Retųjų žemių nanomedžiagos Retųjų žemių elementai turi unikalią 4f posluoksnio elektroninę struktūrą, didelį atominį magnetinį momentą, stiprią sukimosi orbitos jungtį ir kitas charakteristikas, todėl pasižymi labai turtingomis optinėmis, elektrinėmis, magnetinėmis ir kitomis savybėmis.Tai yra nepakeičiamos strateginės medžiagos viso pasaulio šalims, siekiant transformuoti tradicines pramonės šakas ir plėtoti aukštąsias technologijas, ir yra žinomos kaip „naujų medžiagų lobynas“.
Be pritaikymo tradicinėse srityse, tokiose kaip metalurgijos mašinos, naftos chemijos produktai, stiklo keramika ir lengva tekstilė,retųjų žemiųtaip pat yra pagrindinės pagalbinės medžiagos naujose srityse, tokiose kaip švari energija, didelės transporto priemonės, naujos energijos transporto priemonės, puslaidininkinis apšvietimas ir nauji ekranai, glaudžiai susiję su žmogaus gyvenimu.
Po dešimtmečius trukusios plėtros su retųjų žemių žemėmis susijusių tyrimų dėmesys atitinkamai persikėlė nuo pavienių didelio grynumo retųjų žemių metalų lydymo ir atskyrimo prie aukštųjų technologijų retųjų žemių metalų pritaikymo magnetizme, optikoje, elektroje, energijos kaupime, katalizėje, biomedicinoje, ir kitose srityse.Viena vertus, medžiagų sistemoje pastebima didesnė retųjų žemių kompozitinių medžiagų tendencija;Kita vertus, morfologijos požiūriu jis labiau orientuotas į mažų matmenų funkcines kristalines medžiagas.Ypač tobulėjant šiuolaikiniam nanomokslui, derinant nanomedžiagų mažo dydžio efektus, kvantinius efektus, paviršiaus efektus ir sąsajos efektus su unikaliomis retųjų žemių elementų elektroninio sluoksnio struktūros charakteristikomis, retųjų žemių nanomedžiagos pasižymi daugybe naujų savybių, kurios skiriasi nuo tradicinių medžiagų, o tai leidžia maksimaliai padidinti. puikus retųjų žemių medžiagų veikimas ir toliau plėsti jo taikymą tradicinių medžiagų ir naujų aukštųjų technologijų gamybos srityse.
Šiuo metu daugiausia yra šios labai perspektyvios retųjų žemių nanomedžiagos, būtent retųjų žemių nano liuminescencinės medžiagos, retųjų žemių nanokatalizinės medžiagos, retųjų žemių nanomagnetinės medžiagos,nano cerio oksidasultravioletinių spindulių ekranavimo medžiagos ir kitos nano funkcinės medžiagos.
Nr.1Retųjų žemių nano liuminescencinės medžiagos
01. Retųjų žemių organinės-neorganinės hibridinės liuminescencinės nanomedžiagos
Sudėtinės medžiagos sujungia skirtingus funkcinius vienetus molekuliniu lygmeniu, kad būtų pasiektos viena kitą papildančios ir optimizuotos funkcijos.Organinės neorganinės hibridinės medžiagos atlieka organinių ir neorganinių komponentų funkcijas, pasižyminčius geru mechaniniu stabilumu, lankstumu, terminiu stabilumu ir puikiu apdirbamumu.
Reta žemėkompleksai turi daug privalumų, tokių kaip didelis spalvų grynumas, ilgas sužadintos būsenos tarnavimo laikas, didelis kvantinis derlius ir turtingos emisijos spektro linijos.Jie plačiai naudojami daugelyje sričių, tokių kaip ekranas, optinio bangolaidžio stiprinimas, kietojo kūno lazeriai, biologinis žymeklis ir kova su padirbinėjimu.Tačiau mažas fototerminis stabilumas ir prastas retųjų žemių kompleksų apdirbamumas rimtai trukdo jų taikymui ir reklamai.Retųjų žemių kompleksų derinimas su gerų mechaninių savybių ir stabilumo neorganinėmis matricomis yra veiksmingas būdas pagerinti retųjų žemių kompleksų liuminescencines savybes.
Nuo retųjų žemių organinės neorganinės hibridinės medžiagos sukūrimo, jų vystymosi tendencijos rodo šias charakteristikas:
① Mišri medžiaga, gauta cheminiu dopingo metodu, turi stabilius aktyvius komponentus, didelį dopingo kiekį ir vienodą komponentų pasiskirstymą;
② Transformavimas iš pavienių funkcinių medžiagų į daugiafunkcines medžiagas, daugiafunkcinių medžiagų kūrimas, kad jų pritaikymas būtų platesnis;
③ Matrica yra įvairi: nuo daugiausia silicio dioksido iki įvairių substratų, tokių kaip titano dioksidas, organiniai polimerai, molis ir joniniai skysčiai.
02. Balta LED retųjų žemių liuminescencinė medžiaga
Palyginti su esamomis apšvietimo technologijomis, puslaidininkiniai apšvietimo produktai, tokie kaip šviesos diodai (LED), turi tokius pranašumus kaip ilgas tarnavimo laikas, mažos energijos sąnaudos, didelis šviesos efektyvumas, be gyvsidabrio, be UV spindulių ir stabilus veikimas.Jie laikomi „ketvirtos kartos šviesos šaltiniu“ po kaitrinių lempų, fluorescencinių lempų ir didelio stiprumo dujų išlydžio lempų (HID).
Baltas šviesos diodas susideda iš lustų, substratų, fosforo ir tvarkyklių.Retųjų žemių fluorescenciniai milteliai vaidina lemiamą vaidmenį baltos šviesos diodų veikime.Pastaraisiais metais buvo atlikta daug baltųjų LED luminoforų tyrimų ir padaryta puiki pažanga:
① Kuriant naujo tipo fosforą, sužadinamą mėlynu šviesos diodu (460 m), buvo atlikti YAO2Ce (YAG: Ce) dopingo ir modifikacijų tyrimai, naudojami mėlynuose LED lustuose, siekiant pagerinti šviesos efektyvumą ir spalvų perteikimą;
② Kuriant naujus fluorescencinius miltelius, sužadintus ultravioletine šviesa (400 m) arba ultravioletine šviesa (360 mm), buvo sistemingai tiriama raudonos ir žalios mėlynos spalvos fluorescencinių miltelių sudėtis, struktūra ir spektrinės charakteristikos, taip pat skirtingi trijų fluorescencinių miltelių santykiai. gauti baltą šviesos diodą su skirtingomis spalvų temperatūromis;
③ Tolesnis darbas buvo atliktas su pagrindiniais moksliniais klausimais ruošiant fluorescencinius miltelius, tokius kaip paruošimo proceso įtaka srautui, siekiant užtikrinti fluorescencinių miltelių kokybę ir stabilumą.
Be to, baltos šviesos diodas daugiausia naudoja mišrų fluorescencinių miltelių ir silikono pakavimo procesą.Dėl prasto fluorescencinių miltelių šilumos laidumo prietaisas įkais dėl ilgesnio darbo laiko, dėl to silikonas sensta ir sutrumpėja prietaiso tarnavimo laikas.Ši problema ypač rimta didelės galios baltos šviesos šviesos dioduose.Nuotolinis pakavimas yra vienas iš būdų išspręsti šią problemą, pritvirtinant fluorescencinius miltelius prie pagrindo ir atskiriant juos nuo mėlynos šviesos diodų šviesos šaltinio, taip sumažinant mikroschemos generuojamos šilumos įtaką fluorescencinių miltelių liuminescencinėms savybėms.Jei retųjų žemių fluorescencinė keramika pasižymi dideliu šilumos laidumu, dideliu atsparumu korozijai, dideliu stabilumu ir puikiomis optinėmis išvesties savybėmis, jie gali geriau atitikti didelio energijos tankio balto šviesos diodo taikymo reikalavimus.Mikro nano milteliai, turintys didelį sukepinimo aktyvumą ir didelę dispersiją, tapo svarbia prielaida ruošiant didelio skaidrumo retųjų žemių optinę funkcinę keramiką, pasižyminčią dideliu optiniu išvesties našumu.
03. Retųjų žemių aukštyn konversijos liuminescencinės nanomedžiagos
Viršutinė liuminescencija yra specialus liuminescencijos proceso tipas, kuriam būdinga daug mažos energijos fotonų absorbcija liuminescencinėmis medžiagomis ir didelės energijos fotonų emisijos generavimas.Palyginti su tradicinėmis organinių dažų molekulėmis arba kvantiniais taškais, retųjų žemių aukštyn konvertuojančios liuminescencinės nanomedžiagos turi daug privalumų, tokių kaip didelis anti Stokso poslinkis, siaura emisijos juosta, geras stabilumas, mažas toksiškumas, didelis įsiskverbimo į audinius gylis ir maži spontaniški fluorescenciniai trukdžiai.Jie turi plačias taikymo perspektyvas biomedicinos srityje.
Pastaraisiais metais retųjų žemių aukštyn konversijos liuminescencinės nanomedžiagos padarė didelę pažangą sintezės, paviršiaus modifikavimo, paviršiaus funkcionalizacijos ir biomedicinos srityse.Žmonės pagerina medžiagų liuminescencines charakteristikas, optimizuodami jų sudėtį, fazės būseną, dydį ir kt. nanoskalėje ir derindami šerdies / apvalkalo struktūrą, kad sumažintų liuminescencijos gesinimo centrą, kad padidintų perėjimo tikimybę.Chemiškai modifikuojant sukurti technologijas, turinčias gerą biologinį suderinamumą, siekiant sumažinti toksiškumą, ir sukurti vaizdo gavimo metodus, skirtus liuminescencinėms gyvoms ląstelėms ir in vivo;Sukurti veiksmingus ir saugius biologinio sujungimo metodus, pagrįstus skirtingų pritaikymų (imuninės aptikimo ląstelės, fluorescencinis vaizdas in vivo, fotodinaminė terapija, fototerminė terapija, foto kontroliuojamo atpalaidavimo vaistai ir kt.) poreikiais.
Šis tyrimas turi didžiulį taikymo potencialą ir ekonominę naudą bei turi svarbią mokslinę reikšmę nanomedicinos plėtrai, žmonių sveikatos skatinimui ir socialinei pažangai.
Nr.2 Retųjų žemių nanomagnetinės medžiagos
Retųjų žemių nuolatinių magnetų medžiagos išgyveno tris vystymosi etapus: SmCo5, Sm2Co7 ir Nd2Fe14B.Kaip greitai gesinami NdFeB magnetiniai milteliai, skirti sujungtoms nuolatinio magneto medžiagoms, grūdelių dydis svyruoja nuo 20 nm iki 50 nm, todėl tai yra tipiška nanokristalinė retųjų žemių nuolatinio magneto medžiaga.
Retųjų žemių nanomagnetinės medžiagos turi mažo dydžio, vieno domeno struktūros ir didelės koercinės savybės.Magnetinių įrašymo medžiagų naudojimas gali pagerinti signalo ir triukšmo santykį bei vaizdo kokybę.Dėl mažo dydžio ir didelio patikimumo jo naudojimas mikro variklių sistemose yra svarbi kryptis kuriant naujos kartos aviacijos, kosmoso ir jūrų variklius.Magnetinės atminties, magnetinio skysčio, Giant Magneto Resistance medžiagų našumas gali būti labai pagerintas, todėl įrenginiai tampa didelio našumo ir miniatiūriniai.
Nr.3Retųjų žemių nanokatalizinės medžiagos
Retųjų žemių katalizinės medžiagos apima beveik visas katalizines reakcijas.Dėl paviršiaus efektų, tūrio efektų ir kvantinio dydžio efektų retųjų žemių nanotechnologijos vis labiau patraukė dėmesį.Daugelyje cheminių reakcijų naudojami retųjų žemių katalizatoriai.Jei naudojami retųjų žemių nanokatalizatoriai, katalizinis aktyvumas ir efektyvumas labai pagerės.
Retųjų žemių nanokatalizatoriai paprastai naudojami naftos kataliziniam krekingui ir automobilių išmetamųjų dujų valymui.Dažniausiai naudojamos retųjų žemių nanokatalitinės medžiagos yraCeO2irLa2O3, kurie gali būti naudojami kaip katalizatoriai ir promotoriai, taip pat kaip katalizatoriaus nešikliai.
Nr.4Nano cerio oksidasultravioletinių spindulių apsauginė medžiaga
Nano cerio oksidas yra žinomas kaip trečios kartos ultravioletinių spindulių izoliavimo agentas, pasižymintis geru izoliacijos efektu ir dideliu pralaidumu.Kosmetikoje kaip UV izoliacinė medžiaga turi būti naudojama mažo katalizinio aktyvumo nanocerija.Todėl nano cerio oksido ultravioletinių ekranavimo medžiagų rinkos dėmesys ir pripažinimas yra didelis.Nuolatinis integrinių grandynų integravimo tobulinimas reikalauja naujų medžiagų integrinių grandynų lustų gamybos procesams.Naujoms medžiagoms keliami aukštesni reikalavimai poliravimo skysčiams, o puslaidininkiniai retųjų žemių poliravimo skysčiai turi atitikti šį reikalavimą, nes jie turi didesnį poliravimo greitį ir mažesnį poliravimo tūrį.Nano retųjų žemių poliravimo medžiagos turi plačią rinką.
Didelis automobilių nuosavybės padidėjimas sukėlė rimtą oro taršą, o automobilių išmetamųjų dujų valymo katalizatorių įrengimas yra efektyviausias būdas kontroliuoti išmetamųjų teršalų taršą.Nano cerio cirkonio kompozitiniai oksidai atlieka svarbų vaidmenį gerinant išmetamųjų dujų valymo kokybę.
Nr.5 Kitos nano funkcinės medžiagos
01. Retųjų žemių nanokeraminės medžiagos
Nanokeraminiai milteliai gali žymiai sumažinti sukepinimo temperatūrą, kuri yra 200 ℃ ~ 300 ℃ žemesnė nei ne nanokeraminių miltelių, kurių sudėtis tokia pati.Nano CeO2 pridėjimas prie keramikos gali sumažinti sukepinimo temperatūrą, slopinti grotelių augimą ir pagerinti keramikos tankį.Pridedant retųjų žemių elementų, tokių kaipY2O3, CeO2, or La2O3 to ZrO2gali užkirsti kelią aukštos temperatūros fazinei transformacijai ir ZrO2 trapumui bei gauti ZrO2 fazės transformacijos grūdintas keramines konstrukcines medžiagas.
Elektroninė keramika (elektroniniai jutikliai, PTC medžiagos, mikrobangų krosnelės, kondensatoriai, termistoriai ir t. t.), pagaminta naudojant itin smulkų arba nanoskopinį CeO2, Y2O3,Nd2O3, Sm2O3ir tt turi geresnes elektrines, šilumines ir stabilumo savybes.
Į glazūros formulę pridėjus retųjų žemių aktyvuotų fotokatalizinių kompozitinių medžiagų, galima paruošti retųjų žemių antibakterinę keramiką.
02.Retųjų žemių nano plonasluoksnės medžiagos
Tobulėjant mokslui ir technologijoms, gaminių eksploataciniai reikalavimai tampa vis griežtesni, todėl gaminiai turi būti itin smulkūs, itin ploni, itin didelio tankio ir itin užpildyti.Šiuo metu yra sukurtos trys pagrindinės retųjų žemių nanoplėvelių kategorijos: retųjų žemių kompleksinės nanoplėvelės, retųjų žemių oksido nanoplėvelės ir retųjų žemių nano lydinio plėvelės.Retųjų žemių nanofilmai taip pat atlieka svarbų vaidmenį informacijos pramonėje, katalizėje, energetikoje, transporte ir gyvybės medicinoje.
Išvada
Kinija yra pagrindinė retųjų žemių išteklių šalis.Retųjų žemių nanomedžiagų kūrimas ir taikymas yra naujas būdas efektyviai panaudoti retųjų žemių išteklius.Siekiant išplėsti retųjų žemių medžiagų taikymo sritį ir skatinti naujų funkcinių medžiagų kūrimą, medžiagų teorijoje turėtų būti sukurta nauja teorinė sistema, kuri atitiktų nanoskalės tyrimų poreikius, pagerintų retųjų žemių nanomedžiagų našumą ir paskatintų jų atsiradimą. galimų naujų savybių ir funkcijų.
Paskelbimo laikas: 2023-05-29