Sällsynta jordartsmetaller nanomaterial
Sällsynta jordartsmetaller nanomaterial Sällsynta jordartsmetaller har en unik elektronisk struktur med 4f underskikt, stort atomärt magnetiskt moment, stark spinnomloppskoppling och andra egenskaper, vilket resulterar i mycket rika optiska, elektriska, magnetiska och andra egenskaper. De är oumbärliga strategiska material för länder runt om i världen för att omvandla traditionella industrier och utveckla högteknologi, och är kända som "skatthuset för nya material".
Förutom dess tillämpningar inom traditionella områden som metallurgiska maskiner, petrokemikalier, glaskeramik och lätta textilier,sällsynta jordartsmetallerär också viktiga stödmaterial inom framväxande områden som ren energi, stora fordon, nya energifordon, halvledarbelysning och nya displayer, nära relaterade till mänskligt liv.
Efter decennier av utveckling har fokus för sällsynta jordartsmetaller relaterad forskning på motsvarande sätt flyttats från smältning och separation av enstaka sällsynta jordartsmetaller med hög renhet till högteknologiska tillämpningar av sällsynta jordartsmetaller inom magnetism, optik, elektricitet, energilagring, katalys, biomedicin, och andra områden. Å ena sidan finns det en större trend mot kompositmaterial av sällsynta jordartsmetaller i materialsystemet; Å andra sidan är det mer fokuserat på lågdimensionella funktionella kristallmaterial när det gäller morfologi. Speciellt med utvecklingen av modern nanovetenskap, som kombinerar de små effekterna, kvanteffekterna, yteffekterna och gränssnittseffekterna av nanomaterial med de unika elektroniska lagerstrukturegenskaperna hos sällsynta jordartsmetaller, uppvisar nanomaterial av sällsynta jordartsmetaller många nya egenskaper som skiljer sig från traditionella material, vilket maximerar den utmärkta prestanda av sällsynta jordartsmetaller material, Och ytterligare utöka dess tillämpning inom områdena traditionella material och ny högteknologisk tillverkning.
För närvarande finns det huvudsakligen följande mycket lovande sällsynta jordartsmetaller nanomaterial, nämligen sällsynta jordartsmetaller nanoluminiscerande material, sällsynta jordartsmetaller nanokatalytiska material, sällsynta jordartsmetaller nanomagnetiska material,nanoceriumoxidultravioletta skärmningsmaterial och andra nanofunktionella material.
Nr.1Självlysande nanomaterial av sällsynt jord
01. Sällsynta jordartsmetaller organisk-oorganiska hybrid självlysande nanomaterial
Kompositmaterial kombinerar olika funktionella enheter på molekylär nivå för att uppnå komplementära och optimerade funktioner. Organiska oorganiska hybridmaterial har funktionerna organiska och oorganiska komponenter, uppvisar god mekanisk stabilitet, flexibilitet, termisk stabilitet och utmärkt bearbetbarhet.
Sällsynt jordkomplex har många fördelar, såsom hög färgrenhet, lång livslängd i exciterat tillstånd, högt kvantutbyte och rika emissionsspektrumlinjer. De används i stor utsträckning inom många områden, såsom display, optisk vågledarförstärkning, solid state-lasrar, biomarkörer och anti-förfalskning. Emellertid hindrar den låga fototermiska stabiliteten och den dåliga bearbetbarheten hos komplex av sällsynta jordartsmetaller allvarligt deras tillämpning och främjande. Att kombinera sällsynta jordartsmetallkomplex med oorganiska matriser med goda mekaniska egenskaper och stabilitet är ett effektivt sätt att förbättra de luminiscerande egenskaperna hos sällsynta jordartsmetallkomplex.
Sedan utvecklingen av organiskt oorganiskt hybridmaterial av sällsynta jordartsmetaller visar deras utvecklingstrender följande egenskaper:
① Hybridmaterialet som erhålls genom kemisk dopningsmetod har stabila aktiva komponenter, hög dopningsmängd och jämn fördelning av komponenter;
② Förvandling från enstaka funktionella material till multifunktionella material, utveckla multifunktionella material för att göra deras applikationer mer omfattande;
③ Matrisen är mångsidig, från i första hand kiseldioxid till olika substrat såsom titandioxid, organiska polymerer, leror och joniska vätskor.
02. Vit LED sällsynt jordartsmetall självlysande material
Jämfört med befintlig belysningsteknik har halvledarbelysningsprodukter som lysdioder (LED) fördelar som lång livslängd, låg energiförbrukning, hög ljuseffektivitet, kvicksilverfri, UV-fri och stabil drift. De anses vara den "fjärde generationens ljuskälla" efter glödlampor, fluorescerande lampor och höghållfasta gasurladdningslampor (HID).
Vit LED består av chips, substrat, fosforer och drivrutiner. Fluorescerande pulver av sällsynta jordartsmetaller spelar en avgörande roll för prestanda för vit LED. Under de senaste åren har en stor mängd forskningsarbete utförts på vita LED-fosforer och utmärkta framsteg har gjorts:
① Utvecklingen av en ny typ av fosfor exciterad av blå LED (460m) har genomfört dopnings- och modifieringsforskning på YAO2Ce (YAG: Ce) som används i blå LED-chips för att förbättra ljuseffektiviteten och färgåtergivningen;
② Utvecklingen av nya fluorescerande pulver exciterade av ultraviolett ljus (400 m) eller ultraviolett ljus (360 mm) har systematiskt studerat sammansättningen, strukturen och spektrala egenskaperna hos röda och gröna blå fluorescerande pulver, såväl som de olika förhållandena mellan de tre fluorescerande pulvren för att få vit LED med olika färgtemperaturer;
③ Ytterligare arbete har utförts på de grundläggande vetenskapliga frågorna i beredningsprocessen av fluorescerande pulver, såsom påverkan av beredningsprocessen på flödet, för att säkerställa kvaliteten och stabiliteten hos det fluorescerande pulvret.
Dessutom antar vitt ljus LED huvudsakligen en blandad förpackningsprocess av fluorescerande pulver och silikon. På grund av den dåliga värmeledningsförmågan hos fluorescerande pulver kommer enheten att värmas upp på grund av förlängd arbetstid, vilket leder till att silikon åldras och förkortar enhetens livslängd. Detta problem är särskilt allvarligt i högeffekts LED-ljus med vitt ljus. Fjärrförpackning är ett sätt att lösa detta problem genom att fästa fluorescerande pulver på substratet och separera det från den blå LED-ljuskällan, och därigenom minska effekten av värme som genereras av chipet på det fluorescerande pulvrets luminiscerande prestanda. Om fluorescerande keramik med sällsynta jordartsmetaller har egenskaperna hög värmeledningsförmåga, hög korrosionsbeständighet, hög stabilitet och utmärkt optisk uteffekt, kan de bättre uppfylla applikationskraven för vit LED med hög effekt med hög energitäthet. Mikronanopulver med hög sintringsaktivitet och hög spridning har blivit en viktig förutsättning för framställning av högtransparens optisk funktionell keramik av sällsynta jordartsmetaller med hög optisk uteffekt.
03.Rare earth upconversion självlysande nanomaterial
Uppkonverteringsluminescens är en speciell typ av luminescensprocess som kännetecknas av absorption av flera lågenergifotoner av luminescerande material och generering av högenergifotonemission. Jämfört med traditionella organiska färgämnesmolekyler eller kvantprickar har självlysande nanomaterial för uppkonvertering av sällsynta jordartsmetaller många fördelar såsom stor anti Stokes-förskjutning, smalt emissionsband, bra stabilitet, låg toxicitet, högt vävnadspenetrationsdjup och låg spontan fluorescensinterferens. De har breda tillämpningsmöjligheter inom det biomedicinska området.
Under de senaste åren har självlysande nanomaterial för uppkonvertering av sällsynta jordartsmetaller gjort betydande framsteg inom syntes, ytmodifiering, ytfunktionalisering och biomedicinska tillämpningar. Människor förbättrar materialens luminescensprestanda genom att optimera deras sammansättning, fastillstånd, storlek, etc. på nanoskala, och kombinera kärnan/skalstrukturen för att minska luminescenssläckningscentret, för att öka övergångssannolikheten. Genom kemisk modifiering, etablera teknologier med god biokompatibilitet för att minska toxicitet, och utveckla avbildningsmetoder för uppkonvertering av självlysande levande celler och in vivo; Utveckla effektiva och säkra biologiska kopplingsmetoder baserade på behoven hos olika applikationer (immundetektionsceller, in vivo fluorescensavbildning, fotodynamisk terapi, fototermisk terapi, fotokontrollerade läkemedel, etc.).
Denna studie har enorm tillämpningspotential och ekonomiska fördelar, och har viktig vetenskaplig betydelse för utvecklingen av nanomedicin, främjande av människors hälsa och sociala framsteg.
No.2 Sällsynta jordartsmetaller nanomagnetiska material
Sällsynta jordartsmetaller med permanentmagneter har genomgått tre utvecklingsstadier: SmCo5, Sm2Co7 och Nd2Fe14B. Som ett snabbt släckt NdFeB magnetiskt pulver för bundna permanentmagnetmaterial varierar kornstorleken från 20nm till 50nm, vilket gör det till ett typiskt nanokristallint permanentmagnetmaterial av sällsynta jordartsmetaller.
Sällsynta jordartsmetaller nanomagnetiska material har egenskaperna för liten storlek, enstaka domänstruktur och hög koercitivitet. Användningen av magnetiska inspelningsmaterial kan förbättra signal-brusförhållandet och bildkvaliteten. På grund av dess ringa storlek och höga tillförlitlighet är dess användning i mikromotorsystem en viktig riktning för utvecklingen av den nya generationen av flyg-, rymd- och marinmotorer. För magnetiskt minne, magnetisk vätska, Giant Magneto Resistance-material kan prestandan förbättras avsevärt, vilket gör att enheterna blir högpresterande och miniatyriserade.
Nr.3Sällsynt jordartsmetall nanokatalytiska material
Katalytiska material med sällsynta jordartsmetaller involverar nästan alla katalytiska reaktioner. På grund av yteffekter, volymeffekter och kvantstorlekseffekter har nanoteknologi av sällsynta jordartsmetaller fått alltmer uppmärksamhet. I många kemiska reaktioner används sällsynta jordartsmetallkatalysatorer. Om nanokatalysatorer av sällsynta jordartsmetaller används kommer den katalytiska aktiviteten och effektiviteten att förbättras avsevärt.
Nanokatalysatorer för sällsynta jordartsmetaller används i allmänhet vid petroleumkatalytisk krackning och reningsbehandling av bilavgaser. De mest använda nanokatalytiska materialen för sällsynta jordartsmetaller ärCeO2ochLa2O3, som kan användas som katalysatorer och promotorer, såväl som katalysatorbärare.
Nr.4Nanoceriumoxidultraviolett skärmande material
Nanoceriumoxid är känd som tredje generationens ultravioletta isoleringsmedel, med god isoleringseffekt och hög transmittans. Inom kosmetika måste nanoceriumoxid med låg katalytisk aktivitet användas som ett UV-isoleringsmedel. Därför är marknadens uppmärksamhet och erkännande av nanoceriumoxid ultravioletta skärmningsmaterial hög. Den kontinuerliga förbättringen av integrerad kretsintegrering kräver nya material för tillverkning av integrerade kretschips. Nya material har högre krav på polervätskor, och halvledarvätskor för sällsynta jordartsmetaller måste uppfylla detta krav, med snabbare poleringshastighet och mindre polervolym. Nano sällsynta jordartsmetaller polermaterial har en bred marknad.
Den betydande ökningen av bilägandet har orsakat allvarliga luftföroreningar, och installationen av bilavgasreningskatalysatorer är det mest effektiva sättet att kontrollera avgasföroreningar. Nanoceriumzirkoniumkompositoxider spelar en viktig roll för att förbättra kvaliteten på avgasrening.
No.5 Andra nanofunktionella material
01. Sällsynta jordartsmetaller nanokeramiska material
Nanokeramiskt pulver kan avsevärt minska sintringstemperaturen, vilket är 200 ℃ ~ 300 ℃ lägre än för icke nanokeramiskt pulver med samma sammansättning. Att lägga till nano CeO2 till keramik kan minska sintringstemperaturen, hämma gittertillväxt och förbättra densiteten hos keramik. Lägga till sällsynta jordartsmetaller som t.exY2O3, CeO2, or La2O3 to ZrO2kan förhindra högtemperaturfasomvandling och försprödning av ZrO2, och erhålla ZrO2-fasomvandlingshärdade keramiska strukturmaterial.
Elektronisk keramik (elektroniska sensorer, PTC-material, mikrovågsmaterial, kondensatorer, termistorer, etc.) framställda med hjälp av ultrafin eller nanoskala CeO2, Y2O3,Nd2O3, Sm2O3har förbättrade elektriska, termiska och stabilitetsegenskaper.
Att lägga till sällsynta jordartsmetaller aktiverade fotokatalytiska kompositmaterial till glasyrformeln kan förbereda antibakteriell keramik av sällsynta jordartsmetaller.
02. Rare earth nano tunnfilmsmaterial
Med utvecklingen av vetenskap och teknik blir prestandakraven för produkter allt strängare, vilket kräver ultrafina, ultratunna, ultrahöga densitet och ultrafyllning av produkter. För närvarande finns det tre huvudkategorier av sällsynta jordartsmetaller nanofilmer utvecklade: sällsynta jordartsmetaller komplexa nanofilmer, sällsynta jordartsmetaller oxid nanofilmer och sällsynta jordartsmetaller nanolegeringsfilmer. Sällsynta jordartsmetaller nanofilmer spelar också viktiga roller inom informationsindustrin, katalys, energi, transport och livsmedicin.
Slutsats
Kina är ett stort land inom sällsynta jordartsmetaller. Utvecklingen och tillämpningen av nanomaterial av sällsynta jordartsmetaller är ett nytt sätt att effektivt utnyttja sällsynta jordartsmetaller. För att utöka tillämpningsområdet för sällsynta jordartsmetaller och främja utvecklingen av nya funktionella material, bör ett nytt teoretiskt system etableras inom materialteori för att möta forskningsbehoven på nanoskala, få sällsynta jordartsmetaller att ha bättre prestanda och göra uppkomsten nya egenskaper och funktioner möjliga.
Posttid: 29 maj 2023