Nanomateriály vzácnych zemín Prvky vzácnych zemín majú jedinečnú elektronickú štruktúru podvrstvy 4f, veľký atómový magnetický moment, silnú spinovú orbitálnu väzbu a ďalšie charakteristiky, čo vedie k veľmi bohatým optickým, elektrickým, magnetickým a iným vlastnostiam. Sú to nevyhnutné strategické materiály pre krajiny na celom svete na transformáciu tradičných priemyselných odvetví a rozvoj špičkových technológií a sú známe ako „dom pokladov nových materiálov“.
Okrem svojich aplikácií v tradičných oblastiach, ako sú hutnícke stroje, petrochémia, sklokeramika a ľahký textil,vzácnych zemínsú tiež kľúčovými podpornými materiálmi v nových oblastiach, ako je čistá energia, veľké vozidlá, nové energetické vozidlá, polovodičové osvetlenie a nové displeje, ktoré úzko súvisia s ľudským životom.
Po desaťročiach vývoja sa ťažisko výskumu súvisiaceho so vzácnymi zeminami zodpovedajúcim spôsobom presunulo z tavenia a separácie jednotlivých vysoko čistých vzácnych zemín na high-tech aplikácie vzácnych zemín v magnetizme, optike, elektrine, skladovaní energie, katalýze, biomedicíne, a ďalšie oblasti. Na jednej strane je v materiálovom systéme väčší trend smerom ku kompozitným materiálom vzácnych zemín; Na druhej strane je viac zameraný na nízkorozmerné funkčné kryštálové materiály z hľadiska morfológie. Najmä s rozvojom modernej nanovedy, ktorá kombinuje efekty malej veľkosti, kvantové efekty, povrchové efekty a efekty rozhrania nanomateriálov s jedinečnými charakteristikami štruktúry elektronickej vrstvy prvkov vzácnych zemín, nanomateriály vzácnych zemín vykazujú mnoho nových vlastností odlišných od tradičných materiálov, čo maximalizuje vynikajúci výkon materiálov vzácnych zemín a ďalej rozširuje svoje uplatnenie v oblasti tradičných materiálov a novej high-tech výroby.
V súčasnosti existujú najmä tieto vysoko perspektívne nanomateriály vzácnych zemín, a to nanoluminiscenčné materiály vzácnych zemín, nanokatalytické materiály vzácnych zemín, nanomagnetické materiály vzácnych zemín,nanooxid cérumateriály na ochranu proti ultrafialovému žiareniu a iné nano funkčné materiály.
č.1Nanoluminiscenčné materiály vzácnych zemín
01. Organicko-anorganické hybridné luminiscenčné nanomateriály vzácnych zemín
Kompozitné materiály kombinujú rôzne funkčné jednotky na molekulárnej úrovni, aby sa dosiahli komplementárne a optimalizované funkcie. Organický anorganický hybridný materiál má funkcie organických a anorganických zložiek, vykazuje dobrú mechanickú stabilitu, pružnosť, tepelnú stabilitu a výbornú spracovateľnosť.
Vzácna zeminakomplexy majú mnoho výhod, ako je vysoká čistota farieb, dlhá životnosť excitovaného stavu, vysoký kvantový výťažok a bohaté čiary emisného spektra. Sú široko používané v mnohých oblastiach, ako je zobrazovanie, zosilnenie optických vlnovodov, polovodičové lasery, biomarkery a boj proti falšovaniu. Nízka fototermická stabilita a zlá spracovateľnosť komplexov vzácnych zemín však vážne bránia ich aplikácii a propagácii. Kombinácia komplexov vzácnych zemín s anorganickými matricami s dobrými mechanickými vlastnosťami a stabilitou je účinný spôsob, ako zlepšiť luminiscenčné vlastnosti komplexov vzácnych zemín.
Od vývoja organických anorganických hybridných materiálov vzácnych zemín, ich vývojové trendy vykazujú tieto vlastnosti:
① Hybridný materiál získaný metódou chemického dopovania má stabilné aktívne zložky, vysoké množstvo dopingu a rovnomernú distribúciu zložiek;
② Transformácia z jednoduchých funkčných materiálov na multifunkčné materiály, vývoj multifunkčných materiálov, aby sa ich aplikácie rozšírili;
③ Matrica je rôznorodá, od primárneho oxidu kremičitého až po rôzne substráty, ako je oxid titaničitý, organické polyméry, íly a iónové kvapaliny.
02. Biely LED luminiscenčný materiál zo vzácnych zemín
V porovnaní s existujúcimi technológiami osvetlenia majú polovodičové osvetľovacie produkty, ako sú diódy vyžarujúce svetlo (LED), výhody, ako je dlhá životnosť, nízka spotreba energie, vysoká svetelná účinnosť, bez ortuti, bez UV žiarenia a stabilná prevádzka. Sú považované za „svetelný zdroj štvrtej generácie“ po žiarovkách, žiarivkách a vysokopevnostných plynových výbojkách (HID).
Biela LED sa skladá z čipov, substrátov, luminoforov a ovládačov. Fluorescenčný prášok vzácnych zemín hrá kľúčovú úlohu pri výkone bielej LED. V posledných rokoch sa vykonalo veľké množstvo výskumných prác na bielych LED fosforoch a dosiahol sa vynikajúci pokrok:
① Vývoj nového typu fosforu excitovaného modrou LED (460 m) vykonal dopingový a modifikačný výskum na YAO2Ce (YAG: Ce) používanom v modrých LED čipoch na zlepšenie svetelnej účinnosti a podania farieb;
② Vývoj nových fluorescenčných práškov excitovaných ultrafialovým svetlom (400 m) alebo ultrafialovým svetlom (360 mm) systematicky študoval zloženie, štruktúru a spektrálne charakteristiky červených a zelených modrých fluorescenčných práškov, ako aj rôzne pomery troch fluorescenčných práškov na získanie bielej LED s rôznymi teplotami farieb;
③ Vykonala sa ďalšia práca na základných vedeckých otázkach v procese prípravy fluorescenčného prášku, ako je vplyv procesu prípravy na tok, aby sa zabezpečila kvalita a stabilita fluorescenčného prášku.
Okrem toho, biele svetlo LED využíva hlavne zmiešaný proces balenia fluorescenčného prášku a silikónu. Kvôli zlej tepelnej vodivosti fluorescenčného prášku sa zariadenie bude zahrievať v dôsledku predĺženého pracovného času, čo vedie k starnutiu silikónu a skráteniu životnosti zariadenia. Tento problém je obzvlášť závažný pri vysokovýkonných LED diódach s bielym svetlom. Vzdialené balenie je jedným zo spôsobov, ako vyriešiť tento problém pripojením fluorescenčného prášku k substrátu a jeho oddelením od zdroja modrého LED svetla, čím sa zníži vplyv tepla generovaného čipom na luminiscenčný výkon fluorescenčného prášku. Ak má fluorescenčná keramika vzácnych zemín vlastnosti vysokej tepelnej vodivosti, vysokej odolnosti proti korózii, vysokej stability a vynikajúceho optického výstupného výkonu, môže lepšie spĺňať aplikačné požiadavky vysokovýkonnej bielej LED s vysokou hustotou energie. Mikro nanoprášky s vysokou spekaciou aktivitou a vysokou disperziou sa stali dôležitým predpokladom na prípravu vysoko priehľadnej optickej funkčnej keramiky vzácnych zemín s vysokým optickým výstupným výkonom.
03. Luminiscenčné nanomateriály s konverziou vzácnych zemín
Upkonverzná luminiscencia je špeciálny typ luminiscenčného procesu charakterizovaný absorpciou viacerých nízkoenergetických fotónov luminiscenčnými materiálmi a generovaním vysokoenergetickej emisie fotónov. V porovnaní s tradičnými molekulami organického farbiva alebo kvantovými bodkami majú luminiscenčné nanomateriály s konverziou vzácnych zemín mnoho výhod, ako je veľký posun proti Stokesovi, úzke emisné pásmo, dobrá stabilita, nízka toxicita, vysoká hĺbka prieniku do tkaniva a nízka spontánna fluorescenčná interferencia. Majú široké uplatnenie v biomedicínskej oblasti.
V posledných rokoch dosiahli luminiscenčné nanomateriály s konverziou vzácnych zemín významný pokrok v syntéze, modifikácii povrchu, funkcionalizácii povrchu a biomedicínskych aplikáciách. Ľudia zlepšujú luminiscenčný výkon materiálov optimalizáciou ich zloženia, fázového stavu, veľkosti atď. v nanometrovej mierke a kombinovaním štruktúry jadro/obal, aby sa znížilo centrum zhášania luminiscencie, aby sa zvýšila pravdepodobnosť prechodu. Chemickou modifikáciou zaviesť technológie s dobrou biokompatibilitou na zníženie toxicity a vyvinúť zobrazovacie metódy pre konverziu luminiscenčných živých buniek smerom hore a in vivo; Vyvinúť účinné a bezpečné metódy biologickej väzby založené na potrebách rôznych aplikácií (imunitné detekčné bunky, fluorescenčné zobrazovanie in vivo, fotodynamická terapia, fototermálna terapia, lieky s riadeným uvoľňovaním svetla atď.).
Táto štúdia má obrovský aplikačný potenciál a ekonomické výhody a má dôležitý vedecký význam pre rozvoj nanomedicíny, podporu ľudského zdravia a spoločenský pokrok.
č.2 Nanomagnetické materiály vzácnych zemín
Materiály s permanentnými magnetmi vzácnych zemín prešli tromi vývojovými štádiami: SmCo5, Sm2Co7 a Nd2Fe14B. Ako rýchlo kalený magnetický prášok NdFeB pre lepené materiály s permanentnými magnetmi sa veľkosť zrna pohybuje od 20 nm do 50 nm, čo z neho robí typický nanokryštalický materiál s permanentnými magnetmi vzácnych zemín.
Nanomagnetické materiály vzácnych zemín sa vyznačujú malou veľkosťou, štruktúrou jednej domény a vysokou koercitivitou. Použitie magnetických záznamových materiálov môže zlepšiť pomer signálu k šumu a kvalitu obrazu. Vďaka malým rozmerom a vysokej spoľahlivosti je jeho použitie v mikromotorových systémoch dôležitým smerom pre vývoj novej generácie leteckých, kozmických a námorných motorov. Pre magnetickú pamäť, magnetickú tekutinu, materiály Giant Magneto Resistance je možné výrazne zlepšiť výkon, vďaka čomu sa zariadenia stanú vysokovýkonnými a miniaturizovanými.
č.3Nano zeminy vzácnych zemínkatalytické materiály
Katalytické materiály vzácnych zemín zahŕňajú takmer všetky katalytické reakcie. Kvôli povrchovým efektom, objemovým efektom a efektom kvantovej veľkosti priťahuje nanotechnológia vzácnych zemín čoraz väčšiu pozornosť. Pri mnohých chemických reakciách sa používajú katalyzátory vzácnych zemín. Ak sa použijú nanokatalyzátory vzácnych zemín, katalytická aktivita a účinnosť sa výrazne zlepší.
Nanokatalyzátory vzácnych zemín sa vo všeobecnosti používajú pri katalytickom krakovaní ropy a čistení výfukových plynov automobilov. Najčastejšie používané nanokatalytické materiály vzácnych zemín súCeO2aLa2O3ktoré môžu byť použité ako katalyzátory a promótory, ako aj nosiče katalyzátorov.
č.4Nano oxid cérumateriál na ochranu proti ultrafialovému žiareniu
Nanooxid céru je známy ako tretia generácia ultrafialového izolačného činidla s dobrým izolačným účinkom a vysokou priepustnosťou. V kozmetike sa nano ceria s nízkou katalytickou aktivitou musí používať ako UV izolačný prostriedok. Preto je pozornosť trhu a uznanie materiálov na ochranu proti ultrafialovému žiareniu nanooxidu céru vysoké. Neustále zlepšovanie integrácie integrovaných obvodov si vyžaduje nové materiály pre procesy výroby čipov integrovaných obvodov. Nové materiály majú vyššie požiadavky na leštiace kvapaliny a polovodičové leštiace kvapaliny vzácnych zemín musia spĺňať túto požiadavku, s vyššou rýchlosťou leštenia a menším objemom leštenia. Nano leštiace materiály vzácnych zemín majú široký trh.
Výrazný nárast vlastníctva automobilov spôsobil vážne znečistenie ovzdušia a inštalácia katalyzátorov na čistenie výfukových plynov je najefektívnejším spôsobom kontroly znečistenia výfukovými plynmi. Kompozitné oxidy céru a zirkónia hrajú dôležitú úlohu pri zlepšovaní kvality čistenia koncových plynov.
č.5 Iné nano funkčné materiály
01. Nano keramické materiály vzácnych zemín
Nano keramický prášok môže výrazne znížiť teplotu spekania, ktorá je o 200 ℃ ~ 300 ℃ nižšia ako teplota nano keramického prášku s rovnakým zložením. Pridanie nano CeO2 do keramiky môže znížiť teplotu spekania, inhibovať rast mriežky a zlepšiť hustotu keramiky. Pridanie prvkov vzácnych zemín ako naprY2O3, CeO2, or La2O3 to ZrO2môže zabrániť vysokoteplotnej fázovej transformácii a krehnutiu Zr02 a získať keramické konštrukčné materiály spevnené fázovou transformáciou Zr02.
Elektronická keramika (elektronické senzory, PTC materiály, mikrovlnné materiály, kondenzátory, termistory atď.) pripravená s použitím ultrajemných alebo nanometrových CeO2, Y2O3,Nd203, Sm2O3majú zlepšené elektrické, tepelné vlastnosti a vlastnosti stability.
Pridaním fotokatalytických kompozitných materiálov aktivovaných vzácnymi zeminami do receptúry glazúry môžete pripraviť antibakteriálnu keramiku vzácnych zemín.
02. Tenkovrstvové nano materiály zo vzácnych zemín
S rozvojom vedy a technológie sú požiadavky na výkon produktov čoraz prísnejšie a vyžadujú si ultrajemné, ultratenké, ultravysokohustotné a ultraplné produkty. V súčasnosti sú vyvinuté tri hlavné kategórie nano filmov vzácnych zemín: nano filmy s komplexom vzácnych zemín, nano filmy s oxidmi vzácnych zemín a filmy z nano zliatiny vzácnych zemín. Nano filmy zo vzácnych zemín tiež zohrávajú dôležitú úlohu v informačnom priemysle, katalýze, energetike, doprave a medicíne života.
Záver
Čína je významnou krajinou v oblasti zdrojov vzácnych zemín. Vývoj a aplikácia nanomateriálov vzácnych zemín je nový spôsob, ako efektívne využívať zdroje vzácnych zemín. S cieľom rozšíriť rozsah použitia vzácnych zemín a podporiť vývoj nových funkčných materiálov by sa mal v teórii materiálov zaviesť nový teoretický systém, ktorý by uspokojil potreby výskumu v nanomateriáloch, aby nanomateriály vzácnych zemín mali lepší výkon a aby sa objavili. nových vlastností a funkcií.
Čas odoslania: 29. mája 2023