Rare earth nanomaterials Ang mga rare earth na elemento ay may kakaibang 4f sub layer na electronic structure, malaking atomic magnetic moment, malakas na spin orbit coupling at iba pang katangian, na nagreresulta sa napakayaman na optical, electrical, magnetic at iba pang katangian. Ang mga ito ay kailangang-kailangan na mga madiskarteng materyales para sa mga bansa sa buong mundo upang ibahin ang anyo ng mga tradisyonal na industriya at bumuo ng high-tech, at kilala bilang "treasure house ng mga bagong materyales".
Bilang karagdagan sa mga aplikasyon nito sa mga tradisyunal na larangan tulad ng makinarya ng metalurhiko, petrochemical, glass ceramics, at light textiles,mga bihirang lupaay mga pangunahing materyal na sumusuporta din sa mga umuusbong na larangan tulad ng malinis na enerhiya, malalaking sasakyan, bagong enerhiyang sasakyan, semiconductor lighting, at mga bagong display, na malapit na nauugnay sa buhay ng tao.
Pagkaraan ng mga dekada ng pag-unlad, ang pokus ng pananaliksik na nauugnay sa bihirang lupa ay naaayon na lumipat mula sa pagtunaw at paghihiwalay ng nag-iisang mataas na kadalisayan na mga bihirang lupa patungo sa mga high-tech na aplikasyon ng mga bihirang lupa sa magnetism, optika, kuryente, imbakan ng enerhiya, catalysis, biomedicine, at iba pang larangan. Sa isang banda, mayroong isang mas malaking kalakaran patungo sa mga bihirang earth composite na materyales sa materyal na sistema; Sa kabilang banda, ito ay mas nakatuon sa mababang dimensional na functional na mga kristal na materyales sa mga tuntunin ng morpolohiya. Lalo na sa pag-unlad ng modernong nanoscience, pinagsasama ang maliit na laki ng mga epekto, quantum effect, surface effect, at interface effect ng mga nanomaterial na may natatanging electronic layer structure na katangian ng rare earth elements, rare earth nanomaterials ay nagpapakita ng maraming mga katangian ng nobela na naiiba sa tradisyonal na mga materyales, na nag-maximize ang mahusay na pagganap ng mga bihirang materyales sa lupa, At higit pang palawakin ang aplikasyon nito sa mga larangan ng tradisyonal na materyales at bagong high-tech na pagmamanupaktura.
Sa kasalukuyan, higit sa lahat ay mayroong mga sumusunod na mataas na promising rare earth nanomaterial, katulad ng rare earth nano luminescent materials, rare earth nano catalytic materials, rare earth nano magnetic materials,nano cerium oxideultraviolet shielding materials, at iba pang nano functional na materyales.
No.1Rare earth nano luminescent na materyales
01. Rare earth organic-inorganic hybrid luminescent nanomaterials
Pinagsasama-sama ng mga composite na materyales ang iba't ibang functional unit sa antas ng molekular upang makamit ang mga pantulong at na-optimize na function. Ang organikong inorganic na hybrid na materyal ay may mga function ng organic at inorganic na mga bahagi, na nagpapakita ng magandang mekanikal na katatagan, flexibility, thermal stability at mahusay na processability.
Rare earthAng mga complex ay may maraming mga pakinabang, tulad ng mataas na kadalisayan ng kulay, mahabang buhay ng nasasabik na estado, mataas na ani ng quantum, at mga rich emission spectrum na linya. Malawakang ginagamit ang mga ito sa maraming larangan, tulad ng display, optical waveguide amplification, solid-state laser, biomarker, at anti-counterfeiting. Gayunpaman, ang mababang photothermal stability at mahinang processability ng mga rare earth complex ay seryosong humahadlang sa kanilang aplikasyon at promosyon. Ang pagsasama-sama ng mga rare earth complex na may mga inorganic na matrice na may magandang mekanikal na katangian at katatagan ay isang epektibong paraan upang mapabuti ang luminescent na katangian ng mga rare earth complex.
Dahil ang pagbuo ng bihirang lupa na organikong hindi organikong hybrid na materyal, ang kanilang mga uso sa pag-unlad ay nagpapakita ng mga sumusunod na katangian:
① Ang hybrid na materyal na nakuha sa pamamagitan ng chemical doping method ay may stable active components, mataas na doping amount at pare-parehong distribution ng mga component;
② Pagbabago mula sa iisang functional na materyales tungo sa multifunctional na materyales, pagbuo ng multifunctional na materyales upang gawing mas malawak ang kanilang mga aplikasyon;
③ Ang matrix ay magkakaiba, mula sa pangunahing silica hanggang sa iba't ibang substrate tulad ng titanium dioxide, mga organikong polimer, mga luad, at mga ionic na likido.
02. White LED rare earth luminescent material
Kung ikukumpara sa mga umiiral na teknolohiya sa pag-iilaw, ang mga produktong semiconductor lighting tulad ng mga light-emitting diodes (LEDs) ay may mga pakinabang tulad ng mahabang buhay ng serbisyo, mababang pagkonsumo ng enerhiya, mataas na liwanag na kahusayan, walang mercury, walang UV, at matatag na operasyon. Itinuturing ang mga ito na "fourth generation light source" pagkatapos ng mga incandescent lamp, fluorescent lamp, at high-strength gas discharge lamp (HIDs).
Ang puting LED ay binubuo ng mga chips, substrates, phosphors, at drivers. Ang Rare earth fluorescent powder ay may mahalagang papel sa pagganap ng puting LED. Sa mga nagdaang taon, ang isang malaking halaga ng gawaing pananaliksik ay isinagawa sa puting LED phosphors at mahusay na pag-unlad ay ginawa:
① Ang pagbuo ng isang bagong uri ng phosphor na nasasabik ng asul na LED (460m) ay nagsagawa ng doping at modification research sa YAO2Ce (YAG: Ce) na ginagamit sa blue LED chips upang mapabuti ang light efficiency at color rendering;
② Ang pagbuo ng mga bagong fluorescent powder na nasasabik ng ultraviolet light (400m) o ultraviolet light (360mm) ay sistematikong pinag-aralan ang komposisyon, istraktura, at spectral na katangian ng pula at berdeng asul na fluorescent powder, gayundin ang iba't ibang ratio ng tatlong fluorescent powder upang makakuha ng puting LED na may iba't ibang temperatura ng kulay;
③ Ang karagdagang gawain ay isinagawa sa mga pangunahing isyu sa agham sa proseso ng paghahanda ng fluorescent powder, tulad ng impluwensya ng proseso ng paghahanda sa flux, upang matiyak ang kalidad at katatagan ng fluorescent powder.
Bilang karagdagan, ang puting ilaw na LED ay pangunahing gumagamit ng isang halo-halong proseso ng packaging ng fluorescent powder at silicone. Dahil sa mahinang thermal conductivity ng fluorescent powder, mag-iinit ang device dahil sa matagal na oras ng pagtatrabaho, na humahantong sa pagtanda ng silicone at paikliin ang buhay ng serbisyo ng device. Ang problemang ito ay partikular na seryoso sa high-power white light LEDs. Ang malayong packaging ay isang paraan upang malutas ang problemang ito sa pamamagitan ng paglalagay ng fluorescent powder sa substrate at paghihiwalay nito mula sa asul na LED light source, at sa gayon ay binabawasan ang epekto ng init na nabuo ng chip sa luminescent na pagganap ng fluorescent powder. Kung ang mga rare earth fluorescent ceramics ay may mga katangian ng mataas na thermal conductivity, mataas na corrosion resistance, mataas na katatagan, at mahusay na optical output performance, mas matutugunan nila ang mga kinakailangan sa aplikasyon ng high-power white LED na may mataas na density ng enerhiya. Ang mga micro nano powder na may mataas na aktibidad ng sintering at mataas na dispersion ay naging isang mahalagang kinakailangan para sa paghahanda ng mataas na transparency rare earth optical functional ceramics na may mataas na optical output performance.
03. Rare earth upconversion luminescent nanomaterials
Ang upconversion luminescence ay isang espesyal na uri ng proseso ng luminescence na nailalarawan sa pamamagitan ng pagsipsip ng maraming low-energy na mga photon ng luminescent na materyales at ang pagbuo ng high-energy photon emission. Kung ikukumpara sa mga tradisyonal na organic dye molecules o quantum dots, ang rare earth upconversion luminescent nanomaterials ay may maraming pakinabang tulad ng malaking anti Stokes shift, makitid na emission band, magandang stability, mababang toxicity, mataas na tissue penetration depth, at mababang spontaneous fluorescence interference. Mayroon silang malawak na mga prospect ng aplikasyon sa larangan ng biomedical.
Sa mga nakalipas na taon, ang mga rare earth upconversion luminescent nanomaterial ay gumawa ng makabuluhang pag-unlad sa synthesis, pagbabago sa ibabaw, functionalization sa ibabaw, at mga biomedical na aplikasyon. Pinapabuti ng mga tao ang pagganap ng luminescence ng mga materyales sa pamamagitan ng pag-optimize ng kanilang komposisyon, estado ng phase, laki, atbp. sa nanoscale, at pagsasama-sama ng istraktura ng core/shell upang mabawasan ang luminescence quenching center, upang mapataas ang posibilidad ng paglipat. Sa pamamagitan ng chemical modification, magtatag ng mga teknolohiyang may magandang biocompatibility para mabawasan ang toxicity, at bumuo ng mga pamamaraan ng imaging para sa upconversion luminescent living cells at in vivo; Bumuo ng mahusay at ligtas na mga pamamaraan ng biological coupling batay sa mga pangangailangan ng iba't ibang mga aplikasyon (mga cell sa pag-detect ng immune, in vivo fluorescence imaging, photodynamic therapy, photothermal therapy, photo controlled release drugs, atbp.).
Ang pag-aaral na ito ay may napakalaking potensyal na aplikasyon at mga benepisyong pang-ekonomiya, at may mahalagang pang-agham na kahalagahan para sa pagbuo ng nanomedicine, pagsulong ng kalusugan ng tao, at panlipunang pag-unlad.
No.2 Rare earth nano magnetic na materyales
Ang mga rare earth permanent magnet na materyales ay dumaan sa tatlong yugto ng pag-unlad: SmCo5, Sm2Co7, at Nd2Fe14B. Bilang isang mabilis na napatay na NdFeB magnetic powder para sa mga bonded permanent magnet na materyales, ang laki ng butil ay mula 20nm hanggang 50nm, na ginagawa itong tipikal na nanocrystalline rare earth permanent magnet material.
Ang mga rare earth nanomagnetic na materyales ay may mga katangian ng maliit na sukat, istraktura ng solong domain, at mataas na coercivity. Ang paggamit ng mga magnetic recording na materyales ay maaaring mapabuti ang signal-to-noise ratio at kalidad ng imahe. Dahil sa maliit na sukat nito at mataas na pagiging maaasahan, ang paggamit nito sa mga micro motor system ay isang mahalagang direksyon para sa pagbuo ng bagong henerasyon ng aviation, aerospace, at marine motors. Para sa magnetic memory, magnetic fluid, Giant Magneto Resistance na materyales, ang pagganap ay maaaring lubos na mapabuti, na ginagawang ang mga device ay naging mataas ang pagganap at miniaturized.
No.3Rare earth nanocatalytic na materyales
Ang mga rare earth catalytic na materyales ay kinabibilangan ng halos lahat ng catalytic reactions. Dahil sa mga epekto sa ibabaw, mga epekto ng dami, at mga epekto sa laki ng dami, ang rare earth nanotechnology ay lalong nakakaakit ng pansin. Sa maraming reaksiyong kemikal, ginagamit ang mga rare earth catalyst. Kung gagamitin ang mga rare earth nanocatalyst, ang aktibidad at kahusayan ng catalytic ay lubos na mapapabuti.
Ang mga rare earth nanocatalyst ay karaniwang ginagamit sa petroleum catalytic cracking at purification treatment ng automotive exhaust. Ang pinakakaraniwang ginagamit na rare earth nanocatalytic na materyales ayCeO2atLa2O3, na maaaring magamit bilang mga catalyst at promoter, pati na rin bilang mga carrier ng catalyst.
No.4Nano cerium oxidemateryal na panlaban sa ultraviolet
Nano cerium oxide ay kilala bilang ang ikatlong henerasyon ng ultraviolet isolation agent, na may mahusay na epekto sa paghihiwalay at mataas na transmittance. Sa mga pampaganda, ang mababang catalytic activity na nano ceria ay dapat gamitin bilang isang UV isolating agent. Samakatuwid, ang atensyon at pagkilala sa merkado ng nano cerium oxide ultraviolet shielding materials ay mataas. Ang patuloy na pagpapabuti ng integrated circuit integration ay nangangailangan ng mga bagong materyales para sa integrated circuit chip manufacturing process. Ang mga bagong materyales ay may mas mataas na mga kinakailangan para sa mga likidong buli, at ang mga semiconductor na rare earth polishing fluid ay kailangang matugunan ang kinakailangang ito, na may mas mabilis na bilis ng buli at mas kaunting dami ng buli. Ang nano rare earth polishing materials ay may malawak na merkado.
Ang makabuluhang pagtaas sa pagmamay-ari ng sasakyan ay nagdulot ng malubhang polusyon sa hangin, at ang pag-install ng mga catalyst sa paglilinis ng tambutso ng kotse ay ang pinakamabisang paraan upang makontrol ang polusyon sa tambutso. Ang nano cerium zirconium composite oxides ay may mahalagang papel sa pagpapabuti ng kalidad ng tail gas purification.
No.5 Iba pang nano functional na materyales
01. Rare earth nano ceramic na materyales
Ang nano ceramic powder ay maaaring makabuluhang bawasan ang sintering temperature, na 200 ℃~300 ℃ na mas mababa kaysa sa non nano ceramic powder na may parehong komposisyon. Ang pagdaragdag ng nano CeO2 sa mga ceramics ay maaaring mabawasan ang sintering temperature, pigilan ang paglaki ng sala-sala, at pahusayin ang density ng ceramics. Pagdaragdag ng mga elemento ng rare earth tulad ngY2O3, CeO2, or La2O3 to ZrO2maaaring maiwasan ang mataas na temperatura phase pagbabagong-anyo at embrittlement ng ZrO2, at makakuha ng ZrO2 phase pagbabagong-anyo toughened ceramic istruktura materyales.
Electronic ceramics (electronic sensors, PTC materials, microwave materials, capacitors, thermistors, atbp.) na inihanda gamit ang ultrafine o nanoscale CeO2, Y2O3,Nd2O3, Sm2O3, atbp. ay nagpabuti ng mga katangian ng elektrikal, thermal, at stability.
Ang pagdaragdag ng rare earth activated photocatalytic composite material sa glaze formula ay maaaring maghanda ng rare earth antibacterial ceramics.
02. Rare earth nano thin film materials
Sa pag-unlad ng agham at teknolohiya, ang mga kinakailangan sa pagganap para sa mga produkto ay nagiging mas mahigpit, na nangangailangan ng ultra-fine, ultra-thin, ultra-high density, at ultra-filling ng mga produkto. Sa kasalukuyan, mayroong tatlong pangunahing kategorya ng mga rare earth nano films na binuo: rare earth complex nano films, rare earth oxide nano films, at rare earth nano alloy films. Ang mga rare earth nano film ay gumaganap din ng mahalagang papel sa industriya ng impormasyon, catalysis, enerhiya, transportasyon, at gamot sa buhay.
Konklusyon
Ang China ay isang pangunahing bansa sa mga rare earth resources. Ang pagbuo at paggamit ng mga rare earth nanomaterial ay isang bagong paraan upang epektibong magamit ang mga rare earth resources. Upang mapalawak ang saklaw ng aplikasyon ng bihirang lupa at maisulong ang pagbuo ng mga bagong functional na materyales, isang bagong teoretikal na sistema ay dapat na maitatag sa teorya ng mga materyales upang matugunan ang mga pangangailangan sa pananaliksik sa nanoscale, gawing mas mahusay ang pagganap ng mga nanomaterial ng bihirang lupa, at gawin ang paglitaw. ng mga bagong katangian at pag-andar na posible.
Oras ng post: Mayo-29-2023