Ritkaföldfém-nanoanyagok A ritkaföldfém-elemek egyedülálló 4f alrétegű elektronikus szerkezettel, nagy atomi mágneses momentummal, erős spin pályacsatlással és egyéb jellemzőkkel rendelkeznek, amelyek nagyon gazdag optikai, elektromos, mágneses és egyéb tulajdonságokat eredményeznek.Nélkülözhetetlen stratégiai anyagok a világ országai számára a hagyományos iparágak átalakításához és a csúcstechnológiák fejlesztéséhez, és az "új anyagok kincsesházaként" ismertek.
A hagyományos területeken, például kohászati gépek, petrolkémia, üvegkerámia és könnyű textíliák gyártása mellett,ritkaföldfémekkulcsfontosságú segédanyagok az olyan feltörekvő területeken, mint a tiszta energia, a nagy járművek, az új energiahordozók, a félvezető világítás és az új kijelzők, amelyek szorosan kapcsolódnak az emberi élethez.
Több évtizedes fejlesztés után a ritkaföldfémekkel kapcsolatos kutatások fókusza ennek megfelelően áthelyeződött az egyes nagy tisztaságú ritkaföldfémek olvasztása és szétválasztása helyett a ritkaföldfémek csúcstechnológiás alkalmazásaira a mágnesességben, optikában, elektromosságban, energiatárolásban, katalízisben, biomedicinában, és más területeken.Egyrészt az anyagrendszerben nagyobb a tendencia a ritkaföldfém-kompozit anyagok felé;Másrészt morfológiai szempontból inkább az alacsony dimenziójú funkcionális kristályanyagokra koncentrál.Különösen a modern nanotudomány fejlődésével, a nanoanyagok kis méretű hatásait, kvantumhatásait, felületi hatásait és határfelületi hatásait a ritkaföldfém elemek egyedi elektronikus rétegszerkezeti jellemzőivel kombinálva a ritkaföldfém-nanoanyagok számos új, a hagyományos anyagoktól eltérő tulajdonságot mutatnak, maximalizálva a ritkaföldfém anyagok kiváló teljesítménye, és tovább bővíti alkalmazását a hagyományos anyagok és az új high-tech gyártás területén.
Jelenleg főleg a következő nagyon ígéretes ritkaföldfém nanoanyagok vannak, nevezetesen ritkaföldfém nanolumineszcens anyagok, ritkaföldfém nanokatalitikus anyagok, ritkaföldfém nano mágneses anyagok,nano cérium-oxidultraibolya árnyékoló anyagok és egyéb nanofunkcionális anyagok.
No.1Ritkaföldfém nano lumineszcens anyagok
01. Ritkaföldfém szerves-szervetlen hibrid lumineszcens nanoanyagok
A kompozit anyagok különböző funkcionális egységeket egyesítenek molekuláris szinten, hogy komplementer és optimalizált funkciókat érjenek el.A szerves szervetlen hibrid anyagok szerves és szervetlen komponensek funkcióival rendelkeznek, jó mechanikai stabilitást, rugalmasságot, hőstabilitást és kiváló feldolgozhatóságot mutatnak.
RitkaföldfémA komplexek számos előnnyel rendelkeznek, mint például a nagy színtisztaság, a gerjesztett állapot hosszú élettartama, a nagy kvantumhozam és a gazdag emissziós spektrumvonalak.Széles körben használják számos területen, mint például a kijelző, az optikai hullámvezető erősítés, a szilárdtestlézerek, a biomarkerek és a hamisítás elleni védelem.A ritkaföldfém komplexek alacsony fototermikus stabilitása és rossz feldolgozhatósága azonban komolyan akadályozza alkalmazásukat és népszerűsítésüket.A ritkaföldfém komplexek jó mechanikai tulajdonságokkal és stabilitással rendelkező szervetlen mátrixokkal való kombinálása hatékony módja a ritkaföldfém komplexek lumineszcens tulajdonságainak javításának.
A ritkaföldfém szerves szervetlen hibrid anyagok kifejlesztése óta fejlődési tendenciáik a következő jellemzőket mutatják:
① A kémiai adalékolási módszerrel előállított hibrid anyag stabil aktív komponensekkel, magas adalékanyag-mennyiséggel és egyenletes eloszlással rendelkezik;
② Átalakulás egyfunkciós anyagokból többfunkciós anyagokká, többfunkciós anyagok fejlesztése, hogy alkalmazásuk kiterjedtebb legyen;
③ A mátrix változatos, elsősorban szilícium-dioxidtól a különféle szubsztrátumokig, mint például a titán-dioxid, szerves polimerek, agyagok és ionos folyadékok.
02. Fehér LED ritkaföldfém lumineszcens anyag
A meglévő világítási technológiákkal összehasonlítva a félvezető világítástechnikai termékek, például a fénykibocsátó diódák (LED-ek) olyan előnyökkel járnak, mint a hosszú élettartam, az alacsony energiafogyasztás, a nagy fényhatékonyság, a higanymentes, az UV-mentes és a stabil működés.Ezeket a "negyedik generációs fényforrásoknak" tekintik az izzólámpák, a fénycsövek és a nagy szilárdságú gázkisülési lámpák (HID) után.
A fehér LED chipekből, szubsztrátumokból, fényporokból és meghajtókból áll.A ritkaföldfém fluoreszcens por döntő szerepet játszik a fehér LED teljesítményében.Az elmúlt években nagy mennyiségű kutatást végeztek fehér LED foszforokkal kapcsolatban, és kiváló előrelépés történt:
① A kék LED-del (460 m) gerjesztett új típusú foszfor kifejlesztése során dopping- és módosítási kutatásokat végeztek a kék LED chipekben használt YAO2Ce-n (YAG: Ce) a fényhatékonyság és a színvisszaadás javítása érdekében;
② Az ultraibolya fénnyel (400 m) vagy ultraibolya fénnyel (360 mm) gerjesztett új fluoreszcens porok kifejlesztése szisztematikusan tanulmányozta a vörös és zöld kék fluoreszcens por összetételét, szerkezetét és spektrális jellemzőit, valamint a három fluoreszcens por különböző arányait. különböző színhőmérsékletű fehér LED készítése;
③ További munkát végeztek a fluoreszcens por előállítási folyamatának alapvető tudományos kérdéseivel, mint például az előállítási folyamatnak a fluxusra gyakorolt hatása, a fluoreszcens por minőségének és stabilitásának biztosítása érdekében.
Ezenkívül a fehér fényű LED főként fluoreszkáló por és szilikon vegyes csomagolási eljárását alkalmazza.A fluoreszkáló por rossz hővezető képessége miatt a készülék a hosszabb üzemidő miatt felmelegszik, ami a szilikon elöregedéséhez és a készülék élettartamának lerövidítéséhez vezet.Ez a probléma különösen súlyos a nagy teljesítményű fehér fényű LED-eknél.A távoli csomagolás a probléma megoldásának egyik módja azáltal, hogy fluoreszkáló port rögzítenek a hordozóhoz, és elválasztják a kék LED-es fényforrástól, ezáltal csökkentve a chip által termelt hő hatását a fluoreszkáló por lumineszcens teljesítményére.Ha a ritkaföldfém fluoreszkáló kerámiák magas hővezető képességgel, nagy korrózióállósággal, nagy stabilitással és kiváló optikai kimeneti teljesítményekkel rendelkeznek, jobban megfelelnek a nagy energiasűrűségű, nagy teljesítményű fehér LED alkalmazási követelményeinek.A nagy szinterezési aktivitású és nagy diszperziójú mikro nanoporok fontos előfeltételeivé váltak a nagy átlátszóságú ritkaföldfém optikai funkcionális kerámiák előállításának, amelyek nagy optikai kimeneti teljesítménnyel rendelkeznek.
03. Ritkaföldfém felkonverziós lumineszcens nanoanyagok
A felkonverziós lumineszcencia a lumineszcenciafolyamat egy speciális típusa, amelyet több alacsony energiájú foton lumineszcens anyagok általi abszorpciója és nagy energiájú foton-emisszió létrehozása jellemez.A hagyományos szerves festékmolekulákkal vagy kvantumpontokkal összehasonlítva a ritkaföldfém-felkonverziós lumineszcens nanoanyagok számos előnnyel rendelkeznek, mint például a nagy Stokes-eltolódást, a szűk emissziós sávot, a jó stabilitást, az alacsony toxicitást, a nagy szöveti behatolási mélységet és az alacsony spontán fluoreszcens interferenciát.Széles körű alkalmazási kilátásaik vannak az orvosbiológiai területen.
Az elmúlt években a ritkaföldfém-felkonverziós lumineszcens nanoanyagok jelentős előrehaladást értek el a szintézis, a felületmódosítás, a felület funkcionalizálása és az orvosbiológiai alkalmazások terén.Az emberek javítják az anyagok lumineszcencia-teljesítményét azáltal, hogy nanoméretben optimalizálják összetételüket, fázisállapotukat, méretüket stb., és a mag/héj struktúrát kombinálják a lumineszcencia kioltóközpontjának csökkentése érdekében, az átmenet valószínűségének növelése érdekében.Kémiai módosítással jó biokompatibilitású technológiák kidolgozása a toxicitás csökkentésére, valamint képalkotó eljárások kidolgozása a lumineszcens élő sejtek felkonverziójára és in vivo;Hatékony és biztonságos biológiai kapcsolási módszerek kidolgozása a különböző alkalmazások (immundetektáló sejtek, in vivo fluoreszcens képalkotás, fotodinamikus terápia, fototermikus terápia, fotokontrollt hatóanyagleadású gyógyszerek stb.) igényei alapján.
Ez a tanulmány óriási alkalmazási potenciállal és gazdasági haszonnal rendelkezik, és fontos tudományos jelentőséggel bír a nanomedicina fejlesztése, az emberi egészség előmozdítása és a társadalmi fejlődés szempontjából.
No.2 Ritkaföldfém nano mágneses anyagok
A ritkaföldfém állandó mágnesek három fejlesztési szakaszon mentek keresztül: SmCo5, Sm2Co7 és Nd2Fe14B.Gyorsan kioltott NdFeB mágneses por ragasztott állandó mágneses anyagokhoz, szemcsemérete 20 nm és 50 nm között van, így tipikus nanokristályos ritkaföldfém állandó mágnes.
A ritkaföldfém nanomágneses anyagok kis méretű, egydoménes szerkezetű és nagy koercitív tulajdonságokkal rendelkeznek.A mágneses rögzítőanyagok használata javíthatja a jel-zaj arányt és a képminőséget.Kis méretének és nagy megbízhatóságának köszönhetően mikromotoros rendszerekben való felhasználása fontos irányvonalat jelent az új generációs repülési, repülési és tengeri motorok fejlesztésében.A mágneses memória, a mágneses folyadék, a Giant Magneto Resistance anyagok teljesítménye nagymértékben javítható, így az eszközök nagy teljesítményűek és miniatürizálhatók.
No.3Ritkaföldfém nanokatalitikus anyagok
A ritkaföldfém-katalitikus anyagok szinte minden katalitikus reakcióban részt vesznek.A felületi hatások, a térfogathatások és a kvantumméret-hatások miatt a ritkaföldfém-nanotechnológia egyre jobban felkeltette a figyelmet.Számos kémiai reakcióban ritkaföldfém-katalizátorokat használnak.Ha ritkaföldfém nanokatalizátorokat használnak, a katalitikus aktivitás és hatékonyság nagymértékben javul.
A ritkaföldfém-nanokatalizátorokat általában a kőolaj katalitikus krakkolásában és az autók kipufogógázainak tisztításában használják.A leggyakrabban használt ritkaföldfém nanokatalitikus anyagok aCeO2ésLa2O3, amely katalizátorként és promotorként, valamint katalizátor hordozóként használható.
4. szNano cérium-oxidultraibolya árnyékoló anyag
A nanocérium-oxid a harmadik generációs ultraibolya szigetelő anyagként ismert, jó szigetelő hatással és nagy áteresztőképességgel.A kozmetikában alacsony katalitikus aktivitású nano-cériumot kell használni UV szigetelő szerként.Ezért a nano cérium-oxid ultraibolya árnyékoló anyagok piaci figyelme és elismertsége magas.Az integrált áramkörök integrációjának folyamatos fejlesztése új anyagokat igényel az integrált áramköri chipek gyártási folyamataihoz.Az új anyagoknak magasabb követelményeket támasztanak a polírozófolyadékokkal szemben, és a félvezető ritkaföldfém-polírozó folyadékoknak nagyobb polírozási sebességgel és kisebb polírozási mennyiséggel kell megfelelniük ennek a követelménynek.A ritkaföldfém-nano polírozó anyagok széles piaccal rendelkeznek.
Az autók számának jelentős növekedése komoly légszennyezést okozott, az autók kipufogógáz-tisztító katalizátorainak beszerelése a leghatékonyabb módja a kipufogógáz-szennyezés visszaszorításának.A nanocérium-cirkónium kompozit oxidok fontos szerepet játszanak a véggáz tisztításának minőségének javításában.
No.5 Egyéb nanofunkcionális anyagok
01. Ritkaföldfém nano kerámia anyagok
A nanokerámia por jelentősen csökkentheti a szinterezési hőmérsékletet, amely 200 ℃ ~ 300 ℃-kal alacsonyabb, mint az azonos összetételű nem nano kerámiaporé.A nano CeO2 kerámiákhoz való hozzáadása csökkentheti a szinterezési hőmérsékletet, gátolja a rács növekedését és javítja a kerámiák sűrűségét.Ritkaföldfém elemek hozzáadása, mint plY2O3, CeO2, or La2O3 to ZrO2megakadályozhatja a ZrO2 magas hőmérsékletű fázisátalakulását és rideggé válását, és ZrO2 fázistranszformációval edzett kerámia szerkezeti anyagokat kaphat.
Ultrafinom vagy nanoméretű CeO2, Y2O3 felhasználásával készült elektronikus kerámiák (elektronikus érzékelők, PTC anyagok, mikrohullámú anyagok, kondenzátorok, termisztorok stb.),Nd2O3, Sm2O3stb. javított elektromos, termikus és stabilitási tulajdonságokkal rendelkeznek.
Ritkaföldfém aktivált fotokatalitikus kompozit anyagok hozzáadásával a máz formulához ritkaföldfém antibakteriális kerámiák állíthatók elő.
02.Ritkaföldfém nano vékonyréteg anyagok
A tudomány és a technológia fejlődésével a termékekre vonatkozó teljesítménykövetelmények egyre szigorúbbá válnak, ami ultrafinom, ultravékony, ultra-nagy sűrűségű és ultratöltésű termékeket kíván meg.Jelenleg a kifejlesztett ritkaföldfém nanofilmek három fő kategóriája létezik: ritkaföldfém komplex nanofilmek, ritkaföldfém-oxid nanofilmek és ritkaföldfém nanoötvözetből készült filmek.A ritkaföldfém nanofilmek fontos szerepet játszanak az információs iparban, a katalízisben, az energetikában, a közlekedésben és az életgyógyászatban is.
Következtetés
Kína a ritkaföldfém-készletek jelentős országa.A ritkaföldfém-nanoanyagok fejlesztése és alkalmazása a ritkaföldfém-források hatékony felhasználásának új módja.A ritkaföldfémek alkalmazási körének kiterjesztése és az új funkcionális anyagok fejlesztésének elősegítése érdekében új elméleti rendszert kell létrehozni az anyagelméletben, amely megfelel a nanoméretű kutatási igényeknek, jobb teljesítményt nyújt a ritkaföldfém-nanoanyagoknak, és előmozdítja a megjelenést. új tulajdonságok és funkciók lehetségesek.
Feladás időpontja: 2023. május 29