Nanomaterijali rijetkih zemalja
Nanomaterijali rijetkih zemalja Elementi rijetkih zemalja imaju jedinstvenu elektroničku strukturu 4f podsloja, veliki atomski magnetski moment, jaku spregu spin orbite i druge karakteristike, što rezultira vrlo bogatim optičkim, električnim, magnetskim i drugim svojstvima. Oni su nezamjenjivi strateški materijali za zemlje diljem svijeta za transformaciju tradicionalnih industrija i razvoj visoke tehnologije, a poznati su i kao "riznica novih materijala".
Uz svoje primjene u tradicionalnim područjima kao što su metalurški strojevi, petrokemija, staklena keramika i lagani tekstil,rijetke zemljetakođer su ključni prateći materijali u novim poljima kao što su čista energija, velika vozila, nova energetska vozila, poluvodička rasvjeta i novi zasloni, usko povezani s ljudskim životom.
Nakon desetljeća razvoja, fokus istraživanja u vezi s rijetkim zemljama pomaknuo se s taljenja i odvajanja pojedinačnih rijetkih zemalja visoke čistoće na visokotehnološke primjene rijetkih zemalja u magnetizmu, optici, elektricitetu, pohrani energije, katalizi, biomedicini, i druga polja. S jedne strane, postoji veći trend prema kompozitnim materijalima rijetkih zemalja u sustavu materijala; S druge strane, više je usmjeren na niskodimenzionalne funkcionalne kristalne materijale u smislu morfologije. Osobito s razvojem moderne nanoznanosti, kombiniranjem učinaka male veličine, kvantnih učinaka, površinskih učinaka i učinaka sučelja nanomaterijala s jedinstvenim karakteristikama strukture elektroničkog sloja elemenata rijetkih zemalja, nanomaterijali rijetkih zemalja pokazuju mnoga nova svojstva koja se razlikuju od tradicionalnih materijala, maksimizirajući izvrsnu izvedbu rijetkih zemaljskih materijala, I dalje proširiti svoju primjenu u poljima tradicionalnih materijala i nove visokotehnološke proizvodnje.
Trenutno postoje uglavnom sljedeći vrlo obećavajući nanomaterijali rijetkih zemalja, naime nano luminiscentni materijali rijetkih zemalja, nano katalitički materijali rijetkih zemalja, nano magnetski materijali rijetkih zemalja,nano cerijev oksidmaterijali za zaštitu od ultraljubičastog zračenja i drugi nanofunkcionalni materijali.
br.1Nano luminiscentni materijali rijetke zemlje
01. Organsko-anorganski hibridni luminescentni nanomaterijali rijetkih zemalja
Kompozitni materijali kombiniraju različite funkcionalne jedinice na molekularnoj razini kako bi se postigle komplementarne i optimizirane funkcije. Organski anorganski hibridni materijal ima funkcije organskih i anorganskih komponenti, pokazujući dobru mehaničku stabilnost, fleksibilnost, toplinsku stabilnost i izvrsnu mogućnost obrade.
Rijetke zemljekompleksi imaju mnoge prednosti, poput visoke čistoće boje, dugog vijeka pobuđenog stanja, visokog kvantnog prinosa i bogatih linija emisijskog spektra. Naširoko se koriste u mnogim područjima, kao što su zaslon, pojačanje optičkog valovoda, laseri u čvrstom stanju, biomarkeri i zaštita od krivotvorenja. Međutim, niska fototermalna stabilnost i loša obradivost kompleksa rijetkih zemalja ozbiljno ometaju njihovu primjenu i promociju. Kombinacija kompleksa rijetkih zemalja s anorganskim matricama s dobrim mehaničkim svojstvima i stabilnošću je učinkovit način za poboljšanje luminiscentnih svojstava kompleksa rijetkih zemalja.
Od razvoja organskih anorganskih hibridnih materijala rijetkih zemalja, njihovi trendovi razvoja pokazuju sljedeće karakteristike:
① Hibridni materijal dobiven metodom kemijskog dopiranja ima stabilne aktivne komponente, visoku količinu dopiranja i jednoliku raspodjelu komponenata;
② Transformacija s jednofunkcionalnih materijala na višenamjenske materijale, razvoj višenamjenskih materijala kako bi njihova primjena bila opsežnija;
③ Matrica je raznolika, od prvenstveno silicijevog dioksida do raznih supstrata kao što su titanijev dioksid, organski polimeri, gline i ionske tekućine.
02. Bijeli LED rijetki zemni luminescentni materijal
U usporedbi s postojećim tehnologijama rasvjete, poluvodički rasvjetni proizvodi kao što su diode koje emitiraju svjetlost (LED) imaju prednosti kao što su dug radni vijek, niska potrošnja energije, visoka svjetlosna učinkovitost, bez žive, bez UV zračenja i stabilan rad. Smatraju se "izvorom svjetlosti četvrte generacije" nakon žarulja sa žarnom niti, fluorescentnih žarulja i žarulja visoke čvrstoće s plinskim izbojem (HIDs).
Bijela LED dioda sastoji se od čipova, supstrata, fosfora i pokretačkih programa. Fluorescentni prah rijetke zemlje igra ključnu ulogu u performansama bijele LED diode. Posljednjih godina provedena je velika količina istraživačkog rada na bijelim LED fosforima i postignut je izvrstan napredak:
① Razvoj nove vrste fosfora pobuđenog plavim LED-om (460m) proveo je istraživanje dopinga i modifikacije YAO2Ce (YAG: Ce) koji se koristi u plavim LED čipovima za poboljšanje svjetlosne učinkovitosti i prikaza boja;
② Razvoj novih fluorescentnih prahova pobuđenih ultraljubičastim svjetlom (400 m) ili ultraljubičastim svjetlom (360 mm) sustavno je proučavao sastav, strukturu i spektralne karakteristike crvenog i zeleno plavog fluorescentnog praha, kao i različite omjere tri fluorescentna praha. za dobivanje bijele LED s različitim temperaturama boje;
③ Proveden je daljnji rad na osnovnim znanstvenim pitanjima u procesu pripreme fluorescentnog praha, kao što je utjecaj procesa pripreme na tok, kako bi se osigurala kvaliteta i stabilnost fluorescentnog praha.
Osim toga, bijelo svjetlo LED uglavnom usvaja mješoviti postupak pakiranja fluorescentnog praha i silikona. Zbog loše toplinske vodljivosti fluorescentnog praha, uređaj će se zbog duljeg vremena rada zagrijavati, što će dovesti do starenja silikona i skraćivanja vijeka trajanja uređaja. Ovaj problem je posebno ozbiljan kod LED dioda s bijelim svjetlom velike snage. Udaljeno pakiranje je jedan od načina da se riješi ovaj problem pričvršćivanjem fluorescentnog praha na podlogu i odvajanjem od plavog LED izvora svjetla, čime se smanjuje utjecaj topline koju stvara čip na luminiscentne performanse fluorescentnog praha. Ako fluorescentna keramika rijetkih zemalja ima karakteristike visoke toplinske vodljivosti, visoke otpornosti na koroziju, visoke stabilnosti i izvrsnih optičkih izlaznih performansi, može bolje zadovoljiti zahtjeve primjene bijelih LED-a velike snage i velike gustoće energije. Mikro nano praškovi s visokom aktivnošću sinteriranja i visokom disperzijom postali su važan preduvjet za pripremu optičke funkcionalne keramike rijetke zemlje visoke prozirnosti s visokim optičkim izlaznim performansama.
03. Luminescentni nanomaterijali s povećanjem pretvorbe rijetkih zemalja
Povećanje luminiscencije je posebna vrsta procesa luminiscencije koju karakterizira apsorpcija višestrukih niskoenergetskih fotona od strane luminiscentnih materijala i generiranje visokoenergetskih fotona. U usporedbi s tradicionalnim organskim molekulama bojila ili kvantnim točkama, luminiscentni nanomaterijali rijetkih zemalja imaju mnoge prednosti kao što su veliki anti-Stokesov pomak, uski pojas emisije, dobra stabilnost, niska toksičnost, velika dubina prodiranja u tkivo i niske spontane fluorescencijske interferencije. Imaju široke izglede za primjenu u biomedicinskom području.
Posljednjih godina, luminescentni nanomaterijali rijetkih zemalja s povećanjem konverzije postigli su značajan napredak u sintezi, površinskoj modifikaciji, površinskoj funkcionalizaciji i biomedicinskim primjenama. Ljudi poboljšavaju performanse luminiscencije materijala optimizacijom njihovog sastava, faznog stanja, veličine itd. na nanoskali i kombiniranjem strukture jezgre/ljuske kako bi se smanjio centar za gašenje luminiscencije, kako bi se povećala vjerojatnost prijelaza. Kemijskim modificiranjem uspostaviti tehnologije s dobrom biokompatibilnošću za smanjenje toksičnosti i razviti metode snimanja za pretvorbu luminiscentnih živih stanica i in vivo; Razviti učinkovite i sigurne metode biološkog povezivanja na temelju potreba različitih primjena (stanice za imunološku detekciju, in vivo fluorescentno oslikavanje, fotodinamička terapija, fototermalna terapija, lijekovi s fotokontroliranim otpuštanjem itd.).
Ova studija ima ogroman primjenljivi potencijal i ekonomsku korist te ima važno znanstveno značenje za razvoj nanomedicine, promicanje zdravlja ljudi i društveni napredak.
No.2 Nano magnetski materijali rijetke zemlje
Materijali s trajnim magnetima rijetkih zemalja prošli su kroz tri razvojne faze: SmCo5, Sm2Co7 i Nd2Fe14B. Kao brzo prigušeni magnetski prah NdFeB za vezane materijale s trajnim magnetima, veličina zrna se kreće od 20 nm do 50 nm, što ga čini tipičnim nanokristalnim trajnim magnetnim materijalom rijetke zemlje.
Nanomagnetski materijali rijetkih zemalja imaju karakteristike male veličine, strukturu s jednom domenom i visoku koercitivnost. Korištenje materijala za magnetsko snimanje može poboljšati omjer signala i šuma i kvalitetu slike. Zbog male veličine i visoke pouzdanosti, njegova uporaba u mikromotornim sustavima važan je smjer razvoja nove generacije zrakoplovnih, svemirskih i brodskih motora. Za magnetsku memoriju, magnetsku tekućinu, materijale Giant Magneto Resistance, izvedba se može znatno poboljšati, čineći uređaje visokih performansi i minijaturiziranim.
br.3Nano rijetke zemljekatalitičkih materijala
Katalitički materijali rijetkih zemalja uključuju gotovo sve katalitičke reakcije. Zbog površinskih učinaka, volumenskih učinaka i kvantnih učinaka veličine, nanotehnologija rijetkih zemalja sve više privlači pozornost. U mnogim kemijskim reakcijama koriste se katalizatori rijetkih zemalja. Ako se koriste nanokatalizatori rijetkih zemalja, katalitička aktivnost i učinkovitost bit će znatno poboljšani.
Nanokatalizatori rijetkih zemalja općenito se koriste u katalitičkom krekiranju nafte i pročišćavanju ispušnih plinova automobila. Najčešće korišteni nanokatalitički materijali rijetkih zemalja suCeO2iLa2O3, koji se mogu koristiti kao katalizatori i promotori, kao i kao nosači katalizatora.
br.4Nano cerijev oksidmaterijal za zaštitu od ultraljubičastog zračenja
Nano cerijev oksid poznat je kao sredstvo za ultraljubičastu izolaciju treće generacije, s dobrim učinkom izolacije i visokom propusnošću. U kozmetici se nano ceria niske katalitičke aktivnosti mora koristiti kao sredstvo za UV izolaciju. Stoga je pozornost tržišta i prepoznavanje materijala za zaštitu od ultraljubičastog zračenja nano cerijevog oksida visoko. Stalno poboljšanje integracije integriranih krugova zahtijeva nove materijale za procese proizvodnje čipova integriranih krugova. Novi materijali imaju veće zahtjeve za tekućine za poliranje, a tekućine za poliranje poluvodiča rijetkih zemalja moraju ispuniti ovaj zahtjev, s većom brzinom poliranja i manjim volumenom poliranja. Nano materijali za poliranje rijetkih zemalja imaju široko tržište.
Značajno povećanje vlasništva automobila uzrokovalo je ozbiljno onečišćenje zraka, a ugradnja katalizatora za pročišćavanje ispušnih plinova automobila najučinkovitiji je način kontrole onečišćenja ispušnim plinovima. Nano cerij cirkonij kompozitni oksidi igraju važnu ulogu u poboljšanju kvalitete pročišćavanja otpadnog plina.
No.5 Ostali nanofunkcionalni materijali
01. Nano keramički materijali rijetke zemlje
Nano keramički prah može značajno smanjiti temperaturu sinteriranja, koja je 200 ℃ ~ 300 ℃ niža od temperature nenano keramičkog praha istog sastava. Dodavanje nano CeO2 keramici može smanjiti temperaturu sinteriranja, spriječiti rast rešetke i poboljšati gustoću keramike. Dodavanje elemenata rijetke zemlje kao što suY2O3, CeO2, or La2O3 to ZrO2može spriječiti visokotemperaturnu faznu transformaciju i krtost ZrO2, i dobiti ZrO2 faznu transformaciju očvrsnute keramičke strukturne materijale.
Elektronička keramika (elektronički senzori, PTC materijali, mikrovalni materijali, kondenzatori, termistori itd.) pripremljena korištenjem ultrafinog ili nanorazmjernog CeO2, Y2O3,Nd2O3, Sm2O3, itd. imaju poboljšana električna, toplinska i svojstva stabilnosti.
Dodavanje fotokatalitičkih kompozitnih materijala aktiviranih rijetkim zemljama u formulu glazure može pripremiti antibakterijsku keramiku rijetkih zemalja.
02. Rijetke zemlje nano tankoslojni materijali
S razvojem znanosti i tehnologije, zahtjevi za performansama za proizvode postaju sve stroži, zahtijevajući proizvode ultra-fine, ultra-tanke, ultra-visoke gustoće i ultra-punjenja. Trenutno su razvijene tri glavne kategorije nano filmova rijetkih zemalja: složeni nano filmovi rijetkih zemalja, nano filmovi od oksida rijetkih zemalja i filmovi od nano legura rijetkih zemalja. Nano filmovi rijetkih zemalja također igraju važnu ulogu u informacijskoj industriji, katalizi, energetici, transportu i medicini života.
Zaključak
Kina je velika zemlja u resursima rijetkih zemalja. Razvoj i primjena nanomaterijala rijetkih zemalja novi je način učinkovitog korištenja resursa rijetkih zemalja. Kako bi se proširio opseg primjene rijetkih zemalja i promicao razvoj novih funkcionalnih materijala, trebao bi se uspostaviti novi teorijski sustav u teoriji materijala kako bi se zadovoljile potrebe istraživanja na nanoskali, kako bi nanomaterijali rijetkih zemalja imali bolju izvedbu i omogućili pojavu novih svojstava i funkcija.
Vrijeme objave: 29. svibnja 2023