稀土纳米材料应用的研究进展

稀土被认为是新光源、新磁源、新能源等新材料的宝库,同时也是改造传统产业、提升传统产品的“维生素”。当今世界每六项新技术的发明,就有一项离不开稀土,稀土是21世纪战略资源,所以研究稀土纳米材料的应用尤为重要。 

稀土纳米材料的应用 

稀土纳米粉体 

稀土化合物纳米粉体,既是一种新材料,又是一种新材料的原料。目前实验室和工业上制备稀土纳米粉体的方法有:溶胶-凝胶法、沉淀法、水解法、燃烧法、热分解法等。徐国纲等以三乙醇胺和氨水为凝胶剂,利用溶胶-凝胶方法制备了组成为Y2(OH)5.14(NO3)0.86H2O的前驱体在500℃保温2h,在1000℃煅烧2h得到了结晶度高、分散性好、平均粒径为50nm、近球形的Y2O3纳米粉体。刘志强等在CeCl3溶液中加入PEG活性剂,碳铵为沉淀剂,用沉淀法制备出50nm的氧化铈。 

稀土纳米薄膜材料 

随着科学技术的发展,对产品的性能要求也愈来愈苛刻,要求产品超细化、超簿化、超高密度化及超充填化。薄膜制备方法分火法和湿法两大类。火法有磁控溅射法、喷雾热解法、惰性气体冷凝法、氢或惰性气氛CVD法等,采用等离子、激光、电子束、电弧等加热;湿法有溶胶-凝胶法、水热法、超临界水热合成法、沉淀法等。前者设备投资大,成本高,但制备的薄膜化学稳定性及机械稳定性高;后者设备投资少,成本低,易于操作。 

当前稀土纳米薄膜开发有三大类:稀土配合物纳米薄膜、稀土氧化物纳米薄膜、稀土纳米合金薄膜。目前已经制备出CeO2、Y2O3、La2O3、Nd2O3、Eu2O3、Gd2O3、Dy2O3、Er2O3、Ho2O3、Tm2O3等稀土氧化物纳米薄膜,CeO2-ZrO2、Y2O3-ZrO2复合物及NdFeB永磁材料等薄膜。在信息产业、催化、能源、交通及生命医药等方面,稀土纳米薄膜也都起着重要的作用。 
稀土纳米催化材料 

稀土催化材料几乎涉及所有催化反应。纳米由于表面效应、体积效应和量子尺寸效应等,使稀土纳米技术日益引起重视。在许多化学反应中,使用稀土催化剂,若使用稀土纳米催化剂,催化活性、催化效率将大幅提高。 

稀土纳米催化剂一般用在石油催化裂化和汽车尾气的净化处理等方面。最常用的稀土纳米催化材料是CeO2和La2O3,既可作催化剂和助剂,又可以用于催化剂载体。 

稀土纳米陶瓷 

纳米陶瓷粉可显著降低烧结温度,比相同成分的非纳米粉烧结温度可降低200℃~300℃。陶瓷中添加纳米CeO2可降低烧结温度,抑制晶格生长,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高温相变和变脆,得到ZrO2相变增韧陶瓷结构材料。 

将稀土激活光催化复合材料加在釉料配方中,可制备抗菌陶瓷。使用超细或纳米级的CeO2、Y2O3、Nd2O3、Sm2O3等制备的电子陶瓷(电子传感器、PTC材料、微波材料、电容器、热敏电阻等),电性能、热性能、稳定性得到改善。 

稀土纳米磁性材料 

稀土永磁材料已经历了SmCo5、Sm2Co7及Nd2Fe14B三个发展阶段,目前烧结Nd2Fe14B稀土永磁材料的磁能积已高达432kJ//m3(54MGOe),进入规模生产。作为粘结永磁体材料的快淬NdFeB磁粉,晶粒尺寸为20nm~50nm,为典型的纳米晶稀土永磁材料。 

稀土纳米磁性材料由于尺寸小、具有单磁畴结构、矫顽力很高的特性。用于制作磁记录材料可以提高信噪比,改善图像质量。由于其体积小、可靠性高等优点,用于微型电机系统,是新一代航空、航天和航海电机发展的重要方向。用于磁存储器、磁流体、巨磁阻材料,性能可大大提高,使器件变得高性能、小型化。 

稀土纳米发光 

纳米稀土发光材料的颗粒尺度通常小于激发或发射光波的波长,因此光场在微粒范围内可以近似为均匀的,不存在对光波的限域作用引起的微腔效应,对超细颗粒而言,尺寸变小,其比表面积亦显著增加,产生大的表面态密度。 

稀土纳米贮氢材料 

为了解决能源、环境、资源等问题,贮氢材料的开发已成为当前材料的研究热点,碳纳米管、纤维类成本高,高比表面活性炭的贮氢温度又太低,应用范围受限,用有机液体贮氢脱氢困难;而用稀土纳米合金材料贮氢成本较低,可大规模生产。 

其他功能材料 

>>>>稀土纳米润滑材料 

润滑油脂是由基础润滑油和添加剂组成,添加剂决定润滑油的使用性能。通过二烷基二硫代磷酸吡啶盐(pyDDP)、纳米NaF、La(NO3)3合成的LaF3-DDP纳米粉做添加剂,做成的润滑油承载能力和抗磨损能力得到显著提高。 

>>>>超高强耐热合金 

航天、原子能等方面需要能耐高温、韧性好和重量轻的金属材料。往往在合金中加入一些添加剂以增加强度,但在高温下一般添加物有粗化的趋向,在高温下长期使用其性能恶化。用在高温下稳定的Y2O3纳米粉末均匀地弥散到合金中,能获得强化的超耐热合金,可用于火焰喷射器喷口。