ამ იშვიათ დედამიწის მასალას დიდი პოტენციალი აქვს!

იშვიათი დედამიწის ნანომასალები

იშვიათი დედამიწის ნანომასალები იშვიათი დედამიწის ელემენტებს აქვთ უნიკალური 4f ქვეფენის ელექტრონული სტრუქტურა, დიდი ატომური მაგნიტური მომენტი, ძლიერი ბრუნვის ორბიტის შეერთება და სხვა მახასიათებლები, რაც იწვევს ძალიან მდიდარ ოპტიკურ, ელექტრო, მაგნიტურ და სხვა თვისებებს. ისინი შეუცვლელი სტრატეგიული მასალებია მსოფლიოს ქვეყნებისთვის ტრადიციული ინდუსტრიების გარდაქმნისა და მაღალტექნოლოგიური განვითარებისთვის და ცნობილია როგორც „ახალი მასალების საგანძური“.

გარდა მისი გამოყენების ტრადიციულ დარგებში, როგორიცაა მეტალურგიული მანქანები, ნავთობქიმიკატები, მინის კერამიკა და მსუბუქი ტექსტილი,იშვიათი მიწებიასევე არის ძირითადი დამხმარე მასალები განვითარებად სფეროებში, როგორიცაა სუფთა ენერგია, დიდი მანქანები, ახალი ენერგიის მანქანები, ნახევარგამტარული განათება და ახალი დისპლეები, რომლებიც მჭიდროდ არის დაკავშირებული ადამიანის სიცოცხლესთან.

განვითარების ათწლეულების შემდეგ, იშვიათ დედამიწასთან დაკავშირებული კვლევის აქცენტი, შესაბამისად, გადავიდა ერთი მაღალი სისუფთავის იშვიათი მიწების დნობიდან და გამოყოფიდან იშვიათი მიწების მაღალტექნოლოგიურ გამოყენებაზე მაგნიტიზმში, ოპტიკაში, ელექტროენერგიაში, ენერგიის შენახვაში, კატალიზში, ბიომედიცინაში. და სხვა სფეროები. ერთის მხრივ, მატერიალურ სისტემაში იშვიათი დედამიწის კომპოზიტური მასალების მიმართ უფრო დიდი ტენდენციაა; მეორეს მხრივ, ის უფრო მეტად არის ორიენტირებული დაბალგანზომილებიანი ფუნქციური კრისტალური მასალებზე მორფოლოგიის თვალსაზრისით. განსაკუთრებით თანამედროვე ნანომეცნიერების განვითარებასთან ერთად, რომელიც აერთიანებს ნანომასალების მცირე ზომის ეფექტებს, კვანტურ ეფექტებს, ზედაპირულ ეფექტებს და ინტერფეისის ეფექტებს იშვიათი დედამიწის ელემენტების უნიკალური ელექტრონული ფენის სტრუქტურის მახასიათებლებთან, იშვიათი დედამიწის ნანომასალები ავლენენ მრავალ ახალ თვისებებს, რომლებიც განსხვავდებიან ტრადიციული მასალებისგან. იშვიათი დედამიწის მასალების შესანიშნავი შესრულება და კიდევ უფრო გააფართოვებს მისი გამოყენება ტრადიციული მასალების და ახალი მაღალტექნოლოგიური წარმოების სფეროებში.

ამჟამად, ძირითადად არსებობს შემდეგი უაღრესად პერსპექტიული იშვიათი დედამიწის ნანომასალები, კერძოდ, იშვიათი დედამიწის ნანოლუმინესცენტური მასალები, იშვიათი დედამიწის ნანო კატალიზური მასალები, იშვიათი დედამიწის ნანო მაგნიტური მასალები,ნანო ცერიუმის ოქსიდიულტრაიისფერი დამცავი მასალები და სხვა ნანო ფუნქციური მასალები.

No1იშვიათი დედამიწის ნანო luminescent მასალები

01. იშვიათი დედამიწის ორგანულ-არაორგანული ჰიბრიდული მანათობელი ნანომასალები

კომპოზიტური მასალები აერთიანებს სხვადასხვა ფუნქციურ ერთეულებს მოლეკულურ დონეზე დამატებითი და ოპტიმიზებული ფუნქციების მისაღწევად. ორგანულ არაორგანულ ჰიბრიდულ მასალას აქვს ორგანული და არაორგანული კომპონენტების ფუნქციები, აჩვენებს კარგ მექანიკურ სტაბილურობას, მოქნილობას, თერმული სტაბილურობას და შესანიშნავ დამუშავებას.

 იშვიათი დედამიწაკომპლექსებს აქვთ მრავალი უპირატესობა, როგორიცაა მაღალი ფერის სისუფთავე, აღგზნებული მდგომარეობის ხანგრძლივი სიცოცხლე, მაღალი კვანტური გამოსავლიანობა და მდიდარი ემისიის სპექტრის ხაზები. ისინი ფართოდ გამოიყენება მრავალ სფეროში, როგორიცაა ჩვენება, ოპტიკური ტალღების გამაძლიერებელი, მყარი მდგომარეობის ლაზერები, ბიომარკერები და გაყალბების საწინააღმდეგო. თუმცა, იშვიათი დედამიწის კომპლექსების დაბალი ფოტოთერმული სტაბილურობა და ცუდი დამუშავება სერიოზულად აფერხებს მათ გამოყენებას და პოპულარიზაციას. იშვიათი დედამიწის კომპლექსების შერწყმა არაორგანულ მატრიცებთან კარგი მექანიკური თვისებებით და სტაბილურობით არის ეფექტური გზა იშვიათი დედამიწის კომპლექსების ლუმინესცენტური თვისებების გასაუმჯობესებლად.

იშვიათი დედამიწის ორგანული არაორგანული ჰიბრიდული მასალის შემუშავების შემდეგ, მათი განვითარების ტენდენციები აჩვენებს შემდეგ მახასიათებლებს:

① ქიმიური დოპინგის მეთოდით მიღებულ ჰიბრიდულ მასალას აქვს სტაბილური აქტიური კომპონენტები, დოპინგის მაღალი რაოდენობა და კომპონენტების ერთგვაროვანი განაწილება;

② ერთი ფუნქციური მასალებიდან მრავალფუნქციურ მასალებზე ტრანსფორმირება, მრავალფუნქციური მასალების შემუშავება მათი აპლიკაციების უფრო ფართო გასაზრდელად;

③ მატრიცა მრავალფეროვანია, ძირითადად სილიციუმიდან სხვადასხვა სუბსტრატებამდე, როგორიცაა ტიტანის დიოქსიდი, ორგანული პოლიმერები, თიხები და იონური სითხეები.

02. თეთრი LED იშვიათი დედამიწის luminescent მასალა

განათების არსებულ ტექნოლოგიებთან შედარებით, ნახევარგამტარული განათების პროდუქტებს, როგორიცაა შუქდიოდები (LED) აქვთ უპირატესობები, როგორიცაა ხანგრძლივი მომსახურების ვადა, ენერგიის დაბალი მოხმარება, მაღალი მანათობელი ეფექტურობა, ვერცხლისწყლის გარეშე, UV სხივებისგან თავისუფალი და სტაბილური მუშაობა. ისინი განიხილება "მეოთხე თაობის სინათლის წყაროდ" ინკანდესენტური ნათურების, ფლუორესცენტური ნათურების და მაღალი სიმტკიცის გაზის გამონადენი ნათურების (HID) შემდეგ.

თეთრი LED შედგება ჩიპების, სუბსტრატების, ფოსფორებისა და დრაივერებისგან. იშვიათი დედამიწის ფლუორესცენტური ფხვნილი თამაშობს გადამწყვეტ როლს თეთრი LED-ის შესრულებაში. ბოლო წლებში დიდი რაოდენობით კვლევითი სამუშაოები ჩატარდა თეთრ LED ფოსფორებზე და მიღწეულია შესანიშნავი პროგრესი:

① ლურჯი LED-ით აღგზნებული ახალი ტიპის ფოსფორის შემუშავებამ ჩაატარა დოპინგის და მოდიფიკაციის კვლევა YAO2Ce-ზე (YAG: Ce), რომელიც გამოიყენება ლურჯ LED ჩიპებში სინათლის ეფექტურობისა და ფერების გადმოცემის გასაუმჯობესებლად;

② ულტრაიისფერი შუქით (400 მ) ან ულტრაიისფერი შუქით (360 მმ) ახალი ფლუორესცენტური ფხვნილების შემუშავებამ სისტემატურად შეისწავლა წითელი და მწვანე ლურჯი ფლუორესცენტური ფხვნილების შემადგენლობა, სტრუქტურა და სპექტრული მახასიათებლები, ასევე სამი ფლუორესცენტური ფხვნილის სხვადასხვა თანაფარდობა. თეთრი LED-ის მიღება სხვადასხვა ფერის ტემპერატურით;

③ შემდგომი მუშაობა ჩატარდა ფლუორესცენტური ფხვნილის მომზადების პროცესში ძირითად სამეცნიერო საკითხებზე, როგორიცაა მომზადების პროცესის გავლენა ნაკადზე, ფლუორესცენტური ფხვნილის ხარისხისა და სტაბილურობის უზრუნველსაყოფად.

გარდა ამისა, თეთრი სინათლის LED ძირითადად იყენებს ფლუორესცენტური ფხვნილისა და სილიკონის შერეული შეფუთვის პროცესს. ფლუორესცენტური ფხვნილის ცუდი თბოგამტარობის გამო, მოწყობილობა გაცხელდება გახანგრძლივებული სამუშაო დროის გამო, რაც იწვევს სილიკონის დაბერებას და ამცირებს მოწყობილობის მუშაობის ხანგრძლივობას. ეს პრობლემა განსაკუთრებით სერიოზულია მაღალი სიმძლავრის თეთრი განათების LED-ებში. დისტანციური შეფუთვა ამ პრობლემის გადასაჭრელად ერთ-ერთი გზაა სუბსტრატზე ფლუორესცენტური ფხვნილის მიმაგრებით და მისი ლურჯი LED სინათლის წყაროსგან განცალკევებით, რითაც ამცირებს ჩიპის მიერ წარმოქმნილი სითბოს ზემოქმედებას ფლუორესცენტური ფხვნილის მანათობელ შესრულებაზე. თუ იშვიათი დედამიწის ფლუორესცენტური კერამიკა აქვს მაღალი თბოგამტარობის, მაღალი კოროზიის წინააღმდეგობის, მაღალი სტაბილურობის და შესანიშნავი ოპტიკური გამომავალი მახასიათებლების მახასიათებლებს, მათ შეუძლიათ უკეთ დააკმაყოფილონ მაღალი სიმძლავრის თეთრი LED მაღალი ენერგიის სიმკვრივის გამოყენების მოთხოვნები. მიკრო ნანო ფხვნილები მაღალი აგლომერაციის აქტივობით და მაღალი დისპერსიით გახდა მნიშვნელოვანი წინაპირობა მაღალი გამჭვირვალობის იშვიათი მიწიერი ოპტიკური ფუნქციური კერამიკის მოსამზადებლად მაღალი ოპტიკური გამომავალი მაჩვენებლით.

 03.იშვიათი დედამიწის upconversion luminescent ნანომასალები

 Upconversion luminescence არის სპეციალური ტიპის luminescence პროცესი, რომელიც ხასიათდება მრავალი დაბალი ენერგიის ფოტონების შთანთქმით ლუმინესცენტური მასალებით და მაღალი ენერგიის ფოტონების გამოსხივებით. ტრადიციულ ორგანულ საღებავების მოლეკულებთან ან კვანტურ წერტილებთან შედარებით, იშვიათი დედამიწის გარდაქმნის ლუმინესცენტურ ნანომასალებს ბევრი უპირატესობა აქვთ, როგორიცაა დიდი ანტი სტოქსის ცვლა, ემისიის ვიწრო ზოლი, კარგი სტაბილურობა, დაბალი ტოქსიკურობა, მაღალი ქსოვილის შეღწევის სიღრმე და დაბალი სპონტანური ფლუორესცენციის ჩარევა. მათ აქვთ ფართო გამოყენების პერსპექტივები ბიოსამედიცინო სფეროში.

ბოლო წლებში, იშვიათი დედამიწის გარდაქმნის ლუმინესცენტურმა ნანომასალებმა მნიშვნელოვანი პროგრესი განიცადა სინთეზში, ზედაპირის მოდიფიკაციაში, ზედაპირის ფუნქციონალიზაციასა და ბიოსამედიცინო პროგრამებში. ადამიანები აუმჯობესებენ მასალების ლუმინესცენციის მოქმედებას მათი შემადგენლობის, ფაზური მდგომარეობის, ზომის და ა.შ. ნანომასშტაბის ოპტიმიზაციის გზით და ბირთვის/გარსის სტრუქტურის კომბინაციით, რათა შეამცირონ ლუმინესცენციის ჩაქრობის ცენტრი, გადასვლის ალბათობის გაზრდის მიზნით. ქიმიური მოდიფიკაციით, კარგი ბიოშეთავსებადობის ტექნოლოგიების დამკვიდრება ტოქსიკურობის შესამცირებლად და ვიზუალიზაციის მეთოდების შემუშავება ლუმინესცენტური ცოცხალი უჯრედების ზეკონვერტაციისთვის და in vivo; ეფექტური და უსაფრთხო ბიოლოგიური დაწყვილების მეთოდების შემუშავება სხვადასხვა აპლიკაციის საჭიროებებზე დაყრდნობით (იმუნური გამოვლენის უჯრედები, in vivo ფლუორესცენციური გამოსახულება, ფოტოდინამიკური თერაპია, ფოტოთერმული თერაპია, ფოტო კონტროლირებადი გამოთავისუფლების წამლები და ა.შ.).

ამ კვლევას აქვს გამოყენების უზარმაზარი პოტენციალი და ეკონომიკური სარგებელი და აქვს მნიშვნელოვანი სამეცნიერო მნიშვნელობა ნანომედიცინის განვითარების, ადამიანის ჯანმრთელობის ხელშეწყობისა და სოციალური პროგრესისთვის.

No.2 იშვიათი დედამიწის ნანო მაგნიტური მასალები

 
იშვიათი დედამიწის მუდმივი მაგნიტის მასალებმა გაიარეს განვითარების სამი ეტაპი: SmCo5, Sm2Co7 და Nd2Fe14B. როგორც სწრაფად ჩამქრალი NdFeB მაგნიტური ფხვნილი შეკრული მუდმივი მაგნიტის მასალებისთვის, მარცვლის ზომა მერყეობს 20 ნმ-დან 50 ნმ-მდე, რაც მას ტიპურ ნანოკრისტალურ იშვიათი დედამიწის მუდმივ მაგნიტ მასალად აქცევს.

იშვიათ დედამიწის ნანომაგნიტურ მასალებს აქვთ მცირე ზომის, ერთი დომენის სტრუქტურისა და მაღალი იძულების მახასიათებლები. მაგნიტური ჩამწერი მასალების გამოყენებამ შეიძლება გააუმჯობესოს სიგნალი-ხმაურის თანაფარდობა და გამოსახულების ხარისხი. მცირე ზომისა და მაღალი საიმედოობის გამო მისი გამოყენება მიკროძრავის სისტემებში მნიშვნელოვანი მიმართულებაა ახალი თაობის საავიაციო, კოსმოსური და საზღვაო ძრავების განვითარებისთვის. მაგნიტური მეხსიერების, მაგნიტური სითხის, გიგანტური მაგნიტო რეზისტენტობის მასალებისთვის, შესრულება შეიძლება მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდეს, რაც ხელს შეუწყობს მოწყობილობები გახდეს მაღალი ხარისხის და მინიატურული.

No3იშვიათი დედამიწის ნანოკატალიზური მასალები

იშვიათი დედამიწის კატალიზური მასალები მოიცავს თითქმის ყველა კატალიზურ რეაქციას. ზედაპირული ეფექტების, მოცულობის ეფექტებისა და კვანტური ზომის ეფექტების გამო, იშვიათი დედამიწის ნანოტექნოლოგია სულ უფრო იპყრობს ყურადღებას. ბევრ ქიმიურ რეაქციაში გამოიყენება იშვიათი დედამიწის კატალიზატორები. თუ იშვიათი დედამიწის ნანოკატალიზატორები გამოიყენება, კატალიზური აქტივობა და ეფექტურობა მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდება.

იშვიათი დედამიწის ნანოკატალიზატორები ძირითადად გამოიყენება ნავთობის კატალიზური კრეკინგისა და საავტომობილო გამონაბოლქვის გასაწმენდად. ყველაზე ხშირად გამოყენებული იშვიათი დედამიწის ნანოკატალიტიკური მასალებიაCeO2დაLa2O3, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც კატალიზატორები და პრომოტორები, ასევე კატალიზატორების მატარებლები.

No4ნანო ცერიუმის ოქსიდიულტრაიისფერი დამცავი მასალა

ნანო ცერიუმის ოქსიდი ცნობილია, როგორც მესამე თაობის ულტრაიისფერი იზოლაციის აგენტი, კარგი იზოლაციის ეფექტით და მაღალი გამტარიანობით. კოსმეტიკურ საშუალებებში დაბალი კატალიზური აქტივობის ნანო ცერია უნდა იყოს გამოყენებული, როგორც ულტრაიისფერი სხივების იზოლაცია. ამიტომ, ნანო ცერიუმის ოქსიდის ულტრაიისფერი დამცავი მასალების ბაზრის ყურადღება და აღიარება მაღალია. ინტეგრირებული მიკროსქემის ინტეგრაციის უწყვეტი გაუმჯობესება მოითხოვს ახალ მასალებს ინტეგრირებული მიკროსქემის ჩიპების წარმოების პროცესებისთვის. ახალ მასალებს უფრო მაღალი მოთხოვნები აქვთ გასაპრიალებელ სითხეებზე და ნახევარგამტარული იშვიათი მიწის გასაპრიალებელი სითხეები უნდა აკმაყოფილებდეს ამ მოთხოვნას, უფრო სწრაფი გასაპრიალებელი სიჩქარით და ნაკლები გასაპრიალებელი მოცულობით. ნანო იშვიათი დედამიწის გასაპრიალებელ მასალებს ფართო ბაზარი აქვს.

მანქანის მფლობელობის მნიშვნელოვანმა ზრდამ გამოიწვია ჰაერის სერიოზული დაბინძურება და მანქანის გამონაბოლქვის გამწმენდი კატალიზატორების დაყენება ყველაზე ეფექტური გზაა გამონაბოლქვის დაბინძურების კონტროლისთვის. ნანო ცერიუმის ცირკონიუმის კომპოზიტური ოქსიდები მნიშვნელოვან როლს თამაშობენ კუდის გაზის გაწმენდის ხარისხის გაუმჯობესებაში.

No5 სხვა ნანო ფუნქციური მასალები

01. იშვიათი მიწის ნანოკერამიკული მასალები

ნანო კერამიკულ ფხვნილს შეუძლია მნიშვნელოვნად შეამციროს აგლომერაციის ტემპერატურა, რაც 200 ℃~300 ℃ დაბალია, ვიდრე იგივე შემადგენლობის არანანო კერამიკული ფხვნილისა. კერამიკაში ნანო CeO2-ის დამატებამ შეიძლება შეამციროს აგლომერაციის ტემპერატურა, შეაფერხოს გისოსების ზრდა და გააუმჯობესოს კერამიკის სიმკვრივე. იშვიათი დედამიწის ელემენტების დამატება, როგორიცააY2O3, CeO2, or La2O3 to ZrO2შეუძლია ხელი შეუშალოს ZrO2-ის მაღალტემპერატურულ ფაზურ ტრანსფორმაციას და მტვრევადობას და მიიღოს ZrO2 ფაზის ტრანსფორმაციის გამაგრებული კერამიკული სტრუქტურული მასალები.

ელექტრონული კერამიკა (ელექტრონული სენსორები, PTC მასალები, მიკროტალღური მასალები, კონდენსატორები, თერმისტორები და ა.შ.) მომზადებული ულტრაფინირებული ან ნანომასშტაბიანი CeO2, Y2O3 გამოყენებით,Nd2O3, Sm2O3და ა.შ. გაუმჯობესდა ელექტრული, თერმული და სტაბილურობის თვისებები.

მინანქრის ფორმულაში იშვიათი მიწით გააქტიურებული ფოტოკატალიზური კომპოზიტური მასალების დამატებამ შეიძლება მოამზადოს იშვიათი დედამიწის ანტიბაქტერიული კერამიკა.

02. იშვიათი დედამიწის ნანო თხელი ფირის მასალები

 მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების განვითარებასთან ერთად, პროდუქტების შესრულების მოთხოვნები სულ უფრო მკაცრი ხდება, რაც მოითხოვს ულტრა წვრილ, ულტრა თხელი, ულტრა მაღალი სიმკვრივის და ულტრა შევსებას. ამჟამად შემუშავებულია იშვიათი დედამიწის ნანო ფილმების სამი ძირითადი კატეგორია: იშვიათი დედამიწის კომპლექსური ნანოფილმები, იშვიათი დედამიწის ოქსიდის ნანოფილმები და იშვიათი დედამიწის ნანო შენადნობის ფილმები. იშვიათი დედამიწის ნანო ფილმები ასევე მნიშვნელოვან როლს თამაშობენ საინფორმაციო ინდუსტრიაში, კატალიზში, ენერგიაში, ტრანსპორტირებასა და სიცოცხლის მედიცინაში.

დასკვნა

ჩინეთი იშვიათი დედამიწის რესურსების მთავარი ქვეყანაა. იშვიათი დედამიწის ნანომასალების შემუშავება და გამოყენება არის ახალი გზა იშვიათი დედამიწის რესურსების ეფექტურად გამოყენებისთვის. იშვიათი დედამიწის გამოყენების სფეროს გასაფართოებლად და ახალი ფუნქციონალური მასალების განვითარების ხელშეწყობისთვის, მასალების თეორიაში უნდა შეიქმნას ახალი თეორიული სისტემა, რომელიც დააკმაყოფილებს კვლევის საჭიროებებს ნანომასშტაბზე, რათა იშვიათ დედამიწის ნანომასალებს ჰქონდეს უკეთესი მოქმედება და წარმოქმნას. შესაძლებელია ახალი თვისებები და ფუნქციები.