Sjeldne jordarters nanomaterialer
Sjeldne jordarters nanomaterialer Sjeldne jordartselementer har en unik 4f underlags elektronisk struktur, stort atomisk magnetisk moment, sterk spinnbanekobling og andre egenskaper, noe som resulterer i svært rike optiske, elektriske, magnetiske og andre egenskaper. De er uunnværlige strategiske materialer for land rundt om i verden for å transformere tradisjonelle industrier og utvikle høyteknologi, og er kjent som "skattehuset for nye materialer".
I tillegg til bruksområdene innen tradisjonelle felt som metallurgisk maskineri, petrokjemikalier, glasskeramikk og lette tekstiler,sjeldne jordarterer også viktige støttematerialer i nye felt som ren energi, store kjøretøyer, nye energikjøretøyer, halvlederbelysning og nye skjermer, nært knyttet til menneskeliv.
Etter flere tiår med utvikling har fokuset for sjeldne jordarter relatert forskning tilsvarende skiftet fra smelting og separering av enkelt sjeldne jordarter med høy renhet til høyteknologiske anvendelser av sjeldne jordarter innen magnetisme, optikk, elektrisitet, energilagring, katalyse, biomedisin, og andre felt. På den ene siden er det en større trend mot komposittmaterialer av sjeldne jordarter i materialsystemet; På den annen side er det mer fokusert på lavdimensjonale funksjonelle krystallmaterialer når det gjelder morfologi. Spesielt med utviklingen av moderne nanovitenskap, som kombinerer små størrelseseffekter, kvanteeffekter, overflateeffekter og grensesnitteffekter av nanomaterialer med de unike elektroniske lagstrukturegenskapene til sjeldne jordartselementer, viser sjeldne jordarts nanomaterialer mange nye egenskaper som er forskjellige fra tradisjonelle materialer, og maksimerer den utmerkede ytelsen til sjeldne jordartsmaterialer, Og ytterligere utvide bruken innen tradisjonelle materialer og ny høyteknologisk produksjon.
For tiden er det hovedsakelig følgende svært lovende sjeldne jordarters nanomaterialer, nemlig sjeldne jordarters nanoluminescerende materialer, sjeldne jordarters nanokatalytiske materialer, sjeldne jordarters nanomagnetiske materialer,nano ceriumoksidultrafiolette skjermingsmaterialer og andre nanofunksjonelle materialer.
nr.1Selvlysende nanomaterialer av sjeldne jordarter
01. Sjeldne organisk-uorganiske hybride selvlysende nanomaterialer
Komposittmaterialer kombinerer ulike funksjonelle enheter på molekylært nivå for å oppnå komplementære og optimaliserte funksjoner. Organisk uorganisk hybridmateriale har funksjonene til organiske og uorganiske komponenter, og viser god mekanisk stabilitet, fleksibilitet, termisk stabilitet og utmerket bearbeidbarhet.
Sjelden jordkomplekser har mange fordeler, som høy fargerenhet, lang levetid i eksitert tilstand, høyt kvanteutbytte og rike emisjonsspektrumlinjer. De er mye brukt på mange felt, for eksempel skjerm, optisk bølgelederforsterkning, solid-state lasere, biomarkører og anti-forfalskning. Imidlertid hindrer den lave fototermiske stabiliteten og dårlige bearbeidbarheten til komplekser av sjeldne jordarter alvorlig deres anvendelse og fremme. Å kombinere sjeldne jordartskomplekser med uorganiske matriser med gode mekaniske egenskaper og stabilitet er en effektiv måte å forbedre de luminescerende egenskapene til sjeldne jordartskomplekser.
Siden utviklingen av organisk uorganisk hybridmateriale av sjeldne jordarter viser utviklingstrendene følgende egenskaper:
① Hybridmaterialet oppnådd ved kjemisk dopingmetode har stabile aktive komponenter, høy dopingmengde og jevn fordeling av komponenter;
② Transformering fra enkeltfunksjonelle materialer til multifunksjonelle materialer, utvikling av multifunksjonelle materialer for å gjøre bruksområdene deres mer omfattende;
③ Matrisen er mangfoldig, fra primært silika til forskjellige substrater som titandioksid, organiske polymerer, leire og ioniske væsker.
02. Hvit LED sjeldne jordarters selvlysende materiale
Sammenlignet med eksisterende belysningsteknologier har halvlederbelysningsprodukter som lysdioder (LED) fordeler som lang levetid, lavt energiforbruk, høy lyseffektivitet, kvikksølvfri, UV-fri og stabil drift. De regnes som den "fjerde generasjons lyskilden" etter glødelamper, fluorescerende lamper og høystyrke gassutladningslamper (HID).
Hvit LED er sammensatt av brikker, underlag, fosfor og drivere. Sjeldne jordarters fluorescerende pulver spiller en avgjørende rolle i ytelsen til hvit LED. De siste årene har det blitt utført en stor mengde forskningsarbeid på hvite LED-fosfor, og det er gjort gode fremskritt:
① Utviklingen av en ny type fosfor begeistret av blå LED (460m) har utført doping- og modifikasjonsforskning på YAO2Ce (YAG: Ce) brukt i blå LED-brikker for å forbedre lyseffektiviteten og fargegjengivelsen;
② Utviklingen av nye fluorescerende pulver begeistret av ultrafiolett lys (400m) eller ultrafiolett lys (360mm) har systematisk studert sammensetningen, strukturen og spektralegenskapene til røde og grønne blå fluorescerende pulvere, så vel som de forskjellige forholdene mellom de tre fluorescerende pulverene for å få hvit LED med forskjellige fargetemperaturer;
③ Ytterligere arbeid har blitt utført på de grunnleggende vitenskapelige spørsmålene i fremstillingsprosessen av fluorescerende pulver, for eksempel påvirkningen av forberedelsesprosessen på fluksen, for å sikre kvaliteten og stabiliteten til det fluorescerende pulveret.
I tillegg vedtar hvitt lys LED hovedsakelig en blandet emballasjeprosess av fluorescerende pulver og silikon. På grunn av den dårlige varmeledningsevnen til fluorescerende pulver, vil enheten varme opp på grunn av forlenget arbeidstid, noe som fører til aldring av silikon og forkorter enhetens levetid. Dette problemet er spesielt alvorlig i lysdioder med hvitt lys med høy effekt. Ekstern emballasje er en måte å løse dette problemet på ved å feste fluorescerende pulver til underlaget og skille det fra den blå LED-lyskilden, og dermed redusere påvirkningen av varme generert av brikken på den selvlysende ytelsen til det fluorescerende pulveret. Hvis sjeldne jordarters fluorescerende keramikk har egenskapene høy termisk ledningsevne, høy korrosjonsmotstand, høy stabilitet og utmerket optisk utgangsytelse, kan de bedre møte applikasjonskravene til høyeffekts hvit LED med høy energitetthet. Mikronanopulver med høy sintringsaktivitet og høy spredning har blitt en viktig forutsetning for fremstilling av høytransparens optisk funksjonell keramikk av sjeldne jordarter med høy optisk utgangsytelse.
03.Rare earth upconversion luminescerende nanomaterialer
Oppkonverteringsluminescens er en spesiell type luminescensprosess preget av absorpsjon av flere lavenergifotoner av luminescerende materialer og generering av høyenergifotonutslipp. Sammenlignet med tradisjonelle organiske fargestoffmolekyler eller kvanteprikker, har sjeldne jordartsoppkonverteringsluminescerende nanomaterialer mange fordeler som stort anti Stokes-skift, smalt emisjonsbånd, god stabilitet, lav toksisitet, høy vevpenetrasjonsdybde og lav spontan fluorescensinterferens. De har brede anvendelsesmuligheter innen det biomedisinske feltet.
I de siste årene har selvlysende nanomaterialer med oppkonvertering av sjeldne jordarter gjort betydelige fremskritt innen syntese, overflatemodifisering, overflatefunksjonalisering og biomedisinske anvendelser. Mennesker forbedrer luminescensytelsen til materialer ved å optimalisere sammensetningen, fasetilstanden, størrelsen osv. på nanoskala, og kombinere kjerne/skallstrukturen for å redusere luminescensslukkesenteret, for å øke overgangssannsynligheten. Ved kjemisk modifikasjon, etablere teknologier med god biokompatibilitet for å redusere toksisitet, og utvikle avbildningsmetoder for oppkonvertering av selvlysende levende celler og in vivo; Utvikle effektive og trygge biologiske koblingsmetoder basert på behovene til forskjellige applikasjoner (immundeteksjonsceller, in vivo fluorescensavbildning, fotodynamisk terapi, fototermisk terapi, fotokontrollerte medisiner, etc.).
Denne studien har et enormt brukspotensial og økonomiske fordeler, og har viktig vitenskapelig betydning for utviklingen av nanomedisin, fremme av menneskers helse og sosial fremgang.
No.2 Sjeldne jordarters nanomagnetiske materialer
Sjeldne jordarters permanentmagnetmaterialer har gått gjennom tre utviklingsstadier: SmCo5, Sm2Co7 og Nd2Fe14B. Som et raskt slukket NdFeB-magnetisk pulver for bundne permanentmagnetmaterialer, varierer kornstørrelsen fra 20nm til 50nm, noe som gjør det til et typisk nanokrystallinsk sjeldne jordart permanentmagnetmateriale.
Sjeldne jordarters nanomagnetiske materialer har egenskapene til liten størrelse, enkeltdomenestruktur og høy tvangsevne. Bruk av magnetiske opptaksmaterialer kan forbedre signal-til-støy-forhold og bildekvalitet. På grunn av sin lille størrelse og høye pålitelighet, er bruken i mikromotorsystemer en viktig retning for utviklingen av den nye generasjonen av luftfarts-, romfarts- og marinemotorer. For magnetisk minne, magnetisk væske, Giant Magneto Resistance-materialer, kan ytelsen forbedres betraktelig, noe som gjør enhetene med høy ytelse og miniatyriserte.
Nr.3Sjelden jord nanokatalytiske materialer
Katalytiske materialer med sjeldne jordarter involverer nesten alle katalytiske reaksjoner. På grunn av overflateeffekter, volumeffekter og kvantestørrelseseffekter har nanoteknologi av sjeldne jordarter i økende grad tiltrukket seg oppmerksomhet. I mange kjemiske reaksjoner brukes sjeldne jordartskatalysatorer. Hvis nanokatalysatorer av sjeldne jordarter brukes, vil den katalytiske aktiviteten og effektiviteten bli betydelig forbedret.
Sjeldne jordarters nanokatalysatorer brukes vanligvis i petroleumskatalytisk cracking og rensebehandling av bileksos. De mest brukte nanokatalytiske materialene for sjeldne jordarter erCeO2ogLa2O3, som kan brukes som katalysatorer og promotorer, så vel som katalysatorbærere.
Nr.4Nano ceriumoksidultrafiolett skjermingsmateriale
Nanoceriumoksid er kjent som tredje generasjons ultrafiolett isolasjonsmiddel, med god isolasjonseffekt og høy transmittans. I kosmetikk må nanocerium med lav katalytisk aktivitet brukes som et UV-isolerende middel. Derfor er markedsoppmerksomheten og anerkjennelsen av nanoceriumoksid ultrafiolette skjermingsmaterialer høy. Den kontinuerlige forbedringen av integrert kretsintegrasjon krever nye materialer for produksjonsprosesser for integrerte kretsbrikker. Nye materialer har høyere krav til poleringsvæsker, og halvledere sjeldne jordarters poleringsvæsker må oppfylle dette kravet, med raskere poleringshastighet og mindre poleringsvolum. Nano-poleringsmaterialer for sjeldne jordarter har et bredt marked.
Den betydelige økningen i bileierskap har forårsaket alvorlig luftforurensning, og installasjon av bileksosrensekatalysatorer er den mest effektive måten å kontrollere eksosforurensning på. Nano cerium zirkonium komposittoksider spiller en viktig rolle i å forbedre kvaliteten på avgassrensing.
No.5 Andre nanofunksjonelle materialer
01. Sjeldne nanokeramiske materialer
Nanokeramisk pulver kan redusere sintringstemperaturen betydelig, som er 200 ℃ ~ 300 ℃ lavere enn for ikke-nanokeramisk pulver med samme sammensetning. Tilsetning av nano CeO2 til keramikk kan redusere sintringstemperaturen, hemme gittervekst og forbedre tettheten til keramikk. Legge til sjeldne jordartselementer som f.eksY2O3, CeO2, or La2O3 to ZrO2kan forhindre høytemperaturfasetransformasjon og sprøhet av ZrO2, og oppnå ZrO2-fasetransformasjonsherdede keramiske strukturmaterialer.
Elektronisk keramikk (elektroniske sensorer, PTC-materialer, mikrobølgematerialer, kondensatorer, termistorer, etc.) fremstilt ved bruk av ultrafin eller nanoskala CeO2, Y2O3,Nd2O3, Sm2O3, etc. har forbedrede elektriske, termiske og stabilitetsegenskaper.
Å legge til sjeldne jordarters aktiverte fotokatalytiske komposittmaterialer til glasurformelen kan forberede antibakteriell keramikk av sjeldne jordarter.
02.Rare earth nano tynnfilmmaterialer
Med utviklingen av vitenskap og teknologi blir ytelseskravene til produktene stadig strengere, og krever ultrafine, ultratynne, ultrahøy tetthet og ultrafylling av produkter. For tiden er det utviklet tre hovedkategorier av nanofilmer av sjeldne jordarter: komplekse nanofilmer av sjeldne jordarter, nanofilmer med sjeldne jordarters oksid og nanolegeringsfilmer av sjeldne jordarter. Sjeldne jordnanofilmer spiller også viktige roller i informasjonsindustrien, katalyse, energi, transport og livsmedisin.
Konklusjon
Kina er et stort land innen sjeldne jordartsressurser. Utvikling og anvendelse av sjeldne jordarters nanomaterialer er en ny måte å effektivt utnytte sjeldne jordartsressurser. For å utvide anvendelsesomfanget av sjeldne jordarter og fremme utviklingen av nye funksjonelle materialer, bør det etableres et nytt teoretisk system i materialteori for å møte forskningsbehovene på nanoskala, få sjeldne jordarters nanomaterialer til å ha bedre ytelse og få fremveksten av nye egenskaper og funksjoner mulig.
Innleggstid: 29. mai 2023