Elementi redkih zemeljsami imajo bogato elektronsko strukturo in kažejo številne optične, električne in magnetne lastnosti. Po nanomaterializaciji redkih zemelj ima številne značilnosti, kot so učinek majhne velikosti, visok specifični površinski učinek, kvantni učinek, izjemno močne optične, električne, magnetne lastnosti, superprevodnost, visoka kemična aktivnost itd., kar lahko močno izboljša delovanje in delovanje materialov in razviti številne nove materiale. Imel bo pomembno vlogo na visokotehnoloških področjih, kot so optični materiali, materiali, ki oddajajo svetlobo, kristalni materiali, magnetni materiali, baterijski materiali, elektrokeramika, inženirska keramika, katalizatorji itd.?
1、 Trenutna razvojna področja raziskav in uporabe
1. Luminescentni material redkih zemelj: Nano fluorescentni prah redkih zemelj (prašek za barvne televizorje, prah za svetilke) z izboljšano svetlobno učinkovitostjo bo močno zmanjšal količino uporabljene redke zemlje. Predvsem z uporaboY2O3, Eu2O3, Tb4O7, CeO2, Gd2O3. Novi materiali kandidati za barvno televizijo visoke ločljivosti.?
2. Nano superprevodni materiali: superprevodniki YBCO, pripravljeni z uporabo Y2O3, zlasti tankoslojni materiali, imajo stabilno delovanje, visoko trdnost, enostavno obdelavo, blizu praktične stopnje in široke možnosti.?
3. Nano magnetni materiali redkih zemelj: uporabljajo se za magnetni pomnilnik, magnetno tekočino, velikanski magnetni upor itd., kar močno izboljša delovanje, naredi naprave visoko zmogljive in miniaturne. Na primer oksidne velikanske magnetorezistenčne tarče (REMnO3 itd.).?
4. Visokozmogljiva keramika iz redkih zemelj: elektrokeramika (elektronski senzorji, materiali PTC, mikrovalovni materiali, kondenzatorji, termistorji itd.), pripravljena z ultrafinim ali nanometrskim Y2O3, La2O3, Nd2O3, Sm2O3 itd., katerih električne lastnosti, toplota Lastnosti in stabilnost so se močno izboljšale, so pomemben vidik nadgradnje elektronskih materialov. Keramika, sintrana pri nižjih temperaturah, kot sta nano Y2O3 in ZrO2, ima močno trdnost in žilavost ter se uporablja v napravah, odpornih proti obrabi, kot so ležaji in rezalna orodja; Učinkovitost večplastnih kondenzatorjev in mikrovalovnih naprav iz nano Nd2O3, Sm2O3 itd. je bila močno izboljšana.?
5. Nanokatalizatorji redkih zemelj: V mnogih kemijskih reakcijah se uporabljajo katalizatorji redkih zemelj. Če uporabimo nanokatalizatorje redkih zemelj, se bosta njihova katalitična aktivnost in učinkovitost močno izboljšali. Trenutni CeO2 nano prah ima prednosti visoke aktivnosti, nizke cene in dolge življenjske dobe v avtomobilskem čistilniku izpušnih plinov in je nadomestil večino plemenitih kovin z letno porabo na tisoče ton.?
6. Ultravijolični absorber redkih zemelj:Nano CeO2puder ima močno absorpcijo ultravijoličnih žarkov in se uporablja v kozmetiki za zaščito pred soncem, vlaknih za zaščito pred soncem, avtomobilskem steklu itd.?
7. Natančno poliranje redkih zemelj: CeO2 ima dober polirni učinek na steklo in druge materiale. Nano CeO2 ima visoko natančnost poliranja in se uporablja v zaslonih s tekočimi kristali, silicijevimi rezinami, shrambami stekla itd. Skratka, uporaba nanomaterialov redkih zemelj se je šele začela in je osredotočena na področje visokotehnoloških novih materialov z visoko dodana vrednost, širok spekter uporabe, velik potencial in zelo obetavne komercialne možnosti.?
2、 Tehnologija priprave
Trenutno sta proizvodnja in uporaba nanomaterialov pritegnili pozornost iz različnih držav. Kitajska nanotehnologija še naprej napreduje in industrijska proizvodnja ali poskusna proizvodnja je bila uspešno izvedena v nanometrskih SiO2, TiO2, Al2O3, ZnO2, Fe2O3 in drugih praškastih materialih. Vendar pa so trenutni proizvodni proces in visoki proizvodni stroški njegova usodna slabost, ki bo vplivala na široko uporabo nanomaterialov. Zato so potrebne nenehne izboljšave.?
Zaradi posebne elektronske strukture in velikega atomskega polmera elementov redkih zemelj se njihove kemijske lastnosti zelo razlikujejo od drugih elementov. Zato se tudi metoda priprave in tehnologija naknadne obdelave nanooksidov redkih zemelj razlikujeta od drugih elementov. Glavne raziskovalne metode vključujejo:
1. Metoda obarjanja: vključno z obarjanjem z oksalno kislino, obarjanjem s karbonatom, obarjanjem s hidroksidom, homogenim obarjanjem, obarjanjem s kompleksiranjem itd. Največja značilnost te metode je, da raztopina hitro nukleira, jo je enostavno nadzorovati, oprema je preprosta in lahko proizvede izdelki visoke čistosti. Vendar ga je težko filtrirati in enostavno združiti?
2. Hidrotermalna metoda: Pospešite in okrepite reakcijo hidrolize ionov pri visoki temperaturi in tlaku ter oblikujte razpršena nanokristalna jedra. S to metodo je mogoče pridobiti nanometrske prahove z enakomerno disperzijo in ozko porazdelitvijo velikosti delcev, vendar zahteva visokotemperaturno in visokotlačno opremo, ki je draga in nevarna za uporabo.?
3. gelska metoda: Je pomembna metoda za pripravo anorganskih materialov in ima pomembno vlogo pri anorganski sintezi. Pri nizki temperaturi lahko organokovinske spojine ali organski kompleksi tvorijo sol s polimerizacijo ali hidrolizo in pod določenimi pogoji tvorijo gel. Nadaljnja toplotna obdelava lahko proizvede ultrafine riževe rezance z večjo specifično površino in boljšo disperzijo. Ta metoda se lahko izvaja v blagih pogojih, kar ima za posledico prah z večjo površino in boljšo disperzibilnostjo. Vendar pa je reakcijski čas dolg in traja več dni, da se dokonča, zaradi česar je težko izpolniti zahteve industrializacije?
4. Metoda trdne faze: visokotemperaturna razgradnja poteka s trdno spojino ali vmesno reakcijo suhega medija. Na primer, nitrat redkih zemelj in oksalna kislina se zmešata s krogličnim mletjem v trdni fazi, da nastane intermediat oksalata redkih zemelj, ki se nato razgradi pri visoki temperaturi, da dobimo ultra fin prah. Ta metoda ima visoko reakcijsko učinkovitost, preprosto opremo in enostavno upravljanje, vendar ima dobljeni prah nepravilno morfologijo in slabo enotnost.
Te metode niso edinstvene in morda niso v celoti uporabne za industrializacijo. Obstaja veliko metod priprave, kot so metoda organske mikroemulzije, alkoholiza itd.?
3、 Napredek v industrijskem razvoju
Industrijska proizvodnja pogosto ne sprejme ene same metode, ampak raje črpa iz prednosti in dopolnjuje slabosti ter združuje več metod za doseganje visoke kakovosti izdelka, nizkih stroškov ter varnega in učinkovitega postopka, ki je potreben za komercializacijo. Podjetje Guangdong Huizhou Ruier Chemical Technology Co., Ltd. je pred kratkim industrijsko napredovalo pri razvoju nanomaterialov redkih zemelj. Po številnih metodah raziskovanja in neštetih testiranjih je bila najdena metoda, ki je primernejša za industrijsko proizvodnjo - mikrovalovna gelska metoda. Največja prednost te tehnologije je, da: prvotna 10-dnevna reakcija gela se skrajša na 1 dan, tako da se učinkovitost proizvodnje poveča za 10-krat, stroški se močno zmanjšajo, kakovost izdelka je dobra, površina je velika , odziv uporabnika na preizkus je dober, cena je 30 % nižja od cene ameriških in japonskih izdelkov, kar je mednarodno zelo konkurenčno, Doseči mednarodno napredno raven.?
V zadnjem času so bili izvedeni industrijski poskusi z uporabo metode obarjanja, predvsem z uporabo amonijeve vode in amonijevega karbonata za obarjanje ter z uporabo organskih topil za dehidracijo in površinsko obdelavo. Ta metoda ima preprost postopek in nizke stroške, vendar je kakovost izdelka slaba in še vedno obstajajo nekatera strnjena naselja, ki jih je treba še izboljšati in izboljšati.?
Kitajska je velika država z viri redkih zemelj. Razvoj in uporaba nanomaterialov redkih zemelj sta odprla nove poti za učinkovito uporabo virov redkih zemelj, razširila obseg uporabe redkih zemelj, spodbudila razvoj novih funkcionalnih materialov, povečala izvoz izdelkov z visoko dodano vrednostjo in izboljšala tuje zmožnosti zaslužka na menjavi. To ima pomemben praktični pomen pri spreminjanju prednosti virov v gospodarske prednosti.
Čas objave: 27. junija 2023