วัสดุหายากชนิดนี้มีศักยภาพที่ยอดเยี่ยม!

วัสดุนาโนของธาตุหายาก

วัสดุนาโนของธาตุหายาก องค์ประกอบของธาตุหายากมีโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ชั้นย่อย 4f ที่เป็นเอกลักษณ์ โมเมนต์แม่เหล็กของอะตอมขนาดใหญ่ การมีเพศสัมพันธ์ของวงโคจรสปินที่แข็งแกร่ง และคุณลักษณะอื่นๆ ส่งผลให้มีคุณสมบัติทางแสง ไฟฟ้า แม่เหล็ก และอื่นๆ ที่สมบูรณ์มาก เป็นวัสดุเชิงกลยุทธ์ที่ขาดไม่ได้สำหรับประเทศต่างๆ ทั่วโลกในการเปลี่ยนแปลงอุตสาหกรรมแบบดั้งเดิมและพัฒนาเทคโนโลยีขั้นสูง และเป็นที่รู้จักในนาม "คลังสมบัติของวัสดุใหม่"

นอกเหนือจากการใช้งานในด้านดั้งเดิม เช่น เครื่องจักรโลหะ ปิโตรเคมี แก้วเซรามิก และสิ่งทอเบาแล้วธาตุหายากนอกจากนี้ ยังเป็นวัสดุสนับสนุนที่สำคัญในสาขาเกิดใหม่ เช่น พลังงานสะอาด ยานพาหนะขนาดใหญ่ ยานพาหนะพลังงานใหม่ ระบบไฟเซมิคอนดักเตอร์ และจอแสดงผลใหม่ ซึ่งเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับชีวิตมนุษย์

หลังจากการพัฒนามาหลายทศวรรษ จุดเน้นของการวิจัยที่เกี่ยวข้องกับแร่หายากได้เปลี่ยนจากการถลุงและการแยกแร่หายากที่มีความบริสุทธิ์สูงเดี่ยว ๆ ไปสู่การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีขั้นสูงสำหรับแร่หายากในด้านแม่เหล็ก ทัศนศาสตร์ ไฟฟ้า การจัดเก็บพลังงาน การเร่งปฏิกิริยา ชีวเวชศาสตร์ และสาขาอื่นๆ ในด้านหนึ่ง มีแนวโน้มมากขึ้นต่อวัสดุคอมโพสิตหายากในระบบวัสดุ ในทางกลับกัน จะเน้นไปที่วัสดุคริสตัลเชิงฟังก์ชันที่มีมิติต่ำมากกว่าในแง่ของสัณฐานวิทยา โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับการพัฒนานาโนศาสตร์สมัยใหม่ การผสมผสานเอฟเฟกต์ขนาดเล็ก เอฟเฟกต์ควอนตัม เอฟเฟกต์พื้นผิว และเอฟเฟกต์ส่วนต่อประสานของวัสดุนาโนเข้ากับลักษณะโครงสร้างชั้นอิเล็กทรอนิกส์ที่เป็นเอกลักษณ์ขององค์ประกอบของธาตุหายาก วัสดุนาโนของธาตุหายากแสดงคุณสมบัติใหม่มากมายที่แตกต่างจากวัสดุแบบดั้งเดิม เพิ่มประโยชน์สูงสุด ประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมของวัสดุหายาก และขยายการใช้งานในด้านวัสดุแบบดั้งเดิมและการผลิตที่มีเทคโนโลยีสูงใหม่

ปัจจุบันมีวัสดุนาโนธาตุหายากที่มีแนวโน้มสูงดังต่อไปนี้เป็นส่วนใหญ่ ได้แก่ วัสดุนาโนเรืองแสงของธาตุหายาก วัสดุตัวเร่งปฏิกิริยานาโนของธาตุหายาก วัสดุแม่เหล็กนาโนของธาตุหายากนาโนซีเรียมออกไซด์วัสดุป้องกันรังสีอัลตราไวโอเลต และวัสดุนาโนฟังก์ชันอื่นๆ

ฉบับที่ 1วัสดุเรืองแสงระดับนาโนที่หายาก

01. วัสดุนาโนไฮบริดเรืองแสงแบบอินทรีย์-อนินทรีย์ที่หายาก

วัสดุคอมโพสิตผสมผสานหน่วยการทำงานที่แตกต่างกันในระดับโมเลกุลเพื่อให้ได้ฟังก์ชันเสริมและปรับให้เหมาะสมที่สุด วัสดุลูกผสมอนินทรีย์อินทรีย์มีหน้าที่ของส่วนประกอบอินทรีย์และอนินทรีย์ ซึ่งแสดงเสถียรภาพทางกลที่ดี ความยืดหยุ่น เสถียรภาพทางความร้อน และความสามารถในการแปรรูปที่ดีเยี่ยม

 แผ่นดินหายากคอมเพล็กซ์มีข้อดีหลายประการ เช่น ความบริสุทธิ์ของสีสูง อายุการใช้งานยาวนานในสภาวะตื่นเต้น ปริมาณควอนตัมสูง และเส้นสเปกตรัมการปล่อยก๊าซที่เข้มข้น มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายสาขา เช่น จอแสดงผล การขยายท่อนำคลื่นแสง เลเซอร์โซลิดสเตต ตัวชี้วัดทางชีวภาพ และการต่อต้านการปลอมแปลง อย่างไรก็ตาม ความเสถียรของความร้อนใต้พิภพต่ำและความสามารถในการแปรรูปที่ไม่ดีของสารเชิงซ้อนของธาตุหายากเป็นอุปสรรคต่อการใช้งานและการส่งเสริม การรวมสารเชิงซ้อนของธาตุหายากเข้ากับเมทริกซ์อนินทรีย์ที่มีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีและมีความเสถียรเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการปรับปรุงคุณสมบัติการเรืองแสงของสารเชิงซ้อนของธาตุหายาก

นับตั้งแต่มีการพัฒนาวัสดุลูกผสมอนินทรีย์อินทรีย์ที่หายาก แนวโน้มการพัฒนาแสดงให้เห็นลักษณะดังต่อไปนี้:

1 วัสดุไฮบริดที่ได้จากวิธีการเติมสารเคมีมีส่วนประกอบออกฤทธิ์ที่เสถียร ปริมาณยาสลบสูง และการกระจายส่วนประกอบสม่ำเสมอ

2 เปลี่ยนจากวัสดุอเนกประสงค์ไปเป็นวัสดุอเนกประสงค์ พัฒนาวัสดุอเนกประสงค์เพื่อให้การใช้งานครอบคลุมมากขึ้น

3 เมทริกซ์มีความหลากหลาย ตั้งแต่ซิลิกาเป็นหลักไปจนถึงซับสเตรตต่างๆ เช่น ไทเทเนียมไดออกไซด์ โพลีเมอร์อินทรีย์ ดินเหนียว และของเหลวไอออนิก

02. วัสดุเรืองแสงแรร์เอิร์ธ LED สีขาว

เมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีแสงสว่างที่มีอยู่ ผลิตภัณฑ์ส่องสว่างแบบเซมิคอนดักเตอร์ เช่น ไดโอดเปล่งแสง (LED) มีข้อดี เช่น อายุการใช้งานยาวนาน ใช้พลังงานต่ำ ประสิทธิภาพการส่องสว่างสูง ปราศจากสารปรอท ปราศจากรังสียูวี และการทำงานที่เสถียร "แหล่งกำเนิดแสงรุ่นที่สี่" รองจากหลอดไส้ หลอดฟลูออเรสเซนต์ และหลอดปล่อยก๊าซ (HID) กำลังแรงสูง

LED สีขาวประกอบด้วยชิป สารตั้งต้น ฟอสเฟอร์ และไดรเวอร์ ผงเรืองแสงที่หายากมีบทบาทสำคัญในประสิทธิภาพของ LED สีขาว ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการวิจัยจำนวนมากเกี่ยวกับสารเรืองแสง LED สีขาว และมีความก้าวหน้าที่ยอดเยี่ยม:

1) การพัฒนาฟอสเฟอร์ประเภทใหม่ที่น่าตื่นเต้นด้วย LED สีน้ำเงิน (460 ม.) ได้ดำเนินการวิจัยการเติมและการดัดแปลงบน YAO2Ce (YAG: Ce) ที่ใช้ในชิป LED สีน้ำเงิน เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพแสงและการแสดงสี

2) การพัฒนาผงฟลูออเรสเซนต์ชนิดใหม่ที่เกิดจากแสงอัลตราไวโอเลต (400 ม.) หรือแสงอัลตราไวโอเลต (360 มม.) ได้ศึกษาองค์ประกอบ โครงสร้าง และลักษณะสเปกตรัมของผงฟลูออเรสเซนต์สีแดงและเขียวสีน้ำเงินอย่างเป็นระบบ รวมถึงอัตราส่วนที่แตกต่างกันของผงฟลูออเรสเซนต์ทั้งสามชนิด เพื่อให้ได้ LED สีขาวที่มีอุณหภูมิสีต่างกัน

3 มีการดำเนินงานเพิ่มเติมในประเด็นทางวิทยาศาสตร์ขั้นพื้นฐานในกระบวนการเตรียมผงฟลูออเรสเซนต์ เช่น อิทธิพลของกระบวนการเตรียมต่อฟลักซ์ เพื่อให้มั่นใจในคุณภาพและความเสถียรของผงฟลูออเรสเซนต์

นอกจากนี้ ไฟ LED สีขาวส่วนใหญ่ใช้กระบวนการบรรจุภัณฑ์แบบผสมระหว่างผงฟลูออเรสเซนต์และซิลิโคน เนื่องจากการนำความร้อนต่ำของผงฟลูออเรสเซนต์ อุปกรณ์จะร้อนขึ้นเนื่องจากเวลาทำงานที่ยาวนาน ส่งผลให้ซิลิโคนมีอายุมากขึ้นและอายุการใช้งานของอุปกรณ์สั้นลง ปัญหานี้ร้ายแรงอย่างยิ่งกับไฟ LED สีขาวกำลังสูง การบรรจุระยะไกลเป็นวิธีหนึ่งในการแก้ปัญหานี้โดยการติดผงฟลูออเรสเซนต์เข้ากับพื้นผิวและแยกออกจากแหล่งกำเนิดแสง LED สีฟ้า ซึ่งจะช่วยลดผลกระทบของความร้อนที่เกิดจากชิปต่อประสิทธิภาพการเรืองแสงของผงฟลูออเรสเซนต์ หากเซรามิกเรืองแสงของธาตุหายากมีคุณสมบัติการนำความร้อนสูง ความต้านทานการกัดกร่อนสูง ความเสถียรสูง และประสิทธิภาพเอาต์พุตแสงที่ยอดเยี่ยม พวกเขาสามารถตอบสนองความต้องการการใช้งานของ LED สีขาวกำลังสูงที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูงได้ดีขึ้น ผงไมโครนาโนที่มีกิจกรรมการเผาผนึกสูงและการกระจายตัวสูงกลายเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นที่สำคัญสำหรับการเตรียมเซรามิกเชิงแสงของธาตุหายากที่มีความโปร่งใสสูงพร้อมประสิทธิภาพเอาต์พุตแสงสูง

 03. วัสดุนาโนเรืองแสงที่แปลงสภาพเป็นโลกที่หายาก

 การเรืองแสงแบบการแปลงกลับเป็นกระบวนการเรืองแสงชนิดพิเศษที่โดดเด่นด้วยการดูดซับโฟตอนพลังงานต่ำหลายตัวด้วยวัสดุเรืองแสงและการสร้างการปล่อยโฟตอนพลังงานสูง เมื่อเปรียบเทียบกับโมเลกุลสีย้อมอินทรีย์หรือจุดควอนตัมแบบดั้งเดิม วัสดุนาโนเรืองแสงที่แปลงสภาพของธาตุหายากมีข้อดีหลายประการ เช่น การเคลื่อนตัวของสโตกส์ขนาดใหญ่ แถบการปล่อยก๊าซแคบ ความเสถียรที่ดี ความเป็นพิษต่ำ ความลึกของการเจาะเนื้อเยื่อสูง และการรบกวนของฟลูออเรสเซนซ์ที่เกิดขึ้นเองต่ำ พวกเขามีแนวโน้มการใช้งานที่กว้างขวางในสาขาชีวการแพทย์

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา วัสดุนาโนเรืองแสงที่แปลงสภาพเป็นแรร์เอิร์ธมีความก้าวหน้าอย่างมากในการสังเคราะห์ การปรับเปลี่ยนพื้นผิว การทำงานของพื้นผิว และการประยุกต์ใช้ทางชีวการแพทย์ ผู้คนปรับปรุงประสิทธิภาพการเรืองแสงของวัสดุโดยการปรับองค์ประกอบ สถานะเฟส ขนาด ฯลฯ ให้เหมาะสมในระดับนาโน และผสมผสานโครงสร้างแกนกลาง/เปลือกเพื่อลดจุดศูนย์ดับการเรืองแสง เพื่อเพิ่มความน่าจะเป็นในการเปลี่ยนแปลง โดยการดัดแปลงทางเคมี สร้างเทคโนโลยีที่มีความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดีเพื่อลดความเป็นพิษ และพัฒนาวิธีการสร้างภาพสำหรับเซลล์ที่มีชีวิตเรืองแสงและในสิ่งมีชีวิต พัฒนาวิธีการเชื่อมต่อทางชีวภาพที่มีประสิทธิภาพและปลอดภัยตามความต้องการในการใช้งานที่แตกต่างกัน (เซลล์ตรวจจับภูมิคุ้มกัน การถ่ายภาพเรืองแสงในสิ่งมีชีวิต การบำบัดด้วยแสงโฟโตไดนามิก การบำบัดด้วยความร้อนด้วยแสง ยาควบคุมการปลดปล่อยด้วยแสง ฯลฯ)

การศึกษานี้มีศักยภาพในการนำไปใช้อย่างมหาศาลและมีประโยชน์ทางเศรษฐกิจ และมีความสำคัญทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญสำหรับการพัฒนานาโนการแพทย์ การส่งเสริมสุขภาพของมนุษย์ และความก้าวหน้าทางสังคม

No.2 วัสดุแม่เหล็กนาโนที่หายากของโลก

 
วัสดุแม่เหล็กถาวรที่หายากของโลกได้ผ่านขั้นตอนการพัฒนาสามขั้นตอน: SmCo5, Sm2Co7 และ Nd2Fe14B เนื่องจากผงแม่เหล็ก NdFeB ดับอย่างรวดเร็วสำหรับวัสดุแม่เหล็กถาวรที่มีการยึดติด ขนาดเกรนมีตั้งแต่ 20 นาโนเมตรถึง 50 นาโนเมตร ทำให้เป็นวัสดุแม่เหล็กถาวรชนิดนาโนคริสตัลไลน์หายากทั่วไป

วัสดุนาโนแม่เหล็กของธาตุหายากมีลักษณะเฉพาะคือมีขนาดเล็ก โครงสร้างโดเมนเดียว และมีค่าบังคับสูง การใช้วัสดุบันทึกแบบแม่เหล็กสามารถปรับปรุงอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนและคุณภาพของภาพได้ เนื่องจากมีขนาดเล็กและมีความน่าเชื่อถือสูง การใช้ในระบบไมโครมอเตอร์จึงเป็นทิศทางสำคัญสำหรับการพัฒนามอเตอร์การบิน การบินและอวกาศ และทางทะเลรุ่นใหม่ สำหรับหน่วยความจำแม่เหล็ก ของเหลวแม่เหล็ก วัสดุต้านทานแม่เหล็กขนาดยักษ์ สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพได้อย่างมาก ทำให้อุปกรณ์มีประสิทธิภาพสูงและมีขนาดเล็กลง

ฉบับที่ 3นาโนดินที่หายากวัสดุตัวเร่งปฏิกิริยา

วัสดุเร่งปฏิกิริยาของธาตุหายากเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาเกือบทั้งหมด เนื่องจากผลกระทบพื้นผิว ผลกระทบด้านปริมาตร และผลกระทบด้านขนาดควอนตัม นาโนเทคโนโลยีของธาตุหายากจึงดึงดูดความสนใจมากขึ้น ในปฏิกิริยาเคมีหลายชนิด มีการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาของธาตุหายาก หากใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาระดับนาโนของธาตุหายาก กิจกรรมและประสิทธิภาพในการเร่งปฏิกิริยาจะดีขึ้นอย่างมาก

โดยทั่วไปแล้ว ตัวเร่งปฏิกิริยานาโนของธาตุหายากมักใช้ในการเร่งปฏิกิริยาแตกตัวของตัวเร่งปฏิกิริยาปิโตรเลียมและการบำบัดการทำให้บริสุทธิ์ของไอเสียรถยนต์ วัสดุนาโนแคตาไลติกของธาตุหายากที่ใช้กันมากที่สุดคือซีโอ2และลา2โอ3ซึ่งสามารถใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาและโปรโมเตอร์ได้ เช่นเดียวกับตัวพาตัวเร่งปฏิกิริยา

ฉบับที่ 4นาโนซีเรียมออกไซด์วัสดุป้องกันรังสีอัลตราไวโอเลต

นาโนซีเรียมออกไซด์เป็นที่รู้จักในฐานะสารแยกรังสีอัลตราไวโอเลตรุ่นที่สามซึ่งมีผลการแยกตัวที่ดีและมีการส่งผ่านสูง ในเครื่องสำอาง ต้องใช้นาโนเซียเรียที่มีฤทธิ์เร่งปฏิกิริยาต่ำเป็นสารแยกรังสียูวี ดังนั้นความสนใจของตลาดและการรับรู้ของวัสดุป้องกันรังสีอัลตราไวโอเลตนาโนซีเรียมออกไซด์จึงอยู่ในระดับสูง การปรับปรุงอย่างต่อเนื่องของการบูรณาการวงจรรวมต้องใช้วัสดุใหม่สำหรับกระบวนการผลิตชิปวงจรรวม วัสดุใหม่มีข้อกำหนดที่สูงขึ้นสำหรับน้ำยาขัดเงา และน้ำยาขัดเงาโลหะหายากแบบเซมิคอนดักเตอร์จำเป็นต้องเป็นไปตามข้อกำหนดนี้ ด้วยความเร็วในการขัดที่เร็วขึ้นและปริมาณการขัดที่น้อยลง วัสดุขัดเงานาโนแรร์เอิร์ธมีตลาดในวงกว้าง

การเป็นเจ้าของรถยนต์ที่เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญทำให้เกิดมลพิษทางอากาศอย่างรุนแรง และการติดตั้งตัวเร่งปฏิกิริยาฟอกไอเสียรถยนต์เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการควบคุมมลพิษไอเสีย ออกไซด์ของคอมโพสิตเซอร์โคเนียมนาโนซีเรียมมีบทบาทสำคัญในการปรับปรุงคุณภาพของการทำให้ก๊าซหางบริสุทธิ์

No.5 วัสดุนาโนฟังก์ชันอื่นๆ

01. วัสดุนาโนเซรามิกแรร์เอิร์ธ

ผงนาโนเซรามิกสามารถลดอุณหภูมิการเผาผนึกได้อย่างมาก ซึ่งต่ำกว่าผงเซรามิกที่ไม่ใช่นาโนที่มีองค์ประกอบเดียวกันถึง 200 ℃~300 ℃ การเติมนาโน CeO2 ลงในเซรามิกสามารถลดอุณหภูมิการเผาผนึก ยับยั้งการเจริญเติบโตของโครงตาข่าย และปรับปรุงความหนาแน่นของเซรามิกได้ เพิ่มธาตุหายากเช่นY2O3, ซีโอ2, or ลา2โอ3 to ZrO2สามารถป้องกันการเปลี่ยนแปลงเฟสที่อุณหภูมิสูงและการเปราะของ ZrO2 และรับวัสดุโครงสร้างเซรามิกที่แกร่งขึ้นในการเปลี่ยนเฟส ZrO2

เซรามิกอิเล็กทรอนิกส์ (เซ็นเซอร์อิเล็กทรอนิกส์ วัสดุ PTC วัสดุไมโครเวฟ ตัวเก็บประจุ เทอร์มิสเตอร์ ฯลฯ) ที่เตรียมโดยใช้ CeO2, Y2O3 ที่ละเอียดมากหรือระดับนาโนNd2O3, เอสเอ็ม2โอ3ฯลฯ มีการปรับปรุงคุณสมบัติทางไฟฟ้า ความร้อน และความเสถียร

การเติมวัสดุคอมโพสิตโฟโตคะตาไลติกที่กระตุ้นด้วยธาตุหายากลงในสูตรเคลือบสามารถเตรียมเซรามิกต้านเชื้อแบคทีเรียของธาตุหายากได้

02.วัสดุฟิล์มบางนาโนแรร์เอิร์ธ

 ด้วยการพัฒนาทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพสำหรับผลิตภัณฑ์มีความเข้มงวดมากขึ้นเรื่อยๆ โดยต้องใช้ผลิตภัณฑ์ที่ละเอียดมาก บางพิเศษ ความหนาแน่นสูงเป็นพิเศษ และการบรรจุเป็นพิเศษของผลิตภัณฑ์ ปัจจุบันมีการพัฒนาฟิล์มนาโนของธาตุหายากสามประเภทหลัก ๆ ได้แก่ ฟิล์มนาโนเชิงซ้อนของธาตุหายาก ฟิล์มนาโนออกไซด์ของธาตุหายาก และฟิล์มนาโนโลหะผสมของธาตุหายาก ฟิล์มนาโนของธาตุหายากยังมีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมข้อมูล การเร่งปฏิกิริยา พลังงาน การขนส่ง และเวชศาสตร์เพื่อชีวิต

บทสรุป

จีนเป็นประเทศหลักในด้านทรัพยากรหายาก การพัฒนาและการประยุกต์ใช้วัสดุนาโนของธาตุหายากเป็นวิธีใหม่ในการใช้ทรัพยากรของธาตุหายากอย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อขยายขอบเขตการใช้งานของธาตุหายากและส่งเสริมการพัฒนาวัสดุเชิงหน้าที่ใหม่ ควรสร้างระบบทฤษฎีใหม่ในทฤษฎีวัสดุเพื่อตอบสนองความต้องการการวิจัยในระดับนาโน ทำให้วัสดุนาโนของธาตุหายากมีประสิทธิภาพที่ดีขึ้น และทำให้เกิดขึ้น คุณสมบัติและฟังก์ชันใหม่ๆ ที่เป็นไปได้