiset materiaalit
Harvinaisten maametallien kestomagneettimateriaalit ovat käyneet läpi kolme kehitysvaihetta: SmCo5, Sm2Co7 ja Nd2Fe14B. Nopeasti sammutettuna NdFeB-magneettijauheena sidotuille kestomagneettimateriaaleille, raekoko vaihtelee 20 nm:stä 50 nm:iin, mikä tekee siitä tyypillisen nanokiteisen harvinaisten maametallien kestomagneettimateriaalin.
Harvinaisten maametallien nanomagneettisten materiaalien ominaisuudet ovat pieni koko, yksidomeenirakenne ja korkea koersitiivisuus. Magneettisten tallennusmateriaalien käyttö voi parantaa signaali-kohinasuhdetta ja kuvanlaatua. Pienen kokonsa ja korkean luotettavuutensa ansiosta sen käyttö mikromoottorijärjestelmissä on tärkeä suunta uuden sukupolven lento-, ilmailu- ja merimoottorien kehitykselle. Magneettisen muistin, magneettinesteen ja Giant Magneto Resistance -materiaalien suorituskykyä voidaan parantaa huomattavasti, jolloin laitteista tulee korkean suorituskyvyn ja miniatyrisoituja.
Nro 3Harvinaisen maametallin nanokatalyyttiset materiaalit
Harvinaisten maametallien katalyyttimateriaalit sisältävät lähes kaikki katalyyttiset reaktiot. Pintavaikutusten, tilavuusvaikutusten ja kvanttikokovaikutusten vuoksi harvinaisten maametallien nanoteknologia on herättänyt yhä enemmän huomiota. Monissa kemiallisissa reaktioissa käytetään harvinaisten maametallien katalyyttejä. Jos käytetään harvinaisten maametallien nanokatalyyttejä, katalyyttinen aktiivisuus ja tehokkuus paranevat huomattavasti.
Harvinaisten maametallien nanokatalyyttejä käytetään yleensä öljyn katalyyttisessä krakkauksessa ja autojen pakokaasujen puhdistuskäsittelyssä. Yleisimmin käytetyt harvinaisten maametallien nanokatalyyttiset materiaalit ovatCeO2jaLa2O3, joita voidaan käyttää katalyytteinä ja promoottorina sekä katalyytin kantajina.
Nro 4Nanoceriumoksidiultraviolettisäteilyä suojaava materiaali
Nanoceriumoksidi tunnetaan kolmannen sukupolven ultraviolettieristysaineena, jolla on hyvä eristyskyky ja korkea läpäisykyky. Kosmetiikassa UV-eristeenä on käytettävä alhaisen katalyyttisen aktiivisuuden omaavaa nanoceriaa. Siksi nanoceriumoksidin ultraviolettisuojamateriaalien huomio ja tunnustus ovat korkeat. Integroitujen piirien integroinnin jatkuva parantaminen vaatii uusia materiaaleja integroitujen piirien sirujen valmistusprosesseihin. Uusilla materiaaleilla on korkeammat vaatimukset kiillotusnesteille, ja puolijohteiden harvinaisten maametallien kiillotusnesteiden on täytettävä tämä vaatimus nopeammalla kiillotusnopeudella ja pienemmällä kiillotusmäärällä. Harvinaisten maametallien nanokiillotusmateriaaleilla on laajat markkinat.
Autojen omistuksen merkittävä lisääntyminen on aiheuttanut vakavia ilmansaasteita, ja autojen pakokaasujen puhdistuskatalysaattorien asentaminen on tehokkain tapa hallita pakokaasujen saastumista. Nanoceriumzirkoniumkomposiittioksideilla on tärkeä rooli loppukaasun puhdistuksen laadun parantamisessa.
Nro 5 Muut nanotoiminnalliset materiaalit
01. Harvinaisten maametallien nanokeraamiset materiaalit
Nanokeraaminen jauhe voi merkittävästi alentaa sintrauslämpötilaa, joka on 200 ℃ ~ 300 ℃ alhaisempi kuin ei-nanokeraaminen jauhe, jolla on sama koostumus. Nano CeO2:n lisääminen keramiikkaan voi alentaa sintrauslämpötilaa, estää hilan kasvua ja parantaa keramiikan tiheyttä. Harvinaisten maametallien lisääminen, kutenY2O3, CeO2, or La2O3 to Zr02voi estää korkean lämpötilan faasimuunnoksen ja ZrO2:n haurastumisen ja saada ZrO2-faasimuunnoskarkaistuja keraamisia rakennemateriaaleja.
Elektroninen keramiikka (elektroniset anturit, PTC-materiaalit, mikroaaltomateriaalit, kondensaattorit, termistorit jne.), jotka on valmistettu käyttämällä ultrahienoa tai nanomittakaavaa CeO2, Y2O3,Nd2O3, Sm2O3jne. niillä on parannetut sähkö-, lämpö- ja stabiilisuusominaisuudet.
Harvinaisten maametallien aktivoitujen fotokatalyyttisten komposiittimateriaalien lisääminen lasitekoostumukseen voi valmistaa harvinaisten maametallien antibakteerista keramiikkaa.
02. Harvinaisen maametallin nanoohutkalvomateriaalit
Tieteen ja tekniikan kehityksen myötä tuotteiden suorituskykyvaatimukset ovat yhä tiukemmat, mikä edellyttää erittäin hienojakoisia, erittäin ohuita, erittäin tiheitä ja erittäin täytettäviä tuotteita. Tällä hetkellä kehitettyjä harvinaisten maametallien nanokalvoja on kolme pääluokkaa: harvinaisten maametallien kompleksiset nanokalvot, harvinaisten maametallien oksidien nanokalvot ja harvinaisten maametallien nanoseoskalvot. Harvinaisten maametallien nanofilmeillä on myös tärkeä rooli tietoteollisuudessa, katalyysissä, energiassa, kuljetuksissa ja elämänlääketieteessä.
Johtopäätös
Kiina on merkittävä maa harvinaisten maametallien varalta. Harvinaisten maametallien nanomateriaalien kehittäminen ja soveltaminen on uusi tapa hyödyntää tehokkaasti harvinaisten maametallien resursseja. Harvinaisten maametallien sovellusalueen laajentamiseksi ja uusien funktionaalisten materiaalien kehittämisen edistämiseksi materiaaliteoriaan olisi perustettava uusi teoreettinen järjestelmä, joka vastaa nanomittakaavan tutkimustarpeisiin, saa harvinaisten maametallien nanomateriaalien suorituskykyä paremmaksi ja syntyisi. uusia ominaisuuksia ja toimintoja.
Postitusaika: 29.5.2023