Bahan nano tanah jarang Unsur tanah jarang memiliki struktur elektronik sublapisan 4f yang unik, momen magnet atom yang besar, kopling orbit putaran yang kuat, dan karakteristik lainnya, sehingga menghasilkan sifat optik, listrik, magnet, dan lainnya yang sangat kaya.Bahan-bahan tersebut merupakan bahan strategis yang sangat diperlukan bagi negara-negara di seluruh dunia untuk mengubah industri tradisional dan mengembangkan teknologi tinggi, dan dikenal sebagai "rumah harta karun bahan-bahan baru".
Selain penerapannya di bidang tradisional seperti mesin metalurgi, petrokimia, keramik kaca, dan tekstil ringan,tanah jarangjuga merupakan bahan pendukung utama di bidang-bidang baru seperti energi bersih, kendaraan besar, kendaraan energi baru, penerangan semikonduktor, dan tampilan baru, yang berkaitan erat dengan kehidupan manusia.
Setelah pengembangan selama beberapa dekade, fokus penelitian terkait tanah jarang telah bergeser dari peleburan dan pemisahan tanah jarang dengan kemurnian tinggi ke penerapan teknologi tinggi tanah jarang dalam bidang magnet, optik, listrik, penyimpanan energi, katalisis, biomedis, dan bidang lainnya.Di satu sisi, terdapat kecenderungan yang lebih besar terhadap material komposit tanah jarang dalam sistem material;Di sisi lain, lebih fokus pada material kristal fungsional berdimensi rendah dari segi morfologi.Terutama dengan perkembangan ilmu nano modern, menggabungkan efek ukuran kecil, efek kuantum, efek permukaan, dan efek antarmuka bahan nano dengan karakteristik struktur lapisan elektronik unik dari unsur tanah jarang, bahan nano tanah jarang menunjukkan banyak sifat baru yang berbeda dari bahan tradisional, memaksimalkan kinerja luar biasa dari material tanah jarang, Dan semakin memperluas penerapannya di bidang material tradisional dan manufaktur berteknologi tinggi baru.
Saat ini, terdapat bahan nano tanah jarang yang sangat menjanjikan berikut ini, yaitu bahan nano luminescent tanah jarang, bahan katalitik nano tanah jarang, bahan magnet nano tanah jarang,nano cerium oksidabahan pelindung ultraviolet, dan bahan fungsional nano lainnya.
No.1Bahan nano luminescent tanah jarang
01. Bahan nano luminescent hibrida organik-anorganik tanah jarang
Bahan komposit menggabungkan unit fungsional yang berbeda pada tingkat molekuler untuk mencapai fungsi yang saling melengkapi dan optimal.Bahan hibrida anorganik organik memiliki fungsi komponen organik dan anorganik, menunjukkan stabilitas mekanik yang baik, fleksibilitas, stabilitas termal, dan kemampuan proses yang sangat baik.
Tanah langkakompleks memiliki banyak keunggulan, seperti kemurnian warna yang tinggi, masa tereksitasi yang lama, hasil kuantum yang tinggi, dan garis spektrum emisi yang kaya.Mereka banyak digunakan di berbagai bidang, seperti tampilan, amplifikasi pandu gelombang optik, laser solid-state, biomarker, dan anti-pemalsuan.Namun, stabilitas fototermal yang rendah dan kemampuan proses yang buruk dari kompleks tanah jarang sangat menghambat penerapan dan promosinya.Menggabungkan kompleks tanah jarang dengan matriks anorganik dengan sifat mekanik dan stabilitas yang baik merupakan cara yang efektif untuk meningkatkan sifat luminescent kompleks tanah jarang.
Sejak berkembangnya bahan hibrida anorganik organik tanah jarang, tren perkembangannya menunjukkan ciri-ciri sebagai berikut:
① Bahan hibrida yang diperoleh dengan metode doping kimia memiliki komponen aktif yang stabil, jumlah doping yang tinggi, dan distribusi komponen yang seragam;
② Transformasi dari material fungsional tunggal menjadi material multifungsi, mengembangkan material multifungsi agar penerapannya lebih luas;
③ Matriksnya beragam, mulai dari silika hingga berbagai substrat seperti titanium dioksida, polimer organik, tanah liat, dan cairan ionik.
02. Bahan luminescent tanah jarang LED putih
Dibandingkan dengan teknologi pencahayaan yang ada, produk pencahayaan semikonduktor seperti dioda pemancar cahaya (LED) memiliki keunggulan seperti masa pakai yang lama, konsumsi energi yang rendah, efisiensi cahaya yang tinggi, bebas merkuri, bebas UV, dan pengoperasian yang stabil.Mereka dianggap sebagai "sumber cahaya generasi keempat" setelah lampu pijar, lampu neon, dan lampu pelepasan gas (HID) berkekuatan tinggi.
LED putih terdiri dari chip, substrat, fosfor, dan driver.Bubuk fluoresen tanah jarang memainkan peran penting dalam kinerja LED putih.Dalam beberapa tahun terakhir, sejumlah besar penelitian telah dilakukan pada fosfor LED putih dan kemajuan luar biasa telah dicapai:
① Pengembangan jenis fosfor baru yang dipicu oleh LED biru (460m) telah melakukan penelitian doping dan modifikasi pada YAO2Ce (YAG: Ce) yang digunakan dalam chip LED biru untuk meningkatkan efisiensi cahaya dan rendering warna;
② Pengembangan bubuk fluoresen baru yang tereksitasi oleh sinar ultraviolet (400m) atau sinar ultraviolet (360mm) telah secara sistematis mempelajari komposisi, struktur, dan karakteristik spektral bubuk fluoresen merah dan hijau biru, serta perbedaan rasio ketiga bubuk fluoresen untuk mendapatkan LED putih dengan suhu warna berbeda;
③ Penelitian lebih lanjut telah dilakukan pada isu-isu ilmiah dasar dalam proses pembuatan bubuk fluoresen, seperti pengaruh proses preparasi terhadap fluks, untuk menjamin kualitas dan stabilitas bubuk fluoresen.
Selain itu, LED cahaya putih terutama mengadopsi proses pengemasan campuran bubuk fluoresen dan silikon.Karena konduktivitas termal yang buruk dari bubuk fluoresen, perangkat akan memanas karena waktu kerja yang lama, menyebabkan penuaan silikon dan memperpendek masa pakai perangkat.Masalah ini sangat serius pada LED cahaya putih berdaya tinggi.Pengemasan jarak jauh adalah salah satu cara untuk mengatasi masalah ini dengan menempelkan bubuk fluoresen ke substrat dan memisahkannya dari sumber cahaya LED biru, sehingga mengurangi dampak panas yang dihasilkan oleh chip terhadap kinerja pendaran bubuk fluoresen.Jika keramik fluoresen tanah jarang memiliki karakteristik konduktivitas termal yang tinggi, ketahanan korosi yang tinggi, stabilitas tinggi, dan kinerja keluaran optik yang sangat baik, keramik tersebut dapat lebih memenuhi persyaratan penerapan LED putih berdaya tinggi dengan kepadatan energi tinggi.Serbuk mikro nano dengan aktivitas sintering tinggi dan dispersi tinggi telah menjadi prasyarat penting untuk pembuatan keramik fungsional optik tanah jarang dengan transparansi tinggi dengan kinerja keluaran optik tinggi.
03. Bahan nano luminescent konversi tanah jarang
Pendaran konversi adalah jenis proses pendaran khusus yang ditandai dengan penyerapan beberapa foton berenergi rendah oleh bahan berpendar dan menghasilkan emisi foton berenergi tinggi.Dibandingkan dengan molekul pewarna organik tradisional atau titik kuantum, bahan nano luminescent upkonversi tanah jarang memiliki banyak keunggulan seperti pergeseran anti Stokes yang besar, pita emisi yang sempit, stabilitas yang baik, toksisitas rendah, kedalaman penetrasi jaringan yang tinggi, dan gangguan fluoresensi spontan yang rendah.Mereka memiliki prospek penerapan yang luas di bidang biomedis.
Dalam beberapa tahun terakhir, bahan nano luminescent konversi tanah jarang telah membuat kemajuan signifikan dalam sintesis, modifikasi permukaan, fungsionalisasi permukaan, dan aplikasi biomedis.Orang-orang meningkatkan kinerja pendaran bahan dengan mengoptimalkan komposisi, keadaan fase, ukuran, dll. pada skala nano, dan menggabungkan struktur inti/cangkang untuk mengurangi pusat pendinginan pendaran, untuk meningkatkan kemungkinan transisi.Melalui modifikasi kimia, membangun teknologi dengan biokompatibilitas yang baik untuk mengurangi toksisitas, dan mengembangkan metode pencitraan untuk meningkatkan konversi sel hidup bercahaya dan in vivo;Mengembangkan metode penggandengan biologis yang efisien dan aman berdasarkan kebutuhan aplikasi yang berbeda (sel pendeteksi kekebalan, pencitraan fluoresensi in vivo, terapi fotodinamik, terapi fototermal, obat pelepasan terkontrol foto, dll.).
Studi ini memiliki potensi penerapan dan manfaat ekonomi yang sangat besar, serta memiliki signifikansi ilmiah yang penting bagi pengembangan pengobatan nano, peningkatan kesehatan manusia, dan kemajuan sosial.
No.2 Bahan magnet nano tanah jarang
Bahan magnet permanen tanah jarang telah melalui tiga tahap pengembangan: SmCo5, Sm2Co7, dan Nd2Fe14B.Sebagai bubuk magnetik NdFeB yang dipadamkan dengan cepat untuk bahan magnet permanen terikat, ukuran butir berkisar antara 20nm hingga 50nm, menjadikannya bahan magnet permanen tanah jarang nanokristalin yang khas.
Material nanomagnetik tanah jarang mempunyai karakteristik ukuran kecil, struktur domain tunggal, dan koersivitas tinggi.Penggunaan bahan perekam magnetik dapat meningkatkan rasio signal-to-noise dan kualitas gambar.Karena ukurannya yang kecil dan keandalan yang tinggi, penggunaannya dalam sistem motor mikro merupakan arah penting bagi pengembangan generasi baru motor penerbangan, ruang angkasa, dan kelautan.Untuk memori magnetik, cairan magnetik, material Giant Magneto Resistance, kinerjanya dapat ditingkatkan secara signifikan, membuat perangkat menjadi berperforma tinggi dan berukuran kecil.
Nomor 3Nano tanah jarangbahan katalitik
Bahan katalitik tanah jarang melibatkan hampir semua reaksi katalitik.Karena efek permukaan, efek volume, dan efek ukuran kuantum, nanoteknologi tanah jarang semakin menarik perhatian.Dalam banyak reaksi kimia, katalis tanah jarang digunakan.Jika nanokatalis tanah jarang digunakan, aktivitas dan efisiensi katalitik akan sangat meningkat.
Nanokatalis tanah jarang umumnya digunakan dalam perengkahan katalitik minyak bumi dan perawatan pemurnian knalpot otomotif.Bahan nanokatalitik tanah jarang yang paling umum digunakan adalahCeO2DanLa2O3, yang dapat digunakan sebagai katalis dan promotor, serta pembawa katalis.
No.4Nano cerium oksidabahan pelindung ultraviolet
Nano cerium oksida dikenal sebagai bahan isolasi ultraviolet generasi ketiga, dengan efek isolasi yang baik dan transmitansi yang tinggi.Dalam kosmetik, nano ceria dengan aktivitas katalitik rendah harus digunakan sebagai zat pengisolasi UV.Oleh karena itu, perhatian pasar dan pengakuan bahan pelindung ultraviolet nano cerium oksida tinggi.Peningkatan berkelanjutan dari integrasi sirkuit terpadu memerlukan bahan baru untuk proses pembuatan chip sirkuit terpadu.Bahan baru memiliki persyaratan yang lebih tinggi untuk cairan pemoles, dan cairan pemoles semikonduktor tanah jarang harus memenuhi persyaratan ini, dengan kecepatan pemolesan yang lebih cepat dan volume pemolesan yang lebih sedikit.Bahan pemoles nano rare earth memiliki pasar yang luas.
Peningkatan kepemilikan mobil yang signifikan telah menyebabkan polusi udara yang serius, dan pemasangan katalis pemurnian knalpot mobil adalah cara paling efektif untuk mengendalikan polusi gas buang.Oksida komposit nano cerium zirkonium berperan penting dalam meningkatkan kualitas pemurnian gas buang.
No.5 Bahan fungsional nano lainnya
01. Bahan keramik nano tanah jarang
Serbuk keramik nano dapat menurunkan suhu sintering secara signifikan, yaitu 200 ℃~300 ℃ lebih rendah dibandingkan serbuk keramik non nano dengan komposisi yang sama.Penambahan nano CeO2 pada keramik dapat menurunkan suhu sintering, menghambat pertumbuhan kisi, dan meningkatkan kepadatan keramik.Menambahkan unsur tanah jarang sepertiY2O3, CeO2, or La2O3 to ZrO2dapat mencegah transformasi fase suhu tinggi dan penggetasan ZrO2, dan mendapatkan bahan struktur keramik yang diperkuat transformasi fase ZrO2.
Keramik elektronik (sensor elektronik, bahan PTC, bahan gelombang mikro, kapasitor, termistor, dll.) dibuat menggunakan CeO2 ultrafine atau skala nano, Y2O3,Nd2O3, Sm2O3, dll. telah meningkatkan sifat listrik, termal, dan stabilitas.
Menambahkan bahan komposit fotokatalitik yang diaktifkan tanah jarang ke dalam formula glasir dapat menyiapkan keramik antibakteri tanah jarang.
02. Bahan film tipis nano tanah jarang
Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi, persyaratan kinerja untuk produk menjadi semakin ketat, yang memerlukan produk yang sangat halus, sangat tipis, kepadatan sangat tinggi, dan pengisian yang sangat tinggi.Saat ini, ada tiga kategori utama film nano tanah jarang yang dikembangkan: film nano kompleks tanah jarang, film nano oksida tanah jarang, dan film paduan nano tanah jarang.Film nano tanah jarang juga memainkan peran penting dalam industri informasi, katalisis, energi, transportasi, dan pengobatan kehidupan.
Kesimpulan
Tiongkok adalah negara besar dalam sumber daya tanah jarang.Pengembangan dan penerapan bahan nano tanah jarang adalah cara baru untuk memanfaatkan sumber daya tanah jarang secara efektif.Untuk memperluas cakupan penerapan tanah jarang dan mendorong pengembangan bahan fungsional baru, sistem teoritis baru harus ditetapkan dalam teori bahan untuk memenuhi kebutuhan penelitian pada skala nano, membuat bahan nano tanah jarang memiliki kinerja yang lebih baik, dan membuat munculnya kemungkinan sifat dan fungsi baru.
Waktu posting: 29 Mei-2023