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稀土納米材料應(yīng)用的研究進展
發(fā)布者：風影 發(fā)布時間：2017-06-27 14:22:03 瀏覽次數(shù)：9149
稀土被認為是新光源、新磁源、新能源等新材料的寶庫，同時也是改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、提升傳統(tǒng)產(chǎn)品的“維生素”。當今世界每六項新技術(shù)的發(fā)明，就有一項離不開稀土，稀土是21世紀戰(zhàn)略資源，所以研究稀土納米材料的應(yīng)用尤為重要。
稀土納米材料的應(yīng)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(qū)體在500℃保溫2h，在1000℃煅燒2h得到了結(jié)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發(fā)有三大類: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(fù)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(yī)藥等方面，稀土納米薄膜也都起著重要的作用。
稀土納米催化材料
稀土催化材料幾乎涉及所有催化反應(yīng)。納米由于表面效應(yīng)、體積效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)等，使稀土納米技術(shù)日益引起重視。在許多化學反應(yīng)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
納米陶瓷粉可顯著降低燒結(jié)溫度，比相同成分的非納米粉燒結(jié)溫度可降低200℃～300℃。陶瓷中添加納米CeO2可降低燒結(jié)溫度，抑制晶格生長，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(jié)構(gòu)材料。
將稀土激活光催化復(fù)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(wěn)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三個發(fā)展階段，目前燒結(jié)Nd2Fe14B稀土永磁材料的磁能積已高達432kJ//m3(54MGOe)，進入規(guī)模生產(chǎn)。作為粘結(jié)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(jié)構(gòu)、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，用于微型電機系統(tǒng)，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，因此光場在微粒范圍內(nèi)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(yīng)，對超細顆粒而言，尺寸變小，其比表面積亦顯著增加，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、資源等問題，貯氫材料的開發(fā)已成為當前材料的研究熱點，碳納米管、纖維類成本高，高比表面活性炭的貯氫溫度又太低，應(yīng)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(guī)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(chǔ)潤滑油和添加劑組成，添加劑決定潤滑油的使用性能。通過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，在高溫下長期使用其性能惡化。用在高溫下穩(wěn)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(jié)束語
我國是稀土資源大國，稀土納米材料的開發(fā)應(yīng)用，是開辟稀土資源有效利用新途徑，為擴展稀土的應(yīng)用范圍，促進了新功能材料的發(fā)展，在材料學理論上應(yīng)建立新理論體系，以適應(yīng)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(xiàn)成為可能。
稀土納米材料的應(yīng)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(qū)體在500℃保溫2h，在1000℃煅燒2h得到了結(jié)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
隨著科學技術(shù)的發(fā)展，對產(chǎn)品的性能要求也愈來愈苛刻，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。火法有磁控濺射法、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(shè)備投資大，成本高，但制備的薄膜化學穩(wěn)定性及機械穩(wěn)定性高;后者設(shè)備投資少，成本低，易于操作。當前稀土納米薄膜開發(fā)有三大類: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(fù)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(yī)藥等方面，稀土納米薄膜也都起著重要的作用。
稀土納米催化材料
稀土催化材料幾乎涉及所有催化反應(yīng)。納米由于表面效應(yīng)、體積效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)等，使稀土納米技術(shù)日益引起重視。在許多化學反應(yīng)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
納米陶瓷粉可顯著降低燒結(jié)溫度，比相同成分的非納米粉燒結(jié)溫度可降低200℃～300℃。陶瓷中添加納米CeO2可降低燒結(jié)溫度，抑制晶格生長，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(jié)構(gòu)材料。
將稀土激活光催化復(fù)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(wěn)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三個發(fā)展階段，目前燒結(jié)Nd2Fe14B稀土永磁材料的磁能積已高達432kJ//m3(54MGOe)，進入規(guī)模生產(chǎn)。作為粘結(jié)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(jié)構(gòu)、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，用于微型電機系統(tǒng)，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，因此光場在微粒范圍內(nèi)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(yīng)，對超細顆粒而言，尺寸變小，其比表面積亦顯著增加，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、資源等問題，貯氫材料的開發(fā)已成為當前材料的研究熱點，碳納米管、纖維類成本高，高比表面活性炭的貯氫溫度又太低，應(yīng)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(guī)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(chǔ)潤滑油和添加劑組成，添加劑決定潤滑油的使用性能。通過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，在高溫下長期使用其性能惡化。用在高溫下穩(wěn)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(jié)束語
我國是稀土資源大國，稀土納米材料的開發(fā)應(yīng)用，是開辟稀土資源有效利用新途徑，為擴展稀土的應(yīng)用范圍，促進了新功能材料的發(fā)展，在材料學理論上應(yīng)建立新理論體系，以適應(yīng)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(xiàn)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過程與成因，以及各種形態(tài)與納米效應(yīng)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(dǎo)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，開發(fā)其新的應(yīng)用。
來源：新材料在線
