Retzemju nanomateriāli Retzemju elementiem ir unikāla 4f apakšslāņa elektroniskā struktūra, liels atomu magnētiskais moments, spēcīgs spin orbītas savienojums un citas īpašības, kas rada ļoti bagātīgas optiskās, elektriskās, magnētiskās un citas īpašības. Tie ir neaizstājami stratēģiski materiāli valstīm visā pasaulē, lai pārveidotu tradicionālās nozares un attīstītu augstās tehnoloģijas, un tie ir pazīstami kā "jaunu materiālu dārgumu nams".
Papildus pielietojumam tradicionālajās jomās, piemēram, metalurģijas mašīnās, naftas ķīmijas rūpniecībā, stikla keramikā un vieglajos tekstilizstrādājumos,retzemju zemesir arī galvenie palīgmateriāli tādās jaunās jomās kā tīra enerģija, lieli transportlīdzekļi, jauni enerģijas transportlīdzekļi, pusvadītāju apgaismojums un jauni displeji, kas ir cieši saistīti ar cilvēka dzīvi.
Pēc gadu desmitiem ilgas attīstības ar retzemju metāliem saistīto pētījumu fokuss ir attiecīgi novirzījies no atsevišķu augstas tīrības pakāpes retzemju metālu kausēšanas un atdalīšanas uz retzemju metālu augsto tehnoloģiju pielietojumu magnētismā, optikā, elektrībā, enerģijas uzkrāšanā, katalīzē, biomedicīnā, un citās jomās. No vienas puses, materiāla sistēmā ir lielāka tendence izmantot retzemju kompozītmateriālus; No otras puses, tas ir vairāk vērsts uz zemu izmēru funkcionāliem kristāla materiāliem morfoloģijas ziņā. Jo īpaši, attīstoties modernajai nanozinātnei, apvienojot nanomateriālu mazo izmēru efektus, kvantu efektus, virsmas efektus un saskarnes efektus ar retzemju elementu unikālajām elektroniskā slāņa struktūras īpašībām, retzemju nanomateriāliem piemīt daudzas jaunas īpašības, kas atšķiras no tradicionālajiem materiāliem, maksimāli palielinot izcilu retzemju materiālu veiktspēju un vēl vairāk paplašināt tās pielietojumu tradicionālo materiālu un jaunu augsto tehnoloģiju ražošanas jomā.
Pašlaik galvenokārt ir šādi ļoti daudzsološi retzemju nanomateriāli, proti, retzemju nano luminiscējošie materiāli, retzemju nano katalītiskie materiāli, retzemju nano magnētiskie materiāli,nano cērija oksīdsultravioletie aizsargmateriāli un citi nanofunkcionāli materiāli.
Nr.1Retzemju nanoluminiscējošie materiāli
01. Retzemju organisko-neorganisko hibrīdu luminiscējošie nanomateriāli
Kompozītmateriāli apvieno dažādas funkcionālās vienības molekulārā līmenī, lai panāktu papildinošas un optimizētas funkcijas. Organiskajam neorganiskajam hibrīda materiālam ir organisko un neorganisko komponentu funkcijas, kas uzrāda labu mehānisko stabilitāti, elastību, termisko stabilitāti un lielisku apstrādājamību.
Retzemekompleksiem ir daudz priekšrocību, piemēram, augsta krāsu tīrība, ilgs ierosinātā stāvokļa kalpošanas laiks, augsta kvantu ražība un bagātīgas emisijas spektra līnijas. Tos plaši izmanto daudzās jomās, piemēram, displejā, optiskā viļņvada pastiprināšanā, cietvielu lāzeros, biomarķieros un pretviltošanas jomā. Tomēr retzemju kompleksu zemā fototermiskā stabilitāte un sliktā apstrādājamība nopietni kavē to izmantošanu un popularizēšanu. Retzemju kompleksu apvienošana ar neorganiskām matricām ar labām mehāniskajām īpašībām un stabilitāti ir efektīvs veids, kā uzlabot retzemju kompleksu luminiscences īpašības.
Kopš retzemju organisko neorganisko hibrīdu materiālu izstrādes to attīstības tendences uzrāda šādas īpašības:
① Hibrīdmateriālam, kas iegūts ar ķīmisko dopinga metodi, ir stabilas aktīvās sastāvdaļas, augsts dopinga daudzums un vienmērīgs komponentu sadalījums;
② Pārveidošana no vienfunkcionāliem materiāliem uz daudzfunkcionāliem materiāliem, daudzfunkcionālu materiālu izstrāde, lai padarītu to pielietojumu plašāku;
③ Matrica ir daudzveidīga, sākot no galvenokārt silīcija dioksīda līdz dažādiem substrātiem, piemēram, titāna dioksīds, organiskie polimēri, māli un jonu šķidrumi.
02. Balts LED retzemju luminiscējošais materiāls
Salīdzinot ar esošajām apgaismojuma tehnoloģijām, pusvadītāju apgaismojuma produktiem, piemēram, gaismas diodēm (LED), ir tādas priekšrocības kā ilgs kalpošanas laiks, zems enerģijas patēriņš, augsta gaismas efektivitāte, dzīvsudraba trūkums, UV starojums un stabila darbība. Tās tiek uzskatītas par "ceturtās paaudzes gaismas avotu" pēc kvēlspuldzēm, dienasgaismas spuldzēm un augstas stiprības gāzizlādes spuldzēm (HID).
Baltā gaismas diode sastāv no mikroshēmām, substrātiem, fosforiem un draiveriem. Retzemju fluorescējošajam pulverim ir izšķiroša nozīme baltās gaismas diodes darbībā. Pēdējos gados ir veikts liels pētījumu apjoms par baltajiem LED luminoforiem, un ir panākts lielisks progress:
① Jauna veida fosfora izstrāde, ko ierosina zilā gaismas diode (460 m), ir veikusi dopinga un modifikāciju pētījumus YAO2Ce (YAG: Ce), ko izmanto zilajās LED mikroshēmās, lai uzlabotu gaismas efektivitāti un krāsu atveidi;
② Jaunu fluorescējošu pulveru izstrāde, ko ierosina ultravioletā gaisma (400 m) vai ultravioletā gaisma (360 mm), ir sistemātiski pētīta sarkano un zaļo zilo fluorescējošo pulveru sastāvs, struktūra un spektrālās īpašības, kā arī trīs fluorescējošo pulveru dažādās attiecības. iegūt baltu LED ar dažādu krāsu temperatūru;
③ Ir veikts turpmāks darbs pie fluorescējošā pulvera sagatavošanas procesa zinātniskajiem pamatjautājumiem, piemēram, sagatavošanas procesa ietekmes uz plūsmu, lai nodrošinātu fluorescējošā pulvera kvalitāti un stabilitāti.
Turklāt baltās gaismas LED galvenokārt izmanto jauktu fluorescējošā pulvera un silikona iepakošanas procesu. Fluorescējošā pulvera sliktās siltumvadītspējas dēļ ierīce uzkarsīs ilgstoša darba laika dēļ, izraisot silikona novecošanos un saīsinot ierīces kalpošanas laiku. Šī problēma ir īpaši nopietna lieljaudas baltas gaismas LED. Attālinātais iepakojums ir viens no veidiem, kā atrisināt šo problēmu, piestiprinot fluorescējošu pulveri pie pamatnes un atdalot to no zilā LED gaismas avota, tādējādi samazinot mikroshēmas radītā siltuma ietekmi uz fluorescējošā pulvera luminiscences veiktspēju. Ja retzemju fluorescējošajai keramikai ir augsta siltumvadītspēja, augsta izturība pret koroziju, augsta stabilitāte un lieliska optiskā izvades veiktspēja, tā var labāk atbilst lieljaudas baltas gaismas diodes ar augstu enerģijas blīvumu lietošanas prasībām. Mikro nano pulveri ar augstu saķepināšanas aktivitāti un augstu dispersiju ir kļuvuši par svarīgu priekšnoteikumu augstas caurspīdīguma retzemju optiskās funkcionālās keramikas ar augstu optiskās izejas veiktspēju sagatavošanai.
03.Retzemju luminiscējošie nanomateriāli ar augšuppārveidošanu
Upconversion luminiscence ir īpašs luminiscences procesa veids, ko raksturo vairāku zemas enerģijas fotonu absorbcija luminiscējošiem materiāliem un augstas enerģijas fotonu emisijas radīšana. Salīdzinājumā ar tradicionālajām organisko krāsvielu molekulām vai kvantu punktiem retzemju luminiscējošiem nanomateriāliem ir daudz priekšrocību, piemēram, liela pret Stoksa nobīde, šaura emisijas josla, laba stabilitāte, zema toksicitāte, augsts audu iespiešanās dziļums un zemi spontāni fluorescences traucējumi. Viņiem ir plašas pielietojuma iespējas biomedicīnas jomā.
Pēdējos gados retzemju luminiscējošie nanomateriāli ir guvuši ievērojamus panākumus sintēzes, virsmas modifikācijas, virsmas funkcionalizācijas un biomedicīnas lietojumos. Cilvēki uzlabo materiālu luminiscences veiktspēju, optimizējot to sastāvu, fāzes stāvokli, izmēru utt. nanomērogā un apvienojot serdes/čaulas struktūru, lai samazinātu luminiscences slāpēšanas centru, lai palielinātu pārejas varbūtību. Ķīmiski pārveidojot, izveidot tehnoloģijas ar labu bioloģisko savietojamību, lai samazinātu toksicitāti, un izstrādāt attēlveidošanas metodes luminiscējošu dzīvu šūnu augšupvēršanai un in vivo; Izstrādāt efektīvas un drošas bioloģiskās savienošanas metodes, pamatojoties uz dažādu pielietojumu vajadzībām (imūnās noteikšanas šūnas, in vivo fluorescences attēlveidošana, fotodinamiskā terapija, fototermiskā terapija, fotokontrolētas atbrīvošanās zāles utt.).
Šim pētījumam ir milzīgs pielietojuma potenciāls un ekonomiskie ieguvumi, un tam ir svarīga zinātniska nozīme nanomedicīnas attīstībā, cilvēku veselības veicināšanā un sociālajā progresā.
Nr.2 Retzemju nanomagnētiskie materiāli
Retzemju pastāvīgo magnētu materiāli ir izgājuši trīs attīstības stadijas: SmCo5, Sm2Co7 un Nd2Fe14B. Kā ātri rūdīts NdFeB magnētiskais pulveris savienotiem pastāvīgo magnētu materiāliem, graudu izmērs svārstās no 20 nm līdz 50 nm, padarot to par tipisku nanokristālisku retzemju pastāvīgo magnētu materiālu.
Retzemju nanomagnētiskajiem materiāliem ir maza izmēra, viena domēna struktūra un augsta koercivitāte. Magnētisko ierakstu materiālu izmantošana var uzlabot signāla un trokšņa attiecību un attēla kvalitāti. Tā mazā izmēra un augstās uzticamības dēļ tā izmantošana mikromotoru sistēmās ir svarīgs virziens jaunās paaudzes aviācijas, kosmosa un jūras dzinēju attīstībā. Magnētiskās atmiņas, magnētiskā šķidruma, Giant Magneto Resistance materiālu veiktspēju var ievērojami uzlabot, padarot ierīces augstas veiktspējas un miniaturizētas.
Nr.3Retzemju nanokatalītiskie materiāli
Retzemju katalītiskie materiāli ietver gandrīz visas katalītiskās reakcijas. Virsmas efektu, tilpuma efektu un kvantu izmēra efektu dēļ retzemju nanotehnoloģijas arvien vairāk ir piesaistījušas uzmanību. Daudzās ķīmiskajās reakcijās tiek izmantoti retzemju katalizatori. Ja izmanto retzemju nanokatalizatorus, katalītiskā aktivitāte un efektivitāte tiks ievērojami uzlabota.
Retzemju nanokatalizatorus parasti izmanto naftas katalītiskajā krekinga un automobiļu izplūdes gāzu attīrīšanas apstrādē. Visbiežāk izmantotie retzemju nanokatalītiskie materiāli irCeO2unLa2O3, ko var izmantot kā katalizatorus un promotorus, kā arī katalizatora nesējus.
Nr.4Nanocērija oksīdsultravioletais aizsargmateriāls
Nanocērija oksīds ir pazīstams kā trešās paaudzes ultravioletās izolācijas līdzeklis ar labu izolācijas efektu un augstu caurlaidību. Kosmētikā kā UV izolējošs līdzeklis jāizmanto zemas katalītiskās aktivitātes nanocerija. Tāpēc nano cērija oksīda ultravioleto aizsargmateriālu tirgus uzmanība un atpazīstamība ir augsta. Lai nepārtraukti uzlabotu integrālo shēmu integrāciju, ir nepieciešami jauni materiāli integrālo shēmu mikroshēmu ražošanas procesiem. Jauniem materiāliem ir augstākas prasības attiecībā uz pulēšanas šķidrumiem, un pusvadītāju retzemju pulēšanas šķidrumiem ir jāatbilst šai prasībai, nodrošinot lielāku pulēšanas ātrumu un mazāku pulēšanas apjomu. Nano retzemju pulēšanas materiāliem ir plašs tirgus.
Ievērojamais automašīnu īpašnieku skaita pieaugums ir izraisījis nopietnu gaisa piesārņojumu, un automašīnu izplūdes gāzu attīrīšanas katalizatoru uzstādīšana ir visefektīvākais veids, kā kontrolēt izplūdes gāzu piesārņojumu. Nanocērija cirkonija kompozītmateriālu oksīdiem ir svarīga loma izplūdes gāzes attīrīšanas kvalitātes uzlabošanā.
Nr.5 Citi nano funkcionālie materiāli
01. Retzemju nanokeramikas materiāli
Nanokeramikas pulveris var ievērojami samazināt saķepināšanas temperatūru, kas ir par 200 ℃ ~ 300 ℃ zemāka nekā tāda paša sastāva keramikas pulveris, kas nav nanokeramikas pulveris. Nano CeO2 pievienošana keramikai var samazināt saķepināšanas temperatūru, kavēt režģa augšanu un uzlabot keramikas blīvumu. Pievienojot retzemju elementus, piemēram,Y2O3, CeO2, or La2O3 to ZrO2var novērst augstas temperatūras fāzes transformāciju un ZrO2 trauslumu, kā arī iegūt ZrO2 fāzes transformācijas rūdītus keramikas strukturālos materiālus.
Elektroniskā keramika (elektroniskie sensori, PTC materiāli, mikroviļņu materiāli, kondensatori, termistori u.c.), kas sagatavoti, izmantojot īpaši smalku vai nanomēroga CeO2, Y2O3,Nd2O3, Sm2O3uc ir uzlabotas elektriskās, termiskās un stabilitātes īpašības.
Pievienojot retzemju aktivētos fotokatalītiskos kompozītmateriālus glazūras formulai, var sagatavot retzemju antibakteriālo keramiku.
02.Retzemju nano plānslāņa materiāli
Attīstoties zinātnei un tehnoloģijām, produktu veiktspējas prasības kļūst arvien stingrākas, un tiem ir nepieciešami īpaši smalki, īpaši plāni, īpaši augsts blīvums un īpaši pildījums. Pašlaik ir izstrādātas trīs galvenās retzemju nanoplēvju kategorijas: retzemju kompleksu nanoplēves, retzemju oksīda nanoplēves un retzemju nanosakausējuma plēves. Retzemju nanofilmām ir arī svarīga loma informācijas nozarē, katalīzē, enerģētikā, transportā un dzīvības medicīnā.
Secinājums
Ķīna ir nozīmīga retzemju resursu valsts. Retzemju nanomateriālu izstrāde un izmantošana ir jauns veids, kā efektīvi izmantot retzemju resursus. Lai paplašinātu retzemju nanomateriālu pielietojuma jomu un veicinātu jaunu funkcionālu materiālu izstrādi, materiālu teorijā ir jāizveido jauna teorētiskā sistēma, kas atbilstu pētniecības vajadzībām nanomērogā, lai retzemju nanomateriāliem būtu labāka veiktspēja un veicinātu to rašanos. jaunas īpašības un funkcijas.
Ievietošanas laiks: 2023. gada 29. maijs