Les nanomatériaux de terres rares, les éléments de terres rares ont une structure électronique unique sous-couche 4F, un grand moment magnétique atomique, un couplage en orbite de spin solide et d'autres caractéristiques, résultant en des propriétés optiques, électriques, magnétiques et autres très riches. Ce sont des matériaux stratégiques indispensables pour les pays du monde entier pour transformer les industries traditionnelles et développer une haute technologie, et sont connues sous le nom de "Treasure House of New Materials".
En plus de ses applications dans des domaines traditionnels tels que des machines métallurgiques, des pétrochimiques, des céramiques en verre et des textiles légers,terres raressont également des matériaux de support clés dans les champs émergents tels que l'énergie propre, les gros véhicules, les nouveaux véhicules énergétiques, l'éclairage semi-conducteur et les nouveaux écrans, étroitement liés à la vie humaine.
Après des décennies de développement, les recherches liées aux terres rares sont en conséquence passant de la fusion et de la séparation des terres rares de haute pureté unique vers les applications de haute technologie des terres rares dans le magnétisme, l'optique, l'électricité, le stockage d'énergie, la catalyse, la biomédicine et d'autres domaines. D'une part, il y a une plus grande tendance vers les matériaux composites de terres rares dans le système de matériaux; D'un autre côté, il est plus axé sur les matériaux cristallins fonctionnels de faible dimension en termes de morphologie. En particulier avec le développement des nanosciences modernes, la combinaison des effets de petite taille, des effets quantiques, des effets de surface et des effets d'interface des nanomatériaux avec les caractéristiques de structure électronique électronique uniques des éléments de terres rares, des nanomatériaux de terres rares présentent de nombreuses propriétés différentes des matériaux traditionnels, la maximisation des excellentes performances des matériaux de terres rares, et étend plus de son application dans les domaines des matériaux traditionnels et des nouvelles performances de la fabrication rares.
À l'heure actuelle, il existe principalement les nanomatériaux de terres rares très prometteurs, à savoir les matériaux nano-luminescents de terres rares, les matériaux nano catalytiques de terres rares, les matériaux nano magnétiques de terres rares, les matériaux magnétiques,nano-oxyde de cériumMatériaux de blindage ultraviolet et autres matériaux fonctionnels nano.
N ° 1Matériaux nano-luminescents de terres rares
01. Nanomatériaux luminescents hybrides organiques rare terres-inorganiques
Les matériaux composites combinent différentes unités fonctionnelles au niveau moléculaire pour atteindre des fonctions complémentaires et optimisées. Le matériau hybride inorganique organique a les fonctions des composants organiques et inorganiques, montrant une bonne stabilité mécanique, une flexibilité, une stabilité thermique et une excellente procédabilité.
Terres raresLes complexes présentent de nombreux avantages, tels que la pureté de couleur haute, la longue durée de vie de l'état excité, le rendement quantique élevé et les riches lignées de spectre d'émission. Ils sont largement utilisés dans de nombreux champs, tels que l'affichage, l'amplification du guide d'onde optique, les lasers à l'état solide, le biomarqueur et l'anti-contrefaçon. Cependant, la faible stabilité photothermale et la mauvaise procédure des complexes de terres rares entravent sérieusement leur application et leur promotion. La combinaison de complexes de terres rares avec des matrices inorganiques avec de bonnes propriétés mécaniques et de la stabilité est un moyen efficace d'améliorer les propriétés luminescentes des complexes de terres rares.
Depuis le développement du matériel hybride inorganique organique rare, leurs tendances de développement montrent les caractéristiques suivantes:
① Le matériau hybride obtenu par méthode de dopage chimique a des composants actifs stables, une quantité de dopage élevée et une distribution uniforme des composants;
② Passant des matériaux fonctionnels uniques en matériaux multifonctionnels, développant des matériaux multifonctionnels pour rendre leurs applications plus étendues;
③ La matrice est diversifiée, de la silice principalement à divers substrats tels que le dioxyde de titane, les polymères organiques, les argiles et les liquides ioniques.
02. Matière luminescente de terre rare LED blanche
Par rapport aux technologies d'éclairage existantes, les produits d'éclairage semi-conducteur tels que les diodes émettrices de lumière (LED) présentent des avantages tels que la durée de vie longue, la consommation de faible énergie, l'efficacité lumineuse élevée, le sans mercure, sans fonctionnement UV et stable. Ils sont considérés comme la "source lumineuse de quatrième génération" après des lampes à incandescence, des lampes fluorescentes et des lampes à décharge de gaz (HID) à haute résistance.
La LED blanche est composée de puces, de substrats, de phosphores et de conducteurs. La poudre fluorescente de terres rares joue un rôle crucial dans les performances de la LED blanche. Ces dernières années, une grande quantité de travaux de recherche a été effectuée sur des phosphores à LED blanches et d'excellents progrès ont été réalisés:
① Le développement d'un nouveau type de phosphore excité par les LED bleus (460 m) a effectué des recherches sur le dopage et les modifications sur Yao2CE (YAG: CE) utilisées dans les puces LED bleues pour améliorer l'efficacité de la lumière et le rendu des couleurs;
② Le développement de nouvelles poudres fluorescentes excitées par la lumière ultraviolette (400 m) ou la lumière ultraviolette (360 mm) a systématiquement étudié la composition, la structure et les caractéristiques spectrales des poudres fluorescentes bleu rouge et vert, ainsi que les différents rapports des trois poudres fluorescentes pour obtenir des LED blanches avec différentes températures de couleur;
③ D'autres travaux ont été effectués sur les problèmes scientifiques de base du processus de préparation de la poudre fluorescente, tels que l'influence du processus de préparation sur le flux, pour assurer la qualité et la stabilité de la poudre fluorescente.
De plus, White Light LED adopte principalement un processus d'emballage mixte de poudre fluorescente et de silicone. En raison de la mauvaise conductivité thermique de la poudre fluorescente, le dispositif chauffera en raison du temps de travail prolongé, conduisant au vieillissement en silicone et raccourgera la durée de vie de l'appareil. Ce problème est particulièrement grave dans les LED de lumière blanche haute puissance. L'emballage à distance est un moyen de résoudre ce problème en fixant la poudre fluorescente au substrat et en la séparant de la source de lumière LED bleue, réduisant ainsi l'impact de la chaleur générée par la puce sur les performances luminescentes de la poudre fluorescente. Si les céramiques fluorescentes de terres rares ont les caractéristiques d'une conductivité thermique élevée, d'une résistance élevée à la corrosion, d'une stabilité élevée et d'une excellente performance de sortie optique, elles peuvent mieux répondre aux exigences d'application d'une LED blanche haute puissance avec une densité d'énergie élevée. Les micro-nano poudres avec une activité de frittage élevée et une dispersion élevée sont devenues une condition préalable importante pour la préparation d'une céramique fonctionnelle optique à haute transparence des terres rares avec des performances de sortie optique élevées.
03.
La luminescence de conversion ascendant est un type spécial de processus de luminescence caractérisé par l'absorption de plusieurs photons à faible énergie par des matériaux luminescents et la génération d'émission de photons à haute énergie. Par rapport aux molécules de colorant organique traditionnelles ou à des points quantiques, les nanomatériaux luminescents de la courroie rare ont de nombreux avantages tels que le changement anti-stokes, une bande d'émission étroite, une bonne stabilité, une faible toxicité, une profondeur de pénétration tissulaire élevée et une faible interférence spontanée à fluorescence spontanée. Ils ont de larges perspectives d'application dans le domaine biomédical.
Ces dernières années, les nanomatériaux luminescents à la collaboration rares en terres rares ont fait des progrès significatifs dans la synthèse, la modification de la surface, la fonctionnalisation de surface et les applications biomédicales. Les gens améliorent les performances de luminescence des matériaux en optimisant leur composition, leur état de phase, leur taille, etc. à l'échelle nanométrique et en combinant la structure du noyau / coquille pour réduire le centre d'extinction de luminescence, afin d'augmenter la probabilité de transition. Par modification chimique, établissez des technologies avec une bonne biocompatibilité pour réduire la toxicité et développer des méthodes d'imagerie pour les cellules vivantes luminescentes de la collaboration et in vivo; Développer des méthodes de couplage biologique efficaces et sûres basées sur les besoins des différentes applications (cellules de détection immunitaire, imagerie de fluorescence in vivo, thérapie photodynamique, traitement photothermique, médicaments à libération photo contrôlée, etc.).
Cette étude a un énorme potentiel d'application et des avantages économiques, et a une importance scientifique importante pour le développement de la nanomédecine, la promotion de la santé humaine et le progrès social.
N ° 2 Matériaux magnétiques nano-terres rares
Les matériaux d'aimant permanent en terres rares ont connu trois étapes de développement: SMCO5, SM2CO7 et ND2FE14B. En tant que poudre magnétique NDFEB éteinte rapide pour les matériaux aimants permanents collés, la taille des grains varie de 20 nm à 50 nm, ce qui en fait un matériau d'aimant permanent nanocristallin rare typique.
Les matériaux nanomagnétiques de terres rares ont les caractéristiques de petite taille, de structure de domaine unique et de coercivité élevée. L'utilisation de matériaux d'enregistrement magnétique peut améliorer le rapport signal / bruit et la qualité d'image. En raison de sa petite taille et de sa haute fiabilité, son utilisation dans les systèmes de micro-moteurs est une direction importante pour le développement de la nouvelle génération de moteurs de l'aviation, de l'aérospatiale et de la marine. Pour la mémoire magnétique, le liquide magnétique, les matériaux de résistance à magnéto géant, les performances peuvent être considérablement améliorées, ce qui fait de la haute performance et des miniaturistes.
N ° 3Nano de terres raresmatériaux catalytiques
Les matériaux catalytiques des terres rares impliquent presque toutes les réactions catalytiques. En raison des effets de surface, des effets de volume et des effets de taille quantique, la nanotechnologie des terres rares a de plus en plus attiré l'attention. Dans de nombreuses réactions chimiques, des catalyseurs de terres rares sont utilisés. Si des nanocatalyseurs de terres rares sont utilisés, l'activité catalytique et l'efficacité seront considérablement améliorées.
Les nanocatalyseurs de terres rares sont généralement utilisés dans le traitement catalytique du pétrole et le traitement de la purification de l'échappement automobile. Les matériaux nanocatalytiques les plus couramment utilisés sontCEO2etLa2O3, qui peut être utilisé comme catalyseurs et promoteurs, ainsi que les porteurs de catalyseurs.
N ° 4Nano-oxyde de cériumMatériau de blindage ultraviolet
L'oxyde de nano-cérium est connu comme l'agent d'isolement ultraviolet de la troisième génération, avec un bon effet d'isolement et une transmittance élevée. Dans les cosmétiques, une nano cèrie à faible activité catalytique doit être utilisée comme agent d'isolement UV. Par conséquent, l'attention du marché et la reconnaissance des matériaux de blindage ultraviolet de l'oxyde de nano-cérium sont élevés. L'amélioration continue de l'intégration de circuits intégrée nécessite de nouveaux matériaux pour les processus de fabrication de puces de circuit intégrés. Les nouveaux matériaux ont des exigences plus élevées pour le polissage des fluides, et les semi-conducteurs Les fluides de polissage par terre rare doivent répondre à cette exigence, avec une vitesse de polissage plus rapide et un volume de polissage moins. Les matériaux de polissage des terres rares nano ont un large marché.
L'augmentation significative de la possession de la voiture a provoqué une grave pollution atmosphérique, et l'installation de catalyseurs de purification des échappements de la voiture est le moyen le plus efficace de contrôler la pollution des échappements. Les oxydes composites de zirconium nano-cérium jouent un rôle important dans l'amélioration de la qualité de la purification des gaz de queue.
No.5 Autres nano-matériaux fonctionnels
01. Matériaux en céramique nano-terres rares
La poudre de céramique nano peut réduire considérablement la température de frittage, qui est de 200 ℃ ~ 300 ℃ inférieure à celle de la poudre de céramique non nano avec la même composition. L'ajout de Nano CEO2 à la céramique peut réduire la température de frittage, inhiber la croissance du réseau et améliorer la densité de la céramique. Ajout d'éléments de terres rares telles queY2o3, CEO2, or La2O3 to Zro2peut empêcher la transformation de phase à haute température et la fractualité de ZRO2, et obtenir des matériaux structurels en céramique endurcis en phase de la phase ZRO2.
Céramique électronique (capteurs électroniques, matériaux PTC, matériaux micro-ondes, condensateurs, thermistances, etc.) préparés à l'aide de CEO2 ultrafine ou nanométrique, Y2O3,ND2O3, SM2O3, etc. ont amélioré les propriétés électriques, thermiques et de stabilité.
L'ajout de matériaux composites photocatalytiques activés par des terres rares à la formule de glaçure peut préparer des céramiques antibactériennes de terres rares.
02.
Avec le développement de la science et de la technologie, les exigences de performance pour les produits deviennent de plus en plus strictes, nécessitant un ultra-fin, ultra-mince, ultra-élevé et ultra-remplissage des produits. Actuellement, il existe trois grandes catégories de films de nano de terres rares: des films nano complexes de terres rares, des films nano à oxyde de terres rares et des films en alliage de nano de terres rares. Les films de nano de terres rares jouent également des rôles importants dans l'industrie de l'information, la catalyse, l'énergie, le transport et la médecine de la vie.
Conclusion
La Chine est un grand pays dans les ressources de terres rares. Le développement et l'application de nanomatériaux de terres rares sont une nouvelle façon d'utiliser efficacement les ressources de terres rares. Afin d'élargir la portée de l'application des terres rares et de promouvoir le développement de nouveaux matériaux fonctionnels, un nouveau système théorique devrait être établi dans la théorie des matériaux pour répondre aux besoins de recherche à l'échelle nanométrique, rendre les nanomatériaux en terres rares ont de meilleures performances et rendre possible l'émergence de nouvelles propriétés et fonctions.
Heure du poste: mai 29-2023