Наноматеријали ретких земаља Елементи ретких земаља имају јединствену електронску структуру 4ф подслоја, велики атомски магнетни момент, јаку спин орбитну спрегу и друге карактеристике, што резултира веома богатим оптичким, електричним, магнетним и другим својствима.Они су незаменљиви стратешки материјали за земље широм света за трансформацију традиционалних индустрија и развој високе технологије, а познати су као „ризница нових материјала“.
Поред примене у традиционалним областима као што су металуршке машине, петрохемија, стаклена керамика и лаки текстил,ретке земљесу такође кључни помоћни материјали у новим областима као што су чиста енергија, велика возила, возила нове енергије, полупроводничка расвета и нови дисплеји, уско повезани са људским животом.
Након деценија развоја, фокус истраживања везаних за ретке земље се сходно томе померио са топљења и одвајања појединачних ретких земаља високе чистоће на високотехнолошке примене ретких земаља у магнетизму, оптици, електрицитету, складиштењу енергије, катализи, биомедицини, и друге области.С једне стране, постоји већи тренд ка композитним материјалима ретких земаља у систему материјала;С друге стране, више је фокусиран на нискодимензионалне функционалне кристалне материјале у смислу морфологије.Посебно са развојем модерне нанонауке, комбинујући ефекте мале величине, квантне ефекте, површинске ефекте и ефекте интерфејса наноматеријала са јединственим карактеристикама структуре електронског слоја елемената ретких земаља, наноматеријали ретких земаља показују многа нова својства која се разликују од традиционалних материјала, максимизирајући одличне перформансе ретких земљаних материјала, И даље проширити своју примену у областима традиционалних материјала и нове високотехнолошке производње.
Тренутно постоје углавном следећи наноматеријали ретких земаља који обећавају, наиме ретке земље нано луминисцентни материјали, ретке земље нано каталитички материјали, ретке земље нано магнетни материјали,нано церијум оксидматеријали за заштиту од ултраљубичастог зрачења и други нано функционални материјали.
бр.1Ретке земље нано луминисцентни материјали
01. Ретке земље органско-неоргански хибридни луминесцентни наноматеријали
Композитни материјали комбинују различите функционалне јединице на молекуларном нивоу да би се постигле комплементарне и оптимизоване функције.Органски неоргански хибридни материјал има функције органских и неорганских компоненти, показујући добру механичку стабилност, флексибилност, термичку стабилност и одличну прерадљивост.
Ретка земљакомплекси имају многе предности, као што су висока чистоћа боје, дуг живот побуђеног стања, висок квантни принос и богате линије емисионог спектра.Они се широко користе у многим областима, као што су дисплеј, оптичко таласоводно појачање, ласери у чврстом стању, биомаркер и заштита од фалсификовања.Међутим, ниска фототермална стабилност и лоша обрадивост комплекса ретких земаља озбиљно ометају њихову примену и промоцију.Комбиновање комплекса ретких земаља са неорганским матрицама са добрим механичким својствима и стабилношћу је ефикасан начин да се побољшају луминисцентна својства комплекса ретких земаља.
Од развоја реткоземног органског неорганског хибридног материјала, трендови њиховог развоја показују следеће карактеристике:
① Хибридни материјал добијен методом хемијског допинга има стабилне активне компоненте, високу количину допинга и уједначену дистрибуцију компоненти;
② Трансформација из једноструких функционалних материјала у мултифункционалне материјале, развој мултифункционалних материјала како би њихова примена била проширена;
③ Матрица је разнолика, од првенствено силицијум диоксида до различитих супстрата као што су титанијум диоксид, органски полимери, глине и јонске течности.
02. Бела ЛЕД ретка земља луминисцентни материјал
У поређењу са постојећим технологијама осветљења, полупроводнички производи за осветљење као што су диоде које емитују светлост (ЛЕД) имају предности као што су дуг радни век, ниска потрошња енергије, висока светлосна ефикасност, без живе, без УВ зрачења и стабилан рад.Они се сматрају „извором светлости четврте генерације“ након сијалица са жарном нити, флуоресцентних сијалица и сијалица са гасним пражњењем високе снаге (ХИД).
Бела ЛЕД диода се састоји од чипова, супстрата, фосфора и драјвера.Флуоресцентни прах ретких земаља игра кључну улогу у перформансама беле ЛЕД диоде.Последњих година обављена је велика количина истраживачког рада на белим ЛЕД фосфорима и постигнут је одличан напредак:
① Развој новог типа фосфора побуђеног плавом ЛЕД диодом (460м) спровео је истраживање допинга и модификације на ИАО2Це (ИАГ: Це) који се користи у плавим ЛЕД чиповима за побољшање светлосне ефикасности и приказивања боја;
② Развој нових флуоресцентних прахова побуђених ултраљубичастим светлом (400м) или ултраљубичастом светлошћу (360мм) систематски је проучавао састав, структуру и спектралне карактеристике црвеног и зелено плавог флуоресцентног праха, као и различите односе три флуоресцентна праха за добијање беле ЛЕД диоде са различитим температурама боје;
③ Даљи рад је обављен на основним научним питањима у процесу припреме флуоресцентног праха, као што је утицај процеса припреме на флукс, како би се осигурао квалитет и стабилност флуоресцентног праха.
Поред тога, бело светло ЛЕД углавном усваја мешовити процес паковања флуоресцентног праха и силикона.Због лоше топлотне проводљивости флуоресцентног праха, уређај ће се загрејати због продуженог радног времена, што доводи до старења силикона и скраћује радни век уређаја.Овај проблем је посебно озбиљан код ЛЕД диода белог светла велике снаге.Даљинско паковање је један од начина да се реши овај проблем причвршћивањем флуоресцентног праха на супстрат и одвајањем од плавог ЛЕД извора светлости, чиме се смањује утицај топлоте коју генерише чип на луминисцентне перформансе флуоресцентног праха.Ако флуоресцентна керамика ретких земаља има карактеристике високе топлотне проводљивости, високе отпорности на корозију, високе стабилности и одличних оптичких излазних перформанси, она може боље да испуни захтеве примене беле ЛЕД диоде велике снаге са великом густином енергије.Микро нано прахови са високом активношћу синтеровања и високом дисперзијом постали су важан предуслов за припрему високопрозирне оптичке функционалне керамике ретких земаља са високим перформансама оптичког излаза.
03.Луминесцентни наноматеријали са реткоземном конверзијом
Луминисценција навише конверзије је посебна врста процеса луминесценције коју карактерише апсорпција вишеструких фотона ниске енергије од стране луминисцентних материјала и стварање емисије фотона високе енергије.У поређењу са традиционалним молекулима органске боје или квантним тачкама, луминисцентни наноматеријали ретких земаља са упконверзијом имају многе предности као што су велики анти Стокес помак, уски емисиони опсег, добра стабилност, ниска токсичност, велика дубина продирања у ткиво и ниска спонтана флуоресцентна интерференција.Имају широке изгледе за примену у биомедицинској области.
Последњих година, луминисцентни наноматеријали ретких земаља са упконверзијом су постигли значајан напредак у синтези, модификацији површине, функционализацији површине и биомедицинским применама.Људи побољшавају перформансе луминисценције материјала оптимизацијом њиховог састава, фазног стања, величине итд. на наноскали, и комбиновањем структуре језгра/љуске да би се смањио центар за гашење луминисценције, како би се повећала вероватноћа прелаза.Хемијском модификацијом, успоставити технологије са добром биокомпатибилношћу за смањење токсичности и развити методе снимања за луминисцентне живе ћелије са повећаном конверзијом и ин виво;Развити ефикасне и безбедне методе биолошког спајања засноване на потребама различитих примена (ћелије за детекцију имунитета, ин виво флуоресцентно снимање, фотодинамичка терапија, фототермална терапија, лекови са контролисаним ослобађањем, итд.).
Ова студија има огроман потенцијал примене и економске користи, и има важан научни значај за развој наномедицине, унапређење здравља људи и друштвени напредак.
Бр.2 Нано магнетни материјали ретких земаља
Материјали трајних магнета ретких земаља прошли су кроз три развојне фазе: СмЦо5, См2Цо7 и Нд2Фе14Б.Као брзо угашени НдФеБ магнетни прах за везане трајне магнетне материјале, величина зрна се креће од 20 нм до 50 нм, што га чини типичним нанокристалним материјалом ретких земаља са трајним магнетом.
Наномагнетни материјали ретких земаља имају карактеристике мале величине, једнодоменске структуре и високе коерцитивности.Употреба материјала за магнетно снимање може побољшати однос сигнал-шум и квалитет слике.Због своје мале величине и високе поузданости, његова употреба у микро моторним системима је важан правац за развој нове генерације мотора за ваздухопловство, ваздухопловство и бродове.За магнетну меморију, магнетну течност, материјале Гиант Магнето Ресистанце, перформансе се могу знатно побољшати, чинећи да уређаји постану високих перформанси и минијатуризовани.
бр.3Нано ретке земљекаталитичких материјала
Каталитички материјали ретких земаља укључују скоро све каталитичке реакције.Због површинских ефеката, ефеката запремине и ефеката квантне величине, нанотехнологија ретких земаља све више привлачи пажњу.У многим хемијским реакцијама користе се катализатори ретких земаља.Ако се користе нанокатализатори ретких земаља, каталитичка активност и ефикасност ће се знатно побољшати.
Нанокатализатори ретких земаља се генерално користе у каталитичком крекингу нафте и третману пречишћавања издувних гасова аутомобила.Најчешће коришћени нанокаталитички материјали ретких земаља суЦеО2иЛа2О3, који се могу користити као катализатори и промотери, као и као носачи катализатора.
бр.4Нано церијум оксидултраљубичасти заштитни материјал
Нано церијум оксид је познат као ултраљубичасто изолационо средство треће генерације, са добрим изолационим ефектом и високим пропустом.У козметици, наноцерија ниске каталитичке активности мора се користити као УВ изолатор.Због тога је пажња тржишта и препознавање материјала за заштиту од ултраљубичастих ултраљубичастих нано церијум оксида велики.Континуирано унапређење интеграције интегрисаних кола захтева нове материјале за процесе производње чипова интегрисаних кола.Нови материјали имају веће захтеве за течностима за полирање, а течности за полирање полупроводника ретких земаља треба да испуне овај захтев, са већом брзином полирања и мањом запремином за полирање.Нано материјали за полирање ретких земаља имају широко тржиште.
Значајно повећање поседовања аутомобила изазвало је озбиљно загађење ваздуха, а уградња катализатора за пречишћавање издувних гасова аутомобила је најефикаснији начин контроле загађења издувним гасовима.Нано церијум цирконијум композитни оксиди играју важну улогу у побољшању квалитета пречишћавања отпадног гаса.
бр.5 Други нано функционални материјали
01. Ретке земље нано керамички материјали
Нано керамички прах може значајно смањити температуру синтеровања, која је за 200 ℃ ~ 300 ℃ нижа од оне ненано керамичког праха истог састава.Додавање нано ЦеО2 у керамику може смањити температуру синтеровања, инхибирати раст решетке и побољшати густину керамике.Додавање ретких земљаних елемената као нпрИ2О3, ЦеО2, or Ла2О3 to ЗрО2може спречити високотемпературну фазну трансформацију и крхкост ЗрО2, и добити ЗрО2 фазну трансформацију каљених керамичких структурних материјала.
Електронска керамика (електронски сензори, ПТЦ материјали, микроталасни материјали, кондензатори, термистори, итд.) припремљена коришћењем ултрафине или наноразмерне ЦеО2, И2О3,Нд2О3, См2О3итд. имају побољшана електрична, термичка својства и својства стабилности.
Додавање фотокаталитичких композитних материјала који се активирају ретком земљом у формулу глазуре може припремити антибактеријску керамику ретких земаља.
02.Ретке земље нано танкослојни материјали
Са развојем науке и технологије, захтеви за перформансе за производе постају све строжи, захтевајући ултра-фине, ултра танке, ултра-високе густине и ултра-пуњење производа.Тренутно су развијене три главне категорије нано филмова ретких земаља: комплексни нано филмови ретких земаља, нано филмови оксида ретких земаља и филмови од нано легура ретких земаља.Нано филмови ретких земаља такође играју важну улогу у информационој индустрији, катализи, енергији, транспорту и животној медицини.
Закључак
Кина је главна земља у ресурсима ретких земаља.Развој и примена наноматеријала ретких земаља је нови начин за ефикасно коришћење ресурса ретких земаља.Да би се проширио обим примене ретких земаља и промовисао развој нових функционалних материјала, требало би успоставити нови теоријски систем у теорији материјала како би се задовољиле потребе истраживања на наноразмери, омогућило да наноматеријали ретких земаља имају боље перформансе и омогућили појаву могућих нових својстава и функција.
Време поста: 29.05.2023