稀土納米材料

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1、稀土納米材料—建筑裝飾材料1定義稀土元素本身具有豐富的電子結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出許多光、電、磁的特性。稀土納米化后，表現(xiàn)出許多特性，如小尺寸效應(yīng)、高比表面效應(yīng)、量子效應(yīng)、極強的光、電、磁性質(zhì)、超導(dǎo)性、高化學(xué)活性等，能大大提高材料的性能和功能，開發(fā)出許多新材料。納米材料是指晶粒尺寸小于100ｎｍ的單晶體或多晶體,由于晶粒細小,使其晶界上的原子數(shù)多于晶粒內(nèi)部的,即產(chǎn)生高濃度晶界,因而使納米材料有許多不同于一般粗晶材料的性能,如強度和硬度增大、低密度、低彈性模量、高電阻、低熱導(dǎo)率等。納米技術(shù)是用單個的原子、分子制造物質(zhì)的科學(xué)技術(shù),以及在單個原子、分子

2、層次上對物質(zhì)存在的種類、數(shù)量和結(jié)構(gòu)形態(tài)進行精確的觀測、識別與控制的研究和應(yīng)用。目前納米技術(shù)與稀土相結(jié)合形成的新型材料主要有稀土納米陶瓷、催化劑、永磁材料、發(fā)光材料、環(huán)保材料、生物醫(yī)藥材料等。這些新型材料在信息、生命科學(xué)等領(lǐng)域必將發(fā)揮重要的作用。2稀土納米材料的應(yīng)用稀土在環(huán)境材料方面的一項重要用途是作為汽車尾氣凈化催化劑。它具有良好的催化活性、熱穩(wěn)定性、抗毒性、使用壽命和價格優(yōu)勢。北京有色金屬研究總院研制的稀土尾氣凈化催化劑主要采用氧化鈰，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所用鉑/氧化鋯·氧化鈰作為催化劑。可使汽車尾氣中的CO（一氧化碳）、HC

3、（碳氫化物）、NOX（氮氧化物）的凈化率達到60%-70%乃至更高。催化劑采用了稀土和其它氧化物等多成分的協(xié)同效應(yīng)，目前已開始應(yīng)用于多種涂料、陶瓷、搪瓷和水泥制品等建筑材料方面，能產(chǎn)生良好的抗菌和凈化效果。21稀土納米陶瓷材料陶瓷是具有悠久歷史的材料,陶瓷材料的特點是硬度高、強度高和抗腐蝕性好,即使在高溫下也如此。稀土氧化物在精細陶瓷中的應(yīng)用,主要作為添加劑來改進陶瓷的燒結(jié)性、致密度、顯微結(jié)構(gòu)等。玻璃陶瓷是應(yīng)用稀土較早的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。在玻璃陶瓷中添加稀土可改善材料性能，引起顏色變化。稀土用作玻璃的拋光材料，可提高拋光效果。稀土在玻璃陶瓷中

4、的用量約占稀土總用量的25%-30%。近年來，稀土在高技術(shù)陶瓷中也開始發(fā)揮作用。稀土元素有獨特的電子層結(jié)構(gòu)，其中不飽和的電子層（如4f電子層）受不同波長光的照射后，產(chǎn)生電子躍遷，又會發(fā)出另外波長的光。由于這種特性，稀土可用作玻璃陶瓷的各種著色劑，具有獨特的艷麗顏色。稀土陶瓷著色釉料按所呈顏色有以下種類（括號內(nèi)是含稀土著色劑的主要成分）：亮黃色（氧化鐠即鐠黃），橙色（氧化釔），淡紫色（氧化釹），鋯鐠釩綠（氧化鋯、氧化鐠、氧化釩），鋯鐠釩橙（同前），帶紅嬌黃（氧化鐠加入二氧化鈰），黃色與天藍之間（調(diào)整氧化鐠與五氧化二釩的比例），錳紅（添加

5、1-3%氧化釔）。22稀土納米催化劑在許多化學(xué)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。因為,納米微粒尺寸小,表面所占的體積百分數(shù)大,表面的鍵態(tài)和電子態(tài)與顆粒內(nèi)部不同,表面原子配位不全,導(dǎo)致表面活性位置增加,通過對納米微粒表面形態(tài)的研究表明,隨著粒徑減小,表面光滑程度變差,形成了凹凸不平的原子臺階,從而增加了化學(xué)反應(yīng)的接觸面,產(chǎn)生高擴散通道,大大增加催化反應(yīng)活性點。這就意味著稀土納米粒子催化劑具有良好的催化效果。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方面。23稀土納米永磁材料在稀土金屬

6、的晶體中,由于4ｆ層電子受到外層5ｓ和5ｐ電子層屏蔽的關(guān)系,晶體場對4ｆ電子軌道磁矩作用甚弱,甚至不起作用。所以稀土金屬的原子磁矩包含有4ｆ層電子軌道磁矩和自旋磁矩兩部分的貢獻,而鐵元素僅有3ｄ層電子自旋磁矩作貢獻。在稀土化合物中3ｄ和4ｆ金屬原子磁矩都對化合物的磁矩有貢獻,因此其磁性能更為優(yōu)良。稀土永磁材料是將釤、釹混合稀土金屬與過渡金屬(如鐵、鈷等)組成的合金,用粉末冶金方法壓型燒結(jié),經(jīng)磁場充磁后制得的一種磁性材料。稀土納米永磁材料的制備方式主要有機械合金化和急冷凝固制成非晶合金,再經(jīng)熱處理析出納米結(jié)晶兩種方式。機械合金化法是在高

7、能球磨機內(nèi)使粉末反復(fù)地歷焊接、斷裂而制備的。德國西門子公司采用機械合金法及隨后進行固態(tài)反應(yīng)的方法研制出稀土納米永磁材料,如Ｎｄ-Ｆｅ-Ｂ和Ｓｍ-Ｆｅ-Ｎ磁體。制備Ｎｄ-Ｆｅ-Ｂ粉時,先用機械合金化法制得球磨粉Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂ(晶粒50ｎｍ),經(jīng)過退火就可得到各向同性納米磁粉。這種磁粉加入樹脂,可得粘結(jié)型ＭＭ1永磁材料,其矯頑力為15.8ｋＡｃｍ。各向同性磁粉用軸熱壓成型法制得各向同性ＭＭ2壓制磁體,進行熱壓可制得致密的磁體(ＭＭ2),其矯頑力為16.1ｋＡｃｍ。各向同性磁粉采用模壓鐓鍛,經(jīng)熱變形織構(gòu)化,可制得各向異性磁體ＭＭ3,其矯頑

8、力為10.7ｋＡｃｍ。24稀土納米發(fā)光材料納米稀土發(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