לחומר האדמה הנדיר הזה יש פוטנציאל גדול!

ננו-חומרי אדמה נדירים

ננו-חומרי אדמה נדירים ליסודות אדמה נדירים יש מבנה אלקטרוני ייחודי של תת-שכבה 4f, מומנט מגנטי אטומי גדול, צימוד מסלול ספין חזק ומאפיינים אחרים, וכתוצאה מכך מאפיינים אופטיים, חשמליים, מגנטיים ואחרים עשירים מאוד. הם חומרים אסטרטגיים הכרחיים עבור מדינות ברחבי העולם כדי לשנות תעשיות מסורתיות ולפתח היי-טק, והם ידועים כ"בית האוצר של חומרים חדשים".

בנוסף ליישומיו בתחומים מסורתיים כגון מכונות מתכות, פטרוכימיה, קרמיקה מזכוכית וטקסטיל קל,כדורי אדמה נדיריםהם גם חומרים תומכים מרכזיים בתחומים מתפתחים כמו אנרגיה נקייה, כלי רכב גדולים, רכבי אנרגיה חדשים, תאורת מוליכים למחצה ותצוגות חדשות, הקשורות באופן הדוק לחיי אדם.

לאחר עשרות שנים של פיתוח, המוקד של מחקר בנושא אדמה נדירה עבר בהתאם מהתכה והפרדה של אדמה נדירה יחידה בטוהר גבוה ליישומי ההייטק של אדמה נדירה במגנטיות, אופטיקה, חשמל, אחסון אנרגיה, קטליזה, ביו-רפואה, ותחומים נוספים. מצד אחד, ישנה מגמה גדולה יותר לחומרים מרוכבים של אדמה נדירה במערכת החומרים; מצד שני, הוא מתמקד יותר בחומרי גביש פונקציונליים בעלי מימד נמוך מבחינת מורפולוגיה. במיוחד עם התפתחות הננו-מדע המודרני, המשלב את ההשפעות בגודל הקטן, ההשפעות הקוונטיות, השפעות פני השטח והשפעות הממשק של ננו-חומרים עם מאפייני מבנה השכבה האלקטרונית הייחודית של יסודות אדמה נדירים, ננו-חומרי אדמה נדירים מציגים תכונות חדשות רבות השונות מחומרים מסורתיים, תוך מיקסום הביצועים המצוינים של חומרי אדמה נדירים, ולהרחיב עוד יותר את היישום שלו בתחומי החומרים המסורתיים וייצור היי-טק חדש.

נכון לעכשיו, ישנם בעיקר את הננו-חומרים המבטיחים ביותר הבאים של אדמה נדירה, כלומר חומרים ננו זוהרים של אדמה נדירה, חומרים קטליטיים ננו אדמה נדירים, חומרים ננו מגנטיים של אדמה נדירה,תחמוצת ננו צריוםחומרי מיגון אולטרה סגול וחומרי ננו פונקציונליים אחרים.

מס' 1חומרים נדירים מסוג ננו זוהר

01. ננו-חומרי ננו-אורגני-אורגני-אורגני היברידיים נדירים

חומרים מרוכבים משלבים יחידות פונקציונליות שונות ברמה המולקולרית כדי להשיג פונקציות משלימות ומוטבות. לחומר היברידי אנאורגני אורגני יש את הפונקציות של רכיבים אורגניים ואי-אורגניים, המראה יציבות מכנית טובה, גמישות, יציבות תרמית ויכולת עיבוד מצוינת.

 אדמה נדירהלמתחמים יתרונות רבים, כגון טוהר צבע גבוה, חיים ארוכים של מצב נרגש, תפוקה קוונטית גבוהה וקווי ספקטרום פליטה עשירים. הם נמצאים בשימוש נרחב בתחומים רבים, כגון תצוגה, הגברה של מולי גל אופטי, לייזרים במצב מוצק, סמן ביולוגי ומניעת זיוף. עם זאת, היציבות הפוטותרמית הנמוכה ויכולת העיבוד הגרועה של מתחמי אדמה נדירים מעכבות ברצינות את היישום והקידום שלהם. שילוב מתחמי אדמה נדירים עם מטריצות אנאורגניות בעלות תכונות ויציבות מכאניות טובות הוא דרך יעילה לשיפור תכונות הזוהר של מתחמי אדמה נדירים.

מאז הפיתוח של חומר היברידי אנאורגני אורגני של אדמה נדירה, מגמות הפיתוח שלהם מציגות את המאפיינים הבאים:

① לחומר ההיברידי המתקבל בשיטת סימום כימי יש רכיבים פעילים יציבים, כמות סימום גבוהה ופיזור אחיד של רכיבים;

② הפיכה מחומרים פונקציונליים בודדים לחומרים רב תכליתיים, פיתוח חומרים רב תכליתיים כדי להפוך את היישומים שלהם למרחיבים יותר;

③ המטריצה ​​מגוונת, מסיליקה בעיקר ועד מצעים שונים כמו טיטניום דו חמצני, פולימרים אורגניים, חרסיות ונוזלים יוניים.

02. חומר זוהר LED לבן אדמה נדירה

בהשוואה לטכנולוגיות תאורה קיימות, למוצרי תאורה מוליכים למחצה כגון דיודות פולטות אור (LED) יש יתרונות כגון חיי שירות ארוכים, צריכת אנרגיה נמוכה, יעילות אור גבוהה, ללא כספית, ללא UV ופעולה יציבה. הם נחשבים ל"מקור האור של הדור הרביעי" אחרי מנורות ליבון, מנורות פלורסנט ומנורות פריקת גז בעלות חוזק גבוה (HID).

LED לבן מורכב משבבים, מצעים, זרחנים ודרייברים. אבקת פלורסנט נדירה ממלאת תפקיד מכריע בביצועים של LED לבן. בשנים האחרונות בוצעה כמות גדולה של עבודת מחקר על זרחנים לבנים של LED ונעשתה התקדמות מצוינת:

① הפיתוח של סוג חדש של זרחן הנרגש על ידי LED כחול (460 מ') ביצע מחקר סימום ושינוי על YAO2Ce (YAG: Ce) המשמש בשבבי LED כחולים כדי לשפר את יעילות האור ואת עיבוד הצבע;

② הפיתוח של אבקות פלואורסצנטיות חדשות הנלהבות מאור אולטרה סגול (400 מ') או אור אולטרה סגול (360 מ"מ) חקרה באופן שיטתי את ההרכב, המבנה והמאפיינים הספקטרליים של אבקות פלורסנט אדום וירוק כחול, כמו גם את היחסים השונים של שלוש האבקות הפלורסנטיות. להשיג LED לבן עם טמפרטורות צבע שונות;

③ בוצעה עבודה נוספת בנושאים המדעיים הבסיסיים בתהליך ההכנה של אבקת פלורסנט, כגון השפעת תהליך ההכנה על השטף, כדי להבטיח את איכות ויציבות האבקה הפלורסנטית.

בנוסף, LED אור לבן מאמצת בעיקר תהליך אריזה מעורב של אבקת פלורסנט וסיליקון. עקב מוליכות תרמית ירודה של אבקת פלורסנט, המכשיר יתחמם עקב זמן עבודה ממושך, מה שיוביל להזדקנות סיליקון ולקיצור חיי השירות של המכשיר. בעיה זו חמורה במיוחד בנורות LED עם אור לבן בעוצמה גבוהה. אריזה מרחוק היא אחת הדרכים לפתור בעיה זו על ידי הצמדת אבקת פלורסנט למצע והפרדתה ממקור האור LED הכחול, ובכך להפחית את השפעת החום שנוצר מהשבב על ביצועי הזוהר של אבקת הפלורסנט. אם לקרמיקה פלורסנטית של אדמה נדירה יש מאפיינים של מוליכות תרמית גבוהה, עמידות בפני קורוזיה גבוהה, יציבות גבוהה וביצועי פלט אופטי מצוינים, הם יכולים לעמוד טוב יותר בדרישות היישום של LED לבן בעל הספק גבוה עם צפיפות אנרגיה גבוהה. אבקות מיקרו ננו בעלות פעילות סינטרה גבוהה ופיזור גבוה הפכו לתנאי מוקדם חשוב להכנת קרמיקה פונקציונלית אדמה נדירה עם שקיפות גבוהה עם ביצועי פלט אופטי גבוה.

 03. ננו-חומרים זוהרים של כדור הארץ נדיר

 זוהר מעלה המרה היא סוג מיוחד של תהליך זוהר המאופיין בקליטת פוטונים מרובים באנרגיה נמוכה על ידי חומרים זוהרים ויצירת פליטת פוטון באנרגיה גבוהה. בהשוואה למולקולות צבע אורגניות מסורתיות או נקודות קוונטיות, לננו-חומרים זוהרים בהמרה מעלה של אדמה נדירים יש יתרונות רבים כגון תזוזה גדולה נגד סטוקס, פס פליטה צר, יציבות טובה, רעילות נמוכה, עומק חדירת רקמות גבוה והפרעות קרינה ספונטניות נמוכה. יש להם סיכויי יישום רחבים בתחום הביו-רפואי.

בשנים האחרונות, ננו-חומרים זוהרים של כדור הארץ נדירים עשו התקדמות משמעותית בסינתזה, שינוי פני השטח, פונקציונליזציה של פני השטח ויישומים ביו-רפואיים. אנשים משפרים את ביצועי הזוהר של חומרים על ידי אופטימיזציה של הרכבם, מצב הפאזה, הגודל שלהם וכו' בקנה מידה ננו, ושילוב של מבנה הליבה/קליפה כדי להפחית את מרכז כיבוי הארה, על מנת להגדיל את הסתברות המעבר. על ידי שינוי כימי, להקים טכנולוגיות עם תאימות ביולוגית טובה להפחתת רעילות, ולפתח שיטות הדמיה עבור תאים חיים זוהרים מעלה המרה ו-in vivo; פיתחו שיטות צימוד ביולוגיות יעילות ובטוחות המבוססות על הצרכים של יישומים שונים (תאי זיהוי חיסוני, הדמיית פלואורסצנציה in vivo, טיפול פוטודינמי, טיפול פוטותרמי, תרופות לשחרור מבוקר צילום וכו').

למחקר זה פוטנציאל יישומי עצום ויתרונות כלכליים, ויש לו משמעות מדעית חשובה לפיתוח ננו-רפואה, קידום בריאות האדם והתקדמות חברתית.

מספר 2 חומרים נדירים של ננו מגנטיים

 
חומרים נדירים של מגנט קבוע לאדמה עברו שלושה שלבי פיתוח: SmCo5, Sm2Co7 ו-Nd2Fe14B. כאבקה מגנטית NdFeB עם כיבוי מהיר לחומרי מגנט קבוע מלוכדים, גודל הגרגר נע בין 20 ננומטר ל-50 ננומטר, מה שהופך אותו לחומר מגנט קבוע של אדמה נדירה ננו-גבישי טיפוסי.

לחומרים ננו-מגנטיים נדירים של כדור הארץ יש מאפיינים של גודל קטן, מבנה תחום יחיד וכפייה גבוהה. השימוש בחומרי הקלטה מגנטיים יכול לשפר את יחס האות לרעש ואת איכות התמונה. בשל גודלו הקטן והאמינות הגבוהה, השימוש בו במערכות מיקרו מוטוריות מהווה כיוון חשוב לפיתוח הדור החדש של מנועים תעופה, חלל וימי. עבור זיכרון מגנטי, נוזל מגנטי, חומרי התנגדות ענקית למגנטו, ניתן לשפר מאוד את הביצועים, מה שהופך את המכשירים לבעלי ביצועים גבוהים וממוזערים.

מס' 3ננו אדמה נדירהחומרים קטליטיים

חומרים קטליטיים של כדור הארץ נדירים כוללים כמעט את כל התגובות הקטליטיות. בשל השפעות פני השטח, השפעות הנפח והשפעות הגודל הקוונטי, ננוטכנולוגיה של אדמה נדירה משכה יותר ויותר תשומת לב. בתגובות כימיות רבות משתמשים בזרזי אדמה נדירים. אם נעשה שימוש בננו-זרזים של אדמה נדירה, הפעילות והיעילות הקטליטית ישתפרו מאוד.

ננו-זרזים של אדמה נדירה משמשים בדרך כלל בטיפול פיצוח קטליטי של נפט וטיהור של פליטת רכב. החומרים הננו-קטליטיים של אדמה נדירים הנפוצים ביותר הםCeO2וLa2O3, אשר יכול לשמש כזרזים ומקדמים, כמו גם כנשאי זרז.

מס' 4תחמוצת ננו צריוםחומר מגן אולטרה סגול

תחמוצת ננו סריום ידועה בתור סוכן הבידוד האולטרה סגול מהדור השלישי, עם אפקט בידוד טוב והעברה גבוהה. במוצרי קוסמטיקה, יש להשתמש בננו צריה עם פעילות קטליטית נמוכה כחומר בידוד UV. לכן, תשומת הלב וההכרה בשוק של חומרי מיגון אולטרה סגול ננו צריום הם גבוהים. השיפור המתמיד של שילוב מעגלים משולבים דורש חומרים חדשים לתהליכי ייצור שבבים משולבים. לחומרים חדשים יש דרישות גבוהות יותר לנוזלי ליטוש, ונוזלי ליטוש של אדמה נדירה מוליכים למחצה צריכים לעמוד בדרישה זו, עם מהירות ליטוש מהירה יותר ונפח ליטוש קטן יותר. לחומרי ליטוש ננו נדירים יש שוק רחב.

הגידול המשמעותי בבעלות על רכב גרם לזיהום אוויר חמור, והתקנת זרזים לטיהור פליטות מכוניות היא הדרך היעילה ביותר לשלוט בזיהום הפליטה. תחמוצות ננו צריום זירקוניום ממלאות תפקיד חשוב בשיפור איכות טיהור גז הזנב.

No.5 חומרים ננו פונקציונליים אחרים

01. חומרים נדירים ננו קרמיים

אבקת ננו קרמית יכולה להפחית משמעותית את טמפרטורת הסינטר, שהיא נמוכה ב-200 ℃ ~ 300 ℃ מזו של אבקה לא ננו קרמית עם אותו הרכב. הוספת ננו CeO2 לקרמיקה יכולה להפחית את טמפרטורת הסינטר, לעכב את צמיחת הסריג ולשפר את צפיפות הקרמיקה. הוספת יסודות אדמה נדירים כגוןY2O3, CeO2, or La2O3 to ZrO2יכול למנוע טרנספורמציה של שלב בטמפרטורה גבוהה ושבירת ZrO2, ולהשיג חומרי מבנה קרמיים קשוחים לשינוי פאזה ZrO2.

קרמיקה אלקטרונית (חיישנים אלקטרוניים, חומרי PTC, חומרי מיקרוגל, קבלים, תרמיסטורים וכו') שהוכנו באמצעות CeO2, Y2O3, עדין או ננומטרי,Nd2O3, Sm2O3תכונות חשמליות, תרמיות ויציבות משופרות.

הוספת חומרים מרוכבים פוטו-קטליטיים המופעלים באדמה נדירה לנוסחת הזיגוג יכולה להכין קרמיקה אנטיבקטריאלית של אדמה נדירה.

02. חומרי סרט דק ננו של אדמה נדירה

 עם התפתחות המדע והטכנולוגיה, דרישות הביצועים למוצרים הולכות ומחמירות, ומחייבות עדין במיוחד, דק במיוחד, צפיפות גבוהה במיוחד ומילוי אולטרה של מוצרים. נכון לעכשיו, ישנן שלוש קטגוריות עיקריות של סרטי ננו אדמה נדירים שפותחו: סרטי ננו מורכבים של אדמה נדירה, סרטי ננו תחמוצת אדמה נדירים וסרטי ננו מסגסוגת אדמה נדירה. סרטי ננו של אדמה נדירה ממלאים גם תפקידים חשובים בתעשיית המידע, קטליזה, אנרגיה, תחבורה ורפואת חיים.

מַסְקָנָה

סין היא מדינה מרכזית במשאבי אדמה נדירים. הפיתוח והיישום של ננו-חומרי אדמה נדירים הם דרך חדשה לניצול יעיל של משאבי אדמה נדירים. על מנת להרחיב את היקף היישום של אדמה נדירה ולקדם את הפיתוח של חומרים פונקציונליים חדשים, יש להקים מערכת תיאורטית חדשה בתורת החומרים כדי לענות על צורכי המחקר בקנה מידה ננו, לגרום לננו-חומרים נדירים להיות בעלי ביצועים טובים יותר, ולגרום להופעה. של מאפיינים ופונקציות חדשות אפשריים.