Сирек жердің наноматериалдары Сирек жер элементтерінің бірегей 4f ішкі қабатының электрондық құрылымы, үлкен атомдық магниттік моменті, күшті спиндік орбиталық байланысы және басқа сипаттамалары бар, нәтижесінде өте бай оптикалық, электрлік, магниттік және басқа да қасиеттер бар. Олар дүние жүзіндегі елдер үшін дәстүрлі индустрияларды түрлендіру және жоғары технологияны дамыту үшін таптырмас стратегиялық материалдар болып табылады және «жаңа материалдардың қазынасы» ретінде белгілі.
Металлургиялық машина жасау, мұнай-химия, шыны керамика және жеңіл тоқыма сияқты дәстүрлі салаларда қолданудан басқа,сирек жерсонымен қатар адам өмірімен тығыз байланысты таза энергия, үлкен көліктер, жаңа энергетикалық көліктер, жартылай өткізгішті жарықтандыру және жаңа дисплейлер сияқты дамып келе жатқан салаларда негізгі көмекші материалдар болып табылады.
Онжылдық дамудан кейін сирек жермен байланысты зерттеулердің фокусы сәйкесінше жоғары таза сирек жерді балқыту мен бөлуден сирек жерді магнетизмде, оптикада, электр энергиясында, энергияны сақтауда, катализде, биомедицинада жоғары технологиялық қолдануларға ауысты. және басқа да салалар. Бір жағынан, материал жүйесінде сирек жер композициялық материалдарға үлкен тенденция бар; Екінші жағынан, ол морфология тұрғысынан төмен өлшемді функционалды кристалдық материалдарға көбірек бағытталған. Әсіресе, наноматериалдардың шағын өлшемді әсерлерін, кванттық әсерлерін, беттік әсерлерін және интерфейстік әсерлерін сирек жер элементтерінің бірегей электрондық қабат құрылымы сипаттамаларымен біріктіретін заманауи наноғылымның дамуымен сирек жер наноматериалдары дәстүрлі материалдардан ерекшеленетін көптеген жаңа қасиеттерді көрсетеді, сирек жер материалдарының тамаша өнімділігі және дәстүрлі материалдар мен жаңа жоғары технологиялық өндіріс салаларында оның қолданылуын одан әрі кеңейту.
Қазіргі уақытта, негізінен, мынадай жоғары перспективалы сирек жер наноматериалдары бар, атап айтқанда сирек жер нано люминесцентті материалдар, сирек жер нано каталитикалық материалдар, сирек жер наномагниттік материалдар,наноцерий оксидіультракүлгіннен қорғайтын материалдар және басқа нано функционалды материалдар.
№1Сирек жер нано люминесцентті материалдар
01. Сирек жердегі органикалық-бейорганикалық гибридті люминесцентті наноматериалдар
Композиттік материалдар қосымша және оңтайландырылған функцияларға қол жеткізу үшін молекулалық деңгейде әртүрлі функционалдық бірліктерді біріктіреді. Органикалық бейорганикалық гибридті материал органикалық және бейорганикалық компоненттердің функцияларына ие, жақсы механикалық тұрақтылықты, икемділікті, термиялық тұрақтылықты және тамаша өңдеуді көрсетеді.
Сирек жеркешендер түстердің жоғары тазалығы, қоздырылған күйдің ұзақ мерзімі, жоғары кванттық шығымдылық және бай сәулелену спектрі сызықтары сияқты көптеген артықшылықтарға ие. Олар дисплей, оптикалық толқын жетектерін күшейту, қатты күйдегі лазерлер, биомаркер және контрафактпен күресу сияқты көптеген салаларда кеңінен қолданылады. Алайда сирек жер кешендерінің төмен фототермиялық тұрақтылығы және нашар өңделуі оларды қолдану мен жылжытуға айтарлықтай кедергі келтіреді. Сирек жер кешендерін жақсы механикалық қасиеттері мен тұрақтылығы бар бейорганикалық матрицалармен біріктіру сирек жер кешендерінің люминесценттік қасиеттерін жақсартудың тиімді әдісі болып табылады.
Сирек жердің органикалық бейорганикалық гибридті материалы дамыған кезден бастап олардың даму тенденциялары келесі сипаттамаларды көрсетеді:
① Химиялық қоспалау әдісімен алынған гибридті материал тұрақты белсенді компоненттерге, жоғары легирлеу мөлшеріне және компоненттердің біркелкі таралуына ие;
② Бір функционалды материалдардан көп функционалды материалдарға ауысу, олардың қолдану аясын кеңейту үшін көп функционалды материалдарды әзірлеу;
③ Матрица әртүрлі, негізінен кремний диоксидінен титан диоксиді, органикалық полимерлер, саз балшықтары және иондық сұйықтықтар сияқты әртүрлі субстраттарға дейін.
02. Ақ жарықдиодты сирек жер люминесцентті материал
Қолданыстағы жарықтандыру технологияларымен салыстырғанда, жарық диодтары (жарық диодтар) сияқты жартылай өткізгішті жарықтандыру өнімдерінің ұзақ қызмет ету мерзімі, төмен энергия тұтынуы, жоғары жарық тиімділігі, сынапсыз, УК-сыз және тұрақты жұмыс сияқты артықшылықтары бар. Олар қыздыру лампаларынан, люминесцентті лампалардан және жоғары беріктіктегі газ разрядты шамдардан (HID) кейін «төртінші ұрпақ жарық көзі» болып саналады.
Ақ жарық диоды чиптерден, субстраттардан, люминофорлардан және драйверлерден тұрады. Сирек жердегі флуоресцентті ұнтақ ақ жарықдиодты өнімділікте шешуші рөл атқарады. Соңғы жылдары ақ жарықдиодты люминофорлар бойынша үлкен көлемдегі зерттеу жұмыстары жүргізілді және тамаша жетістіктерге қол жеткізілді:
① Көк жарықдиодты (460 м) қоздыратын фосфордың жаңа түрін жасау жарық тиімділігі мен түс көрсетуді жақсарту үшін көк жарықдиодты чиптерде қолданылатын YAO2Ce (YAG: Ce) бойынша легирлеу және модификациялау зерттеулерін жүргізді;
② Ультракүлгін сәулемен (400 м) немесе ультракүлгін сәулемен (360 мм) қоздыратын жаңа флуоресцентті ұнтақтарды жасау қызыл және жасыл көк флуоресцентті ұнтақтардың құрамын, құрылымын және спектрлік сипаттамаларын, сондай-ақ үш флуоресцентті ұнтақтардың әртүрлі арақатынастарын жүйелі түрде зерттеді. түрлі түс температурасы бар ақ жарықдиодты алу үшін;
③ Флуоресцентті ұнтақтың сапасы мен тұрақтылығын қамтамасыз ету үшін флуоресцентті ұнтақты дайындау процесінде дайындау процесінің флюске әсері сияқты негізгі ғылыми мәселелер бойынша одан әрі жұмыстар жүргізілді.
Сонымен қатар, ақ жарық диоды негізінен флуоресцентті ұнтақ пен силиконның аралас орау процесін қабылдайды. Флуоресцентті ұнтақтың жылу өткізгіштігі нашар болғандықтан, құрылғы ұзақ жұмыс уақытына байланысты қызады, бұл силиконның қартаюына және құрылғының қызмет ету мерзімін қысқартуға әкеледі. Бұл мәселе әсіресе қуатты ақ жарық диодтары үшін маңызды. Қашықтан орау - бұл флуоресцентті ұнтақты субстратқа бекіту және оны көк жарықдиодты жарық көзінен бөлу арқылы бұл мәселені шешудің бір жолы, осылайша чип шығаратын жылудың флуоресцентті ұнтақтың люминесценттік өнімділігіне әсерін азайтады. Сирек жердегі флуоресцентті керамика жоғары жылу өткізгіштік, жоғары коррозияға төзімділік, жоғары тұрақтылық және тамаша оптикалық өнімділік сипаттамаларына ие болса, олар энергия тығыздығы жоғары жоғары қуатты ақ жарықдиодты қолдану талаптарына жақсырақ жауап бере алады. Жоғары агломерациялық белсенділігі мен жоғары дисперсиясы бар микронано ұнтақтар жоғары оптикалық өнімділігі жоғары мөлдір сирек жер оптикалық функционалды керамикасын дайындаудың маңызды алғышарты болды.
03.Жердің сирек кездесетін люминесцентті наноматериалдары
Жоғары түрлендіру люминесценциясы - люминесцентті материалдардың бірнеше төмен энергиялы фотондарды жұтуымен және жоғары энергиялы фотонды эмиссияның генерациясымен сипатталатын люминесценция процесінің ерекше түрі. Дәстүрлі органикалық бояғыш молекулаларымен немесе кванттық нүктелермен салыстырғанда, сирек жердің жоғары түрлендіретін люминесцентті наноматериалдарының үлкен анти Стокс ығысуы, тар эмиссия диапазоны, жақсы тұрақтылық, төмен уыттылық, тіндерге ену тереңдігі және спонтанды флуоресценцияның төмен кедергісі сияқты көптеген артықшылықтары бар. Олардың биомедициналық салада қолдану перспективалары кең.
Соңғы жылдары сирек жерді жоғары түрлендіру люминесцентті наноматериалдар синтезде, бетті модификациялауда, бетті функционализациялауда және биомедициналық қолдануда айтарлықтай жетістіктерге жетті. Адамдар материалдардың люминесценция өнімділігін олардың құрамын, фазалық күйін, өлшемін және т.б. наноөлшемде оңтайландыру және өту ықтималдығын арттыру үшін люминесценцияны сөндіру орталығын азайту үшін ядро/қабық құрылымын біріктіру арқылы жақсартады. Химиялық модификация арқылы уыттылықты азайту үшін жақсы биоүйлесімділігі бар технологияларды орнатыңыз және люминесцентті тірі жасушаларды және in vivo түрлендіруге арналған бейнелеу әдістерін жасаңыз; Әртүрлі қолданбалардың қажеттіліктеріне негізделген тиімді және қауіпсіз биологиялық біріктіру әдістерін әзірлеу (иммунды анықтау жасушалары, in vivo флуоресцентті бейнелеу, фотодинамикалық терапия, фототермиялық терапия, фотобақыланатын босату препараттары және т.б.).
Бұл зерттеудің орасан зор қолдану әлеуеті мен экономикалық пайдасы бар және наномедицинаны дамыту, адам денсаулығын нығайту және әлеуметтік прогрес үшін маңызды ғылыми мәнге ие.
№2 Сирек жер наномагниттік материалдар
Сирек жердегі тұрақты магниттік материалдар үш даму сатысынан өтті: SmCo5, Sm2Co7 және Nd2Fe14B. Байланыстырылған тұрақты магнитті материалдарға арналған жылдам сөндірілетін NdFeB магниттік ұнтағы ретінде түйіршік өлшемі 20 нм-ден 50 нм-ге дейін ауытқиды, бұл оны әдеттегі нанокристалды сирек жер тұрақты магнитті материал етеді.
Сирек жердегі наномагниттік материалдар шағын өлшемді, бір домендік құрылымды және жоғары коэрцивтілікті сипаттайды. Магниттік жазу материалдарын пайдалану сигнал-шуыл қатынасын және кескін сапасын жақсартуы мүмкін. Шағын өлшемдері мен жоғары сенімділігіне байланысты оны микромотор жүйелерінде пайдалану авиациялық, аэроғарыштық және теңіз қозғалтқыштарының жаңа буынын дамытудың маңызды бағыты болып табылады. Магниттік жады, магниттік сұйықтық, гигант магниттік төзімділік материалдары үшін өнімділікті айтарлықтай жақсартуға болады, бұл құрылғыларды өнімділігі жоғары және кішірейтілген етеді.
№3Сирек жер нанокаталитикалық материалдар
Сирек жердегі каталитикалық материалдар барлық дерлік каталитикалық реакцияларды қамтиды. Беттік әсерлерге, көлемдік әсерлерге және кванттық өлшем әсерлеріне байланысты сирек жер нанотехнологиясы барған сайын назар аударды. Көптеген химиялық реакцияларда сирек жер катализаторлары қолданылады. Сирек жер нанокатализаторлары пайдаланылса, каталитикалық белсенділік пен тиімділік айтарлықтай жақсарады.
Сирек жер нанокатализаторлары әдетте мұнайды каталитикалық крекингте және автомобиль шығарындыларын тазартуда қолданылады. Ең жиі қолданылатын сирек жер нанокаталитикалық материалдарCeO2жәнеLa2O3, ол катализаторлар мен промоторлар, сондай-ақ катализатор тасымалдаушылар ретінде пайдаланылуы мүмкін.
№4Наноцерий оксидіультракүлгін сәулелерден қорғайтын материал
Наноцерий оксиді жақсы оқшаулау әсері және жоғары өткізгіштігі бар үшінші буын ультракүлгін оқшаулау агенті ретінде белгілі. Косметикада УК оқшаулағыш агент ретінде каталитикалық белсенділігі төмен наноцерия қолданылуы керек. Сондықтан, нарықтың назары және наноцерий оксиді ультракүлгін қорғайтын материалдардың мойындалуы жоғары. Интегралдық микросхемалардың интеграциясын үздіксіз жетілдіру интегралдық микросхемалардың чиптерін өндіру процестері үшін жаңа материалдарды қажет етеді. Жаңа материалдарда жылтырату сұйықтықтарына жоғары талаптар қойылады және жартылай өткізгіш сирек жерді жылтырату сұйықтықтары бұл талапқа сай болуы керек, жылтырату жылдамдығы жылдамырақ және жылтырату көлемі аз. Нано сирек жер жылтырату материалдарының кең нарығы бар.
Автокөлікке иелік етудің айтарлықтай артуы ауаның елеулі ластануын тудырды, ал автокөліктердің пайдаланылған газдарын тазарту катализаторларын орнату пайдаланылған газдардың ластануын бақылаудың ең тиімді әдісі болып табылады. Наноцерий цирконий композиттік оксидтері құйрықты газды тазарту сапасын жақсартуда маңызды рөл атқарады.
№5 Басқа нано функционалды материалдар
01. Сирек жер нанокерамикалық материалдар
Нанокерамикалық ұнтақ агломерация температурасын айтарлықтай төмендете алады, ол бірдей құрамдағы нанокерамикалық емес ұнтақпен салыстырғанда 200 ℃ ~ 300 ℃ төмен. Керамикаға nano CeO2 қосу агломерация температурасын төмендетеді, тордың өсуін тежейді және керамика тығыздығын жақсартады. сияқты сирек жер элементтерін қосуY2O3, CeO2, or La2O3 to ZrO2ZrO2 жоғары температурадағы фазалық түрленуін және морттануын болдырмайды және ZrO2 фазалық түрлендіруінен қатайтылған керамикалық құрылымдық материалдарды ала алады.
Электронды керамика (электрондық датчиктер, PTC материалдары, микротолқынды материалдар, конденсаторлар, термисторлар және т.б.) өте жұқа немесе нано масштабты CeO2, Y2O3,Nd2O3, Sm2O3және т.б. жақсартылған электрлік, жылулық және тұрақтылық қасиеттеріне ие.
Глазурь формуласына сирек жер белсендірілген фотокаталитикалық композициялық материалдарды қосу сирек жердің бактерияға қарсы керамикасын дайындай алады.
02.Сирек жер нано жұқа пленка материалдары
Ғылым мен технологияның дамуымен өнімдерге қойылатын өнімділік талаптары барған сайын қатал бола түсуде, бұл өнімдердің ультра жұқа, тым жұқа, өте жоғары тығыздықты және ультра толтырылуын талап етеді. Қазіргі уақытта сирек жер нано-пленкаларының үш негізгі санаты әзірленді: сирек жер күрделі нано-пленкалар, сирек жер оксиді нано-пленкалар және сирек жер нано қорытпалары пленкалар. Сирек жер нанофильмдері ақпараттық индустрияда, катализде, энергетикада, көлікте және өмірлік медицинада маңызды рөл атқарады.
Қорытынды
Қытай сирек жер ресурстары бойынша ірі ел болып табылады. Сирек жердің наноматериалдарын әзірлеу және қолдану сирек жер ресурстарын тиімді пайдаланудың жаңа тәсілі болып табылады. Сирек жерді қолдану аясын кеңейту және жаңа функционалдық материалдардың дамуына жәрдемдесу үшін нано масштабтағы зерттеу қажеттіліктерін қанағаттандыру, сирек жер наноматериалдарының өнімділігін арттыру және пайда болуын қамтамасыз ету үшін материалдар теориясында жаңа теориялық жүйе құрылуы керек. мүмкін болатын жаңа қасиеттер мен функциялар.
Хабарлама уақыты: 29 мамыр 2023 ж