Các vật liệu nano đất hiếm các nguyên tố đất hiếm có cấu trúc điện tử 4F phụ duy nhất, mô men từ nguyên tử lớn, khớp nối quỹ đạo spin mạnh và các đặc điểm khác, dẫn đến các tính chất quang học, điện, từ tính và các tính chất khác rất phong phú. Chúng là những vật liệu chiến lược không thể thiếu cho các quốc gia trên thế giới để biến đổi các ngành công nghiệp truyền thống và phát triển công nghệ cao, và được gọi là "kho báu vật liệu mới".
Ngoài các ứng dụng của nó trong các lĩnh vực truyền thống như máy móc luyện kim, hóa dầu, gốm thủy tinh và hàng dệt may,Trái đất hiếmcũng là các vật liệu hỗ trợ chính trong các lĩnh vực mới nổi như năng lượng sạch, phương tiện lớn, phương tiện năng lượng mới, ánh sáng bán dẫn và màn hình mới, liên quan chặt chẽ đến cuộc sống của con người.
Sau nhiều thập kỷ phát triển, trọng tâm của nghiên cứu liên quan đến trái đất hiếm đã chuyển từ sự luyện và tách các đất hiếm có độ tinh khiết cao sang các ứng dụng công nghệ cao của đất hiếm trong từ tính, quang học, điện, lưu trữ năng lượng, xúc tác, sinh học và các lĩnh vực khác. Một mặt, có một xu hướng lớn hơn đối với các vật liệu composite đất hiếm trong hệ thống vật liệu; Mặt khác, nó tập trung nhiều hơn vào các vật liệu tinh thể chức năng chiều thấp về mặt hình thái. Đặc biệt với sự phát triển của khoa học nano hiện đại, kết hợp các hiệu ứng kích thước nhỏ, hiệu ứng lượng tử, hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng giao diện của vật liệu nano với các đặc tính cấu trúc lớp điện tử độc đáo của các nguyên tố đất hiếm, vật liệu nano đất hiếm, thể hiện nhiều tính chất mới lạ khác nhau, tối đa hóa hiệu suất tuyệt vời của vật liệu đất hiếm.
Hiện tại, chủ yếu có các vật liệu nano đất hiếm có triển vọng cao sau đây, cụ thể là vật liệu phát quang nano đất hiếm, vật liệu xúc tác nano đất hiếm, vật liệu từ tính nano đất hiếm, vật liệu từ tính hiếm hoi, vật liệu từ tính,Nano cerium oxitVật liệu che chắn tia cực tím và các vật liệu chức năng nano khác.
Số 1Vật liệu phát quang nano đất hiếm
01. Vật liệu nano phát quang lai hữu cơ hữu cơ đất hiếm
Vật liệu tổng hợp kết hợp các đơn vị chức năng khác nhau ở cấp độ phân tử để đạt được các chức năng bổ sung và tối ưu hóa. Vật liệu lai vô cơ hữu cơ có chức năng của các thành phần hữu cơ và vô cơ, cho thấy sự ổn định cơ học tốt, tính linh hoạt, ổn định nhiệt và khả năng xử lý tuyệt vời.
Trái đất hiếmCác khu phức hợp có nhiều lợi thế, chẳng hạn như độ tinh khiết màu cao, tuổi thọ cao của trạng thái kích thích, năng suất lượng tử cao và các dòng phổ phát xạ phong phú. Chúng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, chẳng hạn như hiển thị, khuếch đại ống dẫn sóng quang, laser trạng thái rắn, dấu ấn sinh học và chống giả. Tuy nhiên, độ ổn định quang nhiệt thấp và khả năng xử lý kém của các phức hợp đất hiếm nghiêm ngặt ứng dụng và quảng bá của chúng. Kết hợp các phức hợp đất hiếm với các ma trận vô cơ với tính chất cơ học tốt và độ ổn định là một cách hiệu quả để cải thiện các đặc tính phát quang của các phức hợp đất hiếm.
Vì sự phát triển của vật liệu lai vô cơ hữu cơ hiếm, nên xu hướng phát triển của chúng cho thấy các đặc điểm sau:
Vật liệu lai thu được bằng phương pháp pha tạp hóa học có các thành phần hoạt động ổn định, lượng pha tạp cao và phân phối đồng đều của các thành phần;
Biến đổi từ các vật liệu chức năng đơn sang vật liệu đa chức năng, phát triển các vật liệu đa chức năng để làm cho các ứng dụng của chúng rộng hơn;
Ma trận rất đa dạng, từ silica chủ yếu đến các chất nền khác nhau như titan dioxide, polyme hữu cơ, đất sét và chất lỏng ion.
02. Đèn LED trắng Vật liệu phát quang đất hiếm
So với các công nghệ chiếu sáng hiện có, các sản phẩm chiếu sáng chất bán dẫn như điốt phát sáng (đèn LED) có những ưu điểm như tuổi thọ dài, tiêu thụ năng lượng thấp, hiệu quả phát sáng cao, không có thủy ngân, không có tia cực tím và hoạt động ổn định. Chúng được coi là "Nguồn sáng thế hệ thứ tư" sau đèn sợi đốt, đèn huỳnh quang và đèn xả khí có độ bền cao (HID).
Đèn LED màu trắng bao gồm chip, chất nền, phốt pho và trình điều khiển. Bột huỳnh quang đất hiếm đóng một vai trò quan trọng trong hiệu suất của đèn LED trắng. Trong những năm gần đây, một lượng lớn công việc nghiên cứu đã được thực hiện trên phốt pho LED trắng và tiến bộ tuyệt vời đã được thực hiện:
Sự phát triển của một loại phốt pho mới bị kích thích bởi Blue LED (460M) đã thực hiện nghiên cứu doping và sửa đổi về YAO2CE (YAG: CE) được sử dụng trong các chip LED màu xanh để cải thiện hiệu quả ánh sáng và kết xuất màu;
Sự phát triển của các loại bột huỳnh quang mới bị kích thích bởi ánh sáng cực tím (400m) hoặc ánh sáng cực tím (360mm) đã nghiên cứu một cách có hệ thống thành phần, cấu trúc và đặc tính quang phổ của bột huỳnh quang màu xanh lá cây và xanh lục, cũng như các tỷ lệ khác nhau của ba loại bột huỳnh quang để có được đèn LED màu trắng khác nhau;
Công việc tiếp theo đã được thực hiện về các vấn đề khoa học cơ bản trong quá trình chuẩn bị bột huỳnh quang, chẳng hạn như ảnh hưởng của quá trình chuẩn bị đối với thông lượng, để đảm bảo chất lượng và độ ổn định của bột huỳnh quang.
Ngoài ra, ánh sáng trắng chủ yếu áp dụng một quá trình đóng gói hỗn hợp của bột huỳnh quang và silicon. Do độ dẫn nhiệt kém của bột huỳnh quang, thiết bị sẽ nóng lên do thời gian làm việc kéo dài, dẫn đến lão hóa silicone và rút ngắn tuổi thọ của thiết bị. Vấn đề này đặc biệt nghiêm trọng trong đèn LED ánh sáng trắng công suất cao. Bao bì từ xa là một cách để giải quyết vấn đề này bằng cách gắn bột huỳnh quang vào chất nền và tách nó ra khỏi nguồn sáng LED màu xanh, do đó làm giảm tác động của nhiệt do chip tạo ra đối với hiệu suất phát quang của bột huỳnh quang. Nếu gốm huỳnh quang đất hiếm có đặc điểm của độ dẫn nhiệt cao, khả năng chống ăn mòn cao, độ ổn định cao và hiệu suất đầu ra quang học tuyệt vời, chúng có thể đáp ứng tốt hơn các yêu cầu ứng dụng của đèn LED trắng năng lượng cao với mật độ năng lượng cao. Bột nano micro với hoạt động thiêu kết cao và sự phân tán cao đã trở thành một điều kiện tiên quyết quan trọng để điều chế gốm sứ chức năng quang học trái đất hiếm có độ trong suốt với hiệu suất đầu ra quang cao.
03.RARE Đất vật liệu nano phát quang trái đất
Sự phát quang chuyển đổi là một loại quá trình phát quang đặc biệt được đặc trưng bởi sự hấp thụ của nhiều photon năng lượng thấp bằng vật liệu phát quang và tạo ra phát xạ photon năng lượng cao. So với các phân tử thuốc nhuộm hữu cơ truyền thống hoặc các chấm lượng tử, các vật liệu nano phát quang đảo ngược đất hiếm có nhiều lợi thế như dịch chuyển chống Stok lớn, dải phát xạ hẹp, độ ổn định tốt, độc tính thấp, độ sâu thâm nhập mô cao và nhiễu huỳnh quang thấp. Họ có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực y sinh.
Trong những năm gần đây, các vật liệu nano phát quang ngược đất hiếm đã đạt được tiến bộ đáng kể trong tổng hợp, sửa đổi bề mặt, chức năng hóa bề mặt và các ứng dụng y sinh. Mọi người cải thiện hiệu suất phát quang của vật liệu bằng cách tối ưu hóa thành phần, trạng thái pha, kích thước, v.v. tại nano và kết hợp cấu trúc lõi/vỏ để giảm trung tâm làm giảm phát quang, để tăng xác suất chuyển tiếp. Bằng cách sửa đổi hóa học, thiết lập các công nghệ có khả năng tương thích sinh học tốt để giảm độc tính và phát triển các phương pháp hình ảnh cho các tế bào sống phát quang chuyển đổi và in vivo; Phát triển các phương pháp ghép sinh học hiệu quả và an toàn dựa trên nhu cầu của các ứng dụng khác nhau (tế bào phát hiện miễn dịch, hình ảnh huỳnh quang in vivo, liệu pháp quang động, liệu pháp quang nhiệt, thuốc giải phóng kiểm soát ảnh, v.v.).
Nghiên cứu này có tiềm năng ứng dụng rất lớn và lợi ích kinh tế, và có ý nghĩa khoa học quan trọng đối với sự phát triển của nano, việc thúc đẩy sức khỏe con người và tiến bộ xã hội.
Số 2 Vật liệu từ tính Nano đất hiếm
Các vật liệu nam châm vĩnh cửu của Trái đất đã trải qua ba giai đoạn phát triển: SMCO5, SM2CO7 và ND2FE14B. Là một loại bột từ tính NDFEB nhanh chóng cho các vật liệu nam châm vĩnh cửu liên kết, kích thước hạt dao động từ 20nm đến 50nm, làm cho nó trở thành vật liệu nam châm vĩnh cửu hiếm của Nanocrystalline.
Vật liệu nanomag từ đất hiếm có đặc điểm của kích thước nhỏ, cấu trúc miền đơn và cưỡng chế cao. Việc sử dụng các vật liệu ghi từ tính có thể cải thiện tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm và chất lượng hình ảnh. Do kích thước nhỏ và độ tin cậy cao, việc sử dụng nó trong các hệ thống động cơ vi mô là một hướng quan trọng để phát triển thế hệ mới của hàng không, hàng không vũ trụ và động cơ hàng hải. Đối với bộ nhớ từ tính, chất lỏng từ tính, vật liệu điện trở từ tính khổng lồ, hiệu suất có thể được cải thiện rất nhiều, làm cho các thiết bị trở nên hiệu suất cao và thu nhỏ.
Số 3Nano đất hiếmVật liệu xúc tác
Các vật liệu xúc tác đất hiếm liên quan đến hầu hết các phản ứng xúc tác. Do hiệu ứng bề mặt, hiệu ứng thể tích và hiệu ứng kích thước lượng tử, công nghệ nano đất hiếm đã thu hút sự chú ý ngày càng thu hút. Trong nhiều phản ứng hóa học, các chất xúc tác đất hiếm được sử dụng. Nếu sử dụng các chất xúc tác đất hiếm được sử dụng, hoạt động và hiệu quả xúc tác sẽ được cải thiện rất nhiều.
Các chất xúc tác nano đất hiếm thường được sử dụng trong điều trị nứt và tinh chế xúc tác dầu khí của khí thải ô tô. Các vật liệu nano đất hiếm được sử dụng phổ biến nhất làCEO2VàLa2o3, có thể được sử dụng làm chất xúc tác và chất xúc tiến, cũng như các chất mang chất xúc tác.
Số 4Nano cerium oxitVật liệu che chắn tia cực tím
Oxit nano cerium được gọi là tác nhân phân lập tia cực tím thế hệ thứ ba, với hiệu ứng cách ly tốt và độ truyền cao. Trong mỹ phẩm, hoạt động xúc tác thấp nano ceria phải được sử dụng làm tác nhân phân lập UV. Do đó, sự chú ý của thị trường và sự công nhận của các vật liệu che chắn tia cực tím nano cerium oxit rất cao. Việc cải tiến liên tục các tích hợp mạch tích hợp đòi hỏi các vật liệu mới cho các quy trình sản xuất chip mạch tích hợp. Các vật liệu mới có yêu cầu cao hơn đối với chất lỏng đánh bóng và chất lỏng đánh bóng đất hiếm bán dẫn cần phải đáp ứng yêu cầu này, với tốc độ đánh bóng nhanh hơn và khối lượng đánh bóng ít hơn. Vật liệu đánh bóng đất hiếm có một thị trường rộng lớn.
Sự gia tăng đáng kể về quyền sở hữu xe hơi đã gây ra ô nhiễm không khí nghiêm trọng và việc lắp đặt các chất xúc tác lọc khí thải là cách hiệu quả nhất để kiểm soát ô nhiễm khí thải. Nano cerium zirconium composite oxit đóng một vai trò quan trọng trong việc cải thiện chất lượng tinh chế khí đuôi.
Số 5 vật liệu chức năng nano khác
01. Vật liệu gốm nano đất hiếm
Bột gốm nano có thể làm giảm đáng kể nhiệt độ thiêu kết, thấp hơn 200 ℃ ~ 300 ℃ so với bột gốm không nano có cùng thành phần. Thêm Nano CEO2 vào gốm sứ có thể làm giảm nhiệt độ thiêu kết, ức chế sự phát triển của mạng và cải thiện mật độ của gốm sứ. Thêm các yếu tố đất hiếm nhưY2o3, CEO2, or La2o3 to ZRO2Có thể ngăn chặn sự biến đổi pha nhiệt độ cao và sự hấp dẫn của ZRO2, và thu được biến đổi pha ZRO2 làm tăng các vật liệu kết cấu gốm.
Gốm điện tử (cảm biến điện tử, vật liệu PTC, vật liệu lò vi sóng, tụ điện, nhiệt điện trở, v.v.) được điều chế bằng cách sử dụng CEO2 siêu âm hoặc Nanoscale, Y2O3,ND2O3, SM2O3, vv đã cải thiện các đặc tính điện, nhiệt và ổn định.
Thêm các vật liệu composite quang kích hoạt động của Trái đất hiếm vào công thức men có thể chuẩn bị gốm sứ kháng khuẩn đất hiếm.
02.Rare Earth Nano Vật liệu phim mỏng
Với sự phát triển của khoa học và công nghệ, các yêu cầu về hiệu suất đối với các sản phẩm đang ngày càng trở nên nghiêm ngặt, đòi hỏi các sản phẩm cực kỳ mịn, siêu mỏng, cực cao và siêu đầy đủ. Hiện tại, có ba loại phim chính của phim Nano đất hiếm phát triển: phim nano phức tạp đất hiếm, màng nano oxit đất hiếm và phim hợp kim Nano Earth Nano hiếm. Phim Nano Earth Rare cũng đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp thông tin, xúc tác, năng lượng, vận chuyển và y học cuộc sống.
Phần kết luận
Trung Quốc là một quốc gia lớn trong tài nguyên trái đất hiếm. Sự phát triển và ứng dụng của vật liệu nano đất hiếm là một cách mới để sử dụng hiệu quả các tài nguyên đất hiếm. Để mở rộng phạm vi ứng dụng của Trái đất hiếm và thúc đẩy sự phát triển của các vật liệu chức năng mới, một hệ thống lý thuyết mới nên được thiết lập trong lý thuyết vật liệu để đáp ứng nhu cầu nghiên cứu tại Nanoscale, làm cho vật liệu nano đất hiếm có hiệu suất tốt hơn và làm cho sự xuất hiện của các tính chất và chức năng mới.
Thời gian đăng: Tháng 5-29-2023