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稀土納米材料應用的研究進(jìn)展
發(fā)布者：風(fēng)影 發(fā)布時(shí)間：2017-06-27 14:22:03 瀏覽次數：9706
稀土被認為是新光源、新磁源、新能源等新材料的寶庫，同時(shí)也是改造傳統產(chǎn)業(yè)、提升傳統產(chǎn)品的“維生素”。當今世界每六項新技術(shù)的發(fā)明，就有一項離不開(kāi)稀土，稀土是21世紀戰略資源，所以研究稀土納米材料的應用尤為重要。
稀土納米材料的應用
稀土納米粉體
稀土化合物納米粉體，既是一種新材料，又是一種新材料的原料。目前實(shí)驗室和工業(yè)上制備稀土納米粉體的方法有:溶膠－凝膠法、沉淀法、水解法、燃燒法、熱分解法等。徐國綱等以三乙醇胺和氨水為凝膠劑，利用溶膠－凝膠方法制備了組成為Y2(OH)5．14(NO3)0.86H2O的前驅體在500℃保溫2h，在1000℃煅燒2h得到了結晶度高、分散性好、平均粒徑為50nm、近球形的Y2O3納米粉體。劉志強等在CeCl3溶液中加入PEG活性劑，碳銨為沉淀劑，用沉淀法制備出50nm的氧化鈰。
當前稀土納米薄膜開(kāi)發(fā)有三大類(lèi):稀土配合物納米薄膜、稀土氧化物納米薄膜、稀土納米合金薄膜。目前已經(jīng)制備出CeO2、Y2O3、La2O3、Nd2O3、Eu2O3、Gd2O3、Dy2O3、Er2O3、Ho2O3、Tm2O3等稀土氧化物納米薄膜，CeO2－ZrO2、Y2O3－ZrO2復合物及NdFeB永磁材料等薄膜。在信息產(chǎn)業(yè)、催化、能源、交通及生命醫藥等方面，稀土納米薄膜也都起著(zhù)重要的作用。
稀土納米催化材料
稀土催化材料幾乎涉及所有催化反應。納米由于表面效應、體積效應和量子尺寸效應等，使稀土納米技術(shù)日益引起重視。在許多化學(xué)反應中，使用稀土催化劑，若使用稀土納米催化劑，催化活性、催化效率將大幅提高。
稀土納米催化劑一般用在石油催化裂化和汽車(chē)尾氣的凈化處理等方面。最常用的稀土納米催化材料是CeO2和La2O3，既可作催化劑和助劑，又可以用于催化劑載體。
稀土納米陶瓷
納米陶瓷粉可顯著(zhù)降低燒結溫度，比相同成分的非納米粉燒結溫度可降低200℃～300℃。陶瓷中添加納米CeO2可降低燒結溫度，抑制晶格生長(cháng)，提高陶瓷的致密性。在ZrO2中添加Y2O3、CeO2或La2O3等稀土元素，可防止ZrO2高溫相變和變脆，得到ZrO2相變增韌陶瓷結構材料。
將稀土激活光催化復合材料加在釉料配方中，可制備抗菌陶瓷。使用超細或納米級的CeO2、Y2O3、Nd2O3、Sm2O3等制備的電子陶瓷(電子傳感器、PTC材料、微波材料、電容器、熱敏電阻等)，電性能、熱性能、穩定性得到改善。
稀土納米磁性材料
稀土永磁材料已經(jīng)歷了SmCo5、Sm2Co7及Nd2Fe14B三個(gè)發(fā)展階段，目前燒結Nd2Fe14B稀土永磁材料的磁能積已高達432kJ//m3(54MGOe)，進(jìn)入規模生產(chǎn)。作為粘結永磁體材料的快淬NdFeB磁粉，晶粒尺寸為20nm～50nm，為典型的納米晶稀土永磁材料。
稀土納米磁性材料由于尺寸小、具有單磁疇結構、矯頑力很高的特性。用于制作磁記錄材料可以提高信噪比，改善圖像質(zhì)量。由于其體積小、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，用于微型電機系統，是新一代航空、航天和航海電機發(fā)展的重要方向。用于磁存儲器、磁流體、巨磁阻材料，性能可大大提高，使器件變得高性能、小型化。
稀土納米發(fā)光
納米稀土發(fā)光材料的顆粒尺度通常小于激發(fā)或發(fā)射光波的波長(cháng)，因此光場(chǎng)在微粒范圍內可以近似為均勻的，不存在對光波的限域作用引起的微腔效應，對超細顆粒而言，尺寸變小，其比表面積亦顯著(zhù)增加，產(chǎn)生大的表面態(tài)密度。
稀土納米貯氫材料
為了解決能源、環(huán)境、資源等問(wèn)題，貯氫材料的開(kāi)發(fā)已成為當前材料的研究熱點(diǎn)，碳納米管、纖維類(lèi)成本高，高比表面活性炭的貯氫溫度又太低，應用范圍受限，用有機液體貯氫脫氫困難;而用稀土納米合金材料貯氫成本較低，可大規模生產(chǎn)。
其他功能材料
>>>>稀土納米潤滑材料
潤滑油脂是由基礎潤滑油和添加劑組成，添加劑決定潤滑油的使用性能。通過(guò)二烷基二硫代磷酸吡啶鹽(pyDDP)、納米NaF、La(NO3)3合成的LaF3－DDP納米粉做添加劑，做成的潤滑油承載能力和抗磨損能力得到顯著(zhù)提高。
>>>>超高強耐熱合金
航天、原子能等方面需要能耐高溫、韌性好和重量輕的金屬材料。往往在合金中加入一些添加劑以增加強度，但在高溫下一般添加物有粗化的趨向，在高溫下長(cháng)期使用其性能惡化。用在高溫下穩定的Y2O3納米粉末均勻地彌散到合金中，能獲得強化的超耐熱合金，可用于火焰噴射器噴口。
結束語(yǔ)
我國是稀土資源大國，稀土納米材料的開(kāi)發(fā)應用，是開(kāi)辟稀土資源有效利用新途徑，為擴展稀土的應用范圍，促進(jìn)了新功能材料的發(fā)展，在材料學(xué)理論上應建立新理論體系，以適應納米尺度的研究需要，使稀土納米材料具有更佳的性能，使新的性能、功能的出現成為可能。
稀土納米材料的應用
稀土納米粉體
稀土化合物納米粉體，既是一種新材料，又是一種新材料的原料。目前實(shí)驗室和工業(yè)上制備稀土納米粉體的方法有:溶膠－凝膠法、沉淀法、水解法、燃燒法、熱分解法等。徐國綱等以三乙醇胺和氨水為凝膠劑，利用溶膠－凝膠方法制備了組成為Y2(OH)5．14(NO3)0.86H2O的前驅體在500℃保溫2h，在1000℃煅燒2h得到了結晶度高、分散性好、平均粒徑為50nm、近球形的Y2O3納米粉體。劉志強等在CeCl3溶液中加入PEG活性劑，碳銨為沉淀劑，用沉淀法制備出50nm的氧化鈰。
稀土納米薄膜材料
隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對產(chǎn)品的性能要求也愈來(lái)愈苛刻，要求產(chǎn)品超細化、超簿化、超高密度化及超充填化。薄膜制備方法分火法和濕法兩大類(lèi)?；鸱ㄓ写趴貫R射法、噴霧熱解法、惰性氣體冷凝法、氫或惰性氣氛CVD法等，采用等離子、激光、電子束、電弧等加熱;濕法有溶膠－凝膠法、水熱法、超臨界水熱合成法、沉淀法等。前者設備投資大，成本高，但制備的薄膜化學(xué)穩定性及機械穩定性高;后者設備投資少，成本低，易于操作。當前稀土納米薄膜開(kāi)發(fā)有三大類(lèi):稀土配合物納米薄膜、稀土氧化物納米薄膜、稀土納米合金薄膜。目前已經(jīng)制備出CeO2、Y2O3、La2O3、Nd2O3、Eu2O3、Gd2O3、Dy2O3、Er2O3、Ho2O3、Tm2O3等稀土氧化物納米薄膜，CeO2－ZrO2、Y2O3－ZrO2復合物及NdFeB永磁材料等薄膜。在信息產(chǎn)業(yè)、催化、能源、交通及生命醫藥等方面，稀土納米薄膜也都起著(zhù)重要的作用。
稀土納米催化材料
稀土催化材料幾乎涉及所有催化反應。納米由于表面效應、體積效應和量子尺寸效應等，使稀土納米技術(shù)日益引起重視。在許多化學(xué)反應中，使用稀土催化劑，若使用稀土納米催化劑，催化活性、催化效率將大幅提高。
稀土納米催化劑一般用在石油催化裂化和汽車(chē)尾氣的凈化處理等方面。最常用的稀土納米催化材料是CeO2和La2O3，既可作催化劑和助劑，又可以用于催化劑載體。
稀土納米陶瓷
納米陶瓷粉可顯著(zhù)降低燒結溫度，比相同成分的非納米粉燒結溫度可降低200℃～300℃。陶瓷中添加納米CeO2可降低燒結溫度，抑制晶格生長(cháng)，提高陶瓷的致密性。在ZrO2中添加Y2O3、CeO2或La2O3等稀土元素，可防止ZrO2高溫相變和變脆，得到ZrO2相變增韌陶瓷結構材料。
將稀土激活光催化復合材料加在釉料配方中，可制備抗菌陶瓷。使用超細或納米級的CeO2、Y2O3、Nd2O3、Sm2O3等制備的電子陶瓷(電子傳感器、PTC材料、微波材料、電容器、熱敏電阻等)，電性能、熱性能、穩定性得到改善。
稀土納米磁性材料
稀土永磁材料已經(jīng)歷了SmCo5、Sm2Co7及Nd2Fe14B三個(gè)發(fā)展階段，目前燒結Nd2Fe14B稀土永磁材料的磁能積已高達432kJ//m3(54MGOe)，進(jìn)入規模生產(chǎn)。作為粘結永磁體材料的快淬NdFeB磁粉，晶粒尺寸為20nm～50nm，為典型的納米晶稀土永磁材料。
稀土納米磁性材料由于尺寸小、具有單磁疇結構、矯頑力很高的特性。用于制作磁記錄材料可以提高信噪比，改善圖像質(zhì)量。由于其體積小、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，用于微型電機系統，是新一代航空、航天和航海電機發(fā)展的重要方向。用于磁存儲器、磁流體、巨磁阻材料，性能可大大提高，使器件變得高性能、小型化。
稀土納米發(fā)光
納米稀土發(fā)光材料的顆粒尺度通常小于激發(fā)或發(fā)射光波的波長(cháng)，因此光場(chǎng)在微粒范圍內可以近似為均勻的，不存在對光波的限域作用引起的微腔效應，對超細顆粒而言，尺寸變小，其比表面積亦顯著(zhù)增加，產(chǎn)生大的表面態(tài)密度。
稀土納米貯氫材料
為了解決能源、環(huán)境、資源等問(wèn)題，貯氫材料的開(kāi)發(fā)已成為當前材料的研究熱點(diǎn)，碳納米管、纖維類(lèi)成本高，高比表面活性炭的貯氫溫度又太低，應用范圍受限，用有機液體貯氫脫氫困難;而用稀土納米合金材料貯氫成本較低，可大規模生產(chǎn)。
其他功能材料
>>>>稀土納米潤滑材料
潤滑油脂是由基礎潤滑油和添加劑組成，添加劑決定潤滑油的使用性能。通過(guò)二烷基二硫代磷酸吡啶鹽(pyDDP)、納米NaF、La(NO3)3合成的LaF3－DDP納米粉做添加劑，做成的潤滑油承載能力和抗磨損能力得到顯著(zhù)提高。
>>>>超高強耐熱合金
航天、原子能等方面需要能耐高溫、韌性好和重量輕的金屬材料。往往在合金中加入一些添加劑以增加強度，但在高溫下一般添加物有粗化的趨向，在高溫下長(cháng)期使用其性能惡化。用在高溫下穩定的Y2O3納米粉末均勻地彌散到合金中，能獲得強化的超耐熱合金，可用于火焰噴射器噴口。
結束語(yǔ)
我國是稀土資源大國，稀土納米材料的開(kāi)發(fā)應用，是開(kāi)辟稀土資源有效利用新途徑，為擴展稀土的應用范圍，促進(jìn)了新功能材料的發(fā)展，在材料學(xué)理論上應建立新理論體系，以適應納米尺度的研究需要，使稀土納米材料具有更佳的性能，使新的性能、功能的出現成為可能。
對于形態(tài)各異的稀土納米材料，重要的是研究其生長(cháng)過(guò)程與成因，以及各種形態(tài)與納米效應的相關(guān)性:對于具有4f電子的稀土元素，由于外殼層的屏蔽使其在某些性質(zhì)不如半導體納米晶變化那么明顯，如何真正確認納米化后稀土材料的特性，有待深入研究;更重要的是發(fā)揮稀土納米材料的優(yōu)異特性，開(kāi)發(fā)其新的應用。
來(lái)源：新材料在線(xiàn)
