희토류 나노물질 희토류 원소는 독특한 4f 하위층 전자 구조, 큰 원자 자기 모멘트, 강한 스핀 궤도 결합 및 기타 특성을 갖고 있어 매우 풍부한 광학적, 전기적, 자기적 및 기타 특성을 나타냅니다. 세계 각국이 전통산업을 변혁하고 첨단기술을 발전시키는 데 없어서는 안 될 전략소재로 '신소재의 보고'로 불린다.
금속기계, 석유화학, 유리세라믹, 경량섬유 등 전통적인 분야에서의 응용 외에도희토류또한 청정에너지, 대형자동차, 신에너지 자동차, 반도체 조명, 신디스플레이 등 인간 생활과 밀접한 신흥 분야의 핵심 지원소재이기도 합니다.
수십 년의 개발 끝에 희토류 관련 연구의 초점은 단일 고순도 희토류의 제련 및 분리에서 자기, 광학, 전기, 에너지 저장, 촉매, 생물의학, 산업 분야에서 희토류의 하이테크 응용으로 이동했습니다. 그리고 다른 분야. 한편으로는 재료 시스템에서 희토류 복합 재료에 대한 추세가 더 커지고 있습니다. 반면, 형태학적 측면에서는 저차원 기능성 결정재료에 더 중점을 두고 있습니다. 특히 현대 나노과학의 발달로 나노물질의 작은 크기 효과, 양자 효과, 표면 효과, 계면 효과와 희토류 원소의 고유한 전자층 구조 특성이 결합되어 희토류 나노물질은 기존 물질과 다른 많은 새로운 특성을 나타내며, 희토류 소재의 탁월한 성능을 바탕으로 전통 소재 및 첨단 신기술 제조 분야로의 응용 범위를 더욱 확대해 나가고 있습니다.
현재 유망한 희토류 나노물질은 주로 희토류 나노 발광 물질, 희토류 나노 촉매 물질, 희토류 나노 자성 물질,나노세륨산화물자외선 차단 소재, 기타 나노 기능성 소재 등을 보유하고 있습니다.
No.1희토류 나노발광재료
01. 희토류 유무기 하이브리드 발광나노소재
복합재료는 분자 수준에서 다양한 기능 단위를 결합하여 보완적이고 최적화된 기능을 달성합니다. 유기무기 복합재료는 유기성분과 무기성분의 기능을 가지고 있어 우수한 기계적 안정성, 유연성, 열적 안정성 및 우수한 가공성을 나타냅니다.
희토류복합체는 높은 색 순도, 긴 여기 상태 수명, 높은 양자 수율 및 풍부한 방출 스펙트럼 선과 같은 많은 장점을 가지고 있습니다. 디스플레이, 광도파관 증폭, 고체 레이저, 바이오마커, 위조 방지 등 다양한 분야에서 널리 사용됩니다. 그러나 희토류 복합체의 낮은 광열 안정성과 열악한 가공성은 희토류 복합체의 적용과 홍보를 심각하게 방해합니다. 희토류 착체와 우수한 기계적 특성 및 안정성을 갖춘 무기 매트릭스를 결합하는 것은 희토류 착체의 발광 특성을 향상시키는 효과적인 방법입니다.
희토류 유기무기 하이브리드 소재의 개발 이후, 이들의 개발 동향은 다음과 같은 특징을 보인다.
① 화학적 도핑 방법으로 얻은 하이브리드 물질은 활성 성분이 안정적이고 도핑량이 많으며 성분 분포가 균일하다.
② 단일 기능성 소재에서 다기능 소재로 전환하고, 다기능 소재를 개발하여 활용 범위를 확대한다.
③ 매트릭스는 주로 실리카부터 이산화티타늄, 유기고분자, 점토, 이온성 액체 등 다양한 기질까지 다양하다.
02. 백색 LED 희토류 발광재료
발광다이오드(LED) 등 반도체 조명 제품은 기존 조명 기술에 비해 긴 수명, 낮은 에너지 소비, 높은 발광 효율, 무수은, 무자외선, 안정적인 동작 등의 장점을 갖고 있다. 백열등, 형광등, 고강도 가스방전등(HID)에 이은 '4세대 광원'으로 꼽힌다.
백색 LED는 칩, 기판, 형광체, 드라이버로 구성된다. 희토류 형광 분말은 백색 LED의 성능에 중요한 역할을 합니다. 최근 몇 년 동안 백색 LED 형광체에 대한 많은 연구가 진행되어 탁월한 진전이 이루어졌습니다.
① 청색 LED(460m)에 의해 여기되는 새로운 유형의 형광체 개발은 청색 LED 칩에 사용되는 YAO2Ce(YAG:Ce)에 대한 도핑 및 변형 연구를 진행하여 광효율 및 연색성을 향상시켰다.
② 자외선(400m) 또는 자외선(360mm)에 의해 여기되는 새로운 형광분말 개발은 적색, 녹색 청색 형광분말의 조성, 구조, 분광특성과 세 가지 형광분말의 서로 다른 비율을 체계적으로 연구하였다. 다양한 색온도를 갖는 백색 LED를 얻기 위해;
③ 형광 분말의 품질과 안정성을 보장하기 위해 제조 공정이 플럭스에 미치는 영향 등 형광 분말 제조 공정의 기초 과학적 문제에 대한 추가 작업이 수행되었습니다.
또한 백색광 LED는 주로 형광분말과 실리콘의 혼합 포장 공정을 채택하고 있다. 형광 분말의 열전도율이 낮기 때문에 작업 시간이 길어지면 장치가 가열되어 실리콘 노화가 발생하고 장치 수명이 단축됩니다. 이 문제는 고전력 백색광 LED에서 특히 심각합니다. 원격 패키징은 형광 분말을 기판에 부착하고 이를 청색 LED 광원과 분리함으로써 칩에서 발생하는 열이 형광 분말의 발광 성능에 미치는 영향을 줄이는 방식으로 이 문제를 해결하는 한 가지 방법이다. 희토류 형광 세라믹이 높은 열 전도성, 높은 내식성, 높은 안정성, 우수한 광 출력 성능 등의 특성을 갖는다면 에너지 밀도가 높은 고출력 백색 LED의 응용 요구 사항을 더 잘 충족할 수 있습니다. 높은 소결 활성과 높은 분산성을 갖는 마이크로 나노분말은 높은 광출력 성능을 갖는 고투명 희토류 광학 기능성 세라믹을 제조하기 위한 중요한 전제조건이 되었습니다.
03.희토류 상향변환 발광나노소재
상향변환 발광은 발광 재료에 의해 여러 개의 저에너지 광자를 흡수하고 고에너지 광자 방출을 생성하는 것을 특징으로 하는 특수한 유형의 발광 공정입니다. 전통적인 유기 염료 분자 또는 양자점과 비교하여 희토류 상향 변환 발광 나노 물질은 큰 반 스톡스 이동, 좁은 방출 밴드, 우수한 안정성, 낮은 독성, 높은 조직 침투 깊이 및 낮은 자발적 형광 간섭과 같은 많은 장점을 가지고 있습니다. 그들은 생물의학 분야에서 폭넓은 응용 가능성을 갖고 있습니다.
최근 몇 년 동안 희토류 상향변환 발광 나노물질은 합성, 표면 개질, 표면 기능화 및 생물의학 응용 분야에서 상당한 진전을 이루었습니다. 사람들은 전이 확률을 높이기 위해 물질의 구성, 상 상태, 크기 등을 나노 수준에서 최적화하고, 발광 소광 중심을 줄이기 위해 코어/쉘 구조를 결합함으로써 물질의 발광 성능을 향상시킵니다. 화학적 변형을 통해 생체적합성이 우수한 기술을 확립하여 독성을 줄이고, 생체 내 발광 살아있는 세포의 상향변환 영상화 방법을 개발합니다. 다양한 응용 분야(면역 검출 세포, 생체 내 형광 이미징, 광역학 치료, 광열 치료, 광제어 방출 약물 등)의 요구 사항을 기반으로 효율적이고 안전한 생물학적 결합 방법을 개발합니다.
본 연구는 막대한 응용 잠재력과 경제적 이익을 갖고 있으며, 나노의학 개발, 인류 건강 증진, 사회 발전에 중요한 과학적 의의를 갖고 있습니다.
No.2 희토류 나노자성재료
희토류 영구자석 소재는 SmCo5, Sm2Co7, Nd2Fe14B의 세 가지 개발 단계를 거쳤습니다. 결합 영구자석 재료용 고속 급냉 NdFeB 자성 분말로서 입자 크기가 20nm~50nm로 전형적인 나노결정질 희토류 영구자석 재료입니다.
희토류 나노자성 물질은 작은 크기, 단일 도메인 구조, 높은 보자력의 특성을 가지고 있습니다. 자기 기록 재료를 사용하면 신호 대 잡음비와 이미지 품질을 향상시킬 수 있습니다. 작은 크기와 높은 신뢰성으로 인해 마이크로 모터 시스템에 사용하는 것은 차세대 항공, 항공우주 및 해양 모터 개발을 위한 중요한 방향입니다. 자성메모리, 자성유체, 거대자기저항물질 등의 경우 성능을 크게 향상시켜 기기의 고성능화, 소형화를 가능하게 한다.
3호희토류 나노촉매재료
희토류 촉매 물질은 거의 모든 촉매 반응을 포함합니다. 표면 효과, 부피 효과, 양자 크기 효과로 인해 희토류 나노기술이 점점 주목을 받고 있습니다. 많은 화학 반응에서 희토류 촉매가 사용됩니다. 희토류 나노촉매를 사용하면 촉매 활성과 효율이 크게 향상된다.
희토류 나노촉매는 일반적으로 자동차 배기가스의 석유 촉매 분해 및 정화 처리에 사용됩니다. 가장 일반적으로 사용되는 희토류 나노촉매 물질은 다음과 같습니다.CeO2그리고La2O3, 촉매 및 촉진제뿐만 아니라 촉매 담체로도 사용할 수 있습니다.
4호나노세륨산화물자외선 차폐 소재
나노세륨산화물은 제3세대 자외선 차단제로 알려져 있으며 차단 효과가 좋고 투과율이 높습니다. 화장품에서는 촉매 활성이 낮은 나노세리아를 자외선 차단제로 사용해야 합니다. 따라서 나노세륨산화물 자외선 차폐재에 대한 시장의 관심과 인지도가 높다. 집적 회로 통합의 지속적인 개선을 위해서는 집적 회로 칩 제조 공정을 위한 새로운 재료가 필요합니다. 신소재는 연마액에 대한 더 높은 요구 사항을 갖고 있으며, 반도체 희토류 연마액은 더 빠른 연마 속도와 더 적은 연마량으로 이러한 요구 사항을 충족해야 합니다. 나노희토류 연마재료는 시장이 넓다.
자동차 소유의 급격한 증가로 심각한 대기오염이 발생하고 있으며, 자동차 배기가스 정화 촉매제 설치는 배기가스 오염을 제어하는 가장 효과적인 방법입니다. 나노 세륨 지르코늄 복합 산화물은 테일 가스 정화 품질을 향상시키는 데 중요한 역할을 합니다.
No.5 기타 나노 기능성 소재
01. 희토류 나노 세라믹 소재
나노 세라믹 분말은 동일한 조성의 비나노 세라믹 분말에 비해 소결온도를 200℃~300℃ 정도 낮출 수 있습니다. 세라믹에 나노 CeO2를 첨가하면 소결 온도를 낮추고 격자 성장을 억제하며 세라믹의 밀도를 향상시킬 수 있습니다. 등의 희토류 원소를 첨가Y2O3, CeO2, or La2O3 to ZrO2ZrO2의 고온 상변태 및 취성을 방지하고 ZrO2 상변태 강화 세라믹 구조 재료를 얻을 수 있습니다.
초미세 또는 나노스케일의 CeO2, Y2O3,Nd2O3, SM2O3등의 전기적, 열적, 안정성 특성이 향상되었습니다.
유약 제조법에 희토류 활성화 광촉매 복합 재료를 첨가하면 희토류 항균 세라믹을 제조할 수 있습니다.
02.희토류나노박막소재
과학과 기술의 발전에 따라 제품의 성능 요구사항이 점점 더 엄격해지고 있으며, 제품의 초미세, 초박형, 초고밀도, 초충진이 요구되고 있습니다. 현재 개발된 희토류 나노필름에는 희토류 복합 나노필름, 희토류 산화물 나노필름, 희토류 나노합금 필름 등 세 가지 주요 범주가 개발되어 있습니다. 희토류 나노필름은 정보산업, 촉매, 에너지, 교통, 생명의학 분야에서도 중요한 역할을 한다.
결론
중국은 희토류 자원의 대국이다. 희토류 나노물질의 개발과 응용은 희토류 자원을 효과적으로 활용하는 새로운 방법입니다. 희토류의 응용범위를 확대하고 새로운 기능성 소재의 개발을 촉진하기 위해서는 나노스케일의 연구수요에 부응하기 위한 재료이론의 새로운 이론체계를 확립하고, 희토류 나노소재의 성능을 향상시켜 상용화되어야 한다. 새로운 속성과 기능이 가능해졌습니다.
게시 시간: 2023년 5월 29일