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稀土纳米材料的应用及生产技术

2019-03-07   
稀土元素自身具有丰厚的电子结构,表现出许多光、电、磁的特性。稀土纳米化后,表现出许多特性,如小尺度效应、高比表面效应、量子效应、极强的光、电、磁性质、超导性、高化学活性等,能大大前进材料的功用和功用,开宣布许多新材料。在光学材料、发光材料 、晶体材料、磁性材料、电池材料、电子陶瓷、工程陶瓷、催化剂等高科技范畴,将发挥重要的效果。
一、现在开发研讨和运用的范畴
1.稀土发光材料:稀土纳米荧光粉(彩电粉、灯粉),发光功率前进,将大大削减稀土用量。首要运用Y2O3、Eu2O3、Tb4O7、CeO2、Gd2O3。高清晰度彩色电视的候选新材料。
2.纳米超导材料:运用Y2O3制备的YBCO超导体,特别薄膜材料,功用安稳,强度高,易加工,挨近实用阶段,远景宽广。
3.稀土纳米磁性材料:用于磁存储器、磁流体、巨磁阻等,功用大大前进,使器材变得高功用小型化。如氧化物巨磁电阻靶材(REMnO3等)。
4.稀土高功用陶瓷:运用超细或纳米级的Y2O3、La2O3、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),电功用、热功用、安稳性得到许多改善,是电子材料晋级的重要方面。如纳米Y2O3和ZrO2在较低温度烧结的陶瓷,具有很强的强度和耐性,用于轴承、刀具等耐磨器材;用纳米Nd2O3 、Sm2O3等制造的多层电容、微波器材,功用大大前进。
5.稀土纳米催化剂:在许多化学反响中,运用稀土催化剂,若运用稀土纳米催化剂,催化活性、催化功率将大幅前进。现用的CeO2纳米粉在汽车尾气净化器上,具有活性高、报价低、寿命长的长处,并替代了大部分贵金属,每年用量数千吨。
6.稀土紫外线吸收剂:纳米CeO2粉对紫外线的吸收极强,用于防晒化妆品,防晒纤维,汽车玻璃等。
7.稀土精细抛光:CeO2对玻璃等有较好抛光效果。纳米CeO2则有较高的抛光精细度,已用于液晶显示、硅单晶片、玻璃存储等。
总归,稀土纳米材料运用才刚刚开始,并且会集在高科技新材料范畴,附加值高,运用面广,潜力巨大,商业远景十分看好。
二、制备技能
现在纳米材料不论是出产仍是运用,都引起各国的注重。我国的纳米技能不断获得前进,在纳米级SiO2、TiO2、Al2O3、ZnO2、Fe2O3等粉体材料中,现已成功的进行工 业化出产或试出产,但现有的出产工艺,出产本钱很高是其丧命的缺点,将影响纳米材料推广运用,因而要不断改善。因为稀土元素特殊的电子结构及较大的原子半径,其化学性质与其它元素有很大不同,因而 ,稀土纳米氧化物的制备办法和后处理技能上,与其它元素也有所不同。首要研讨的办法有 :
1.沉积法:包含草酸沉积、碳酸沉积,氢氧化物沉积,均相沉积、络合沉积等。该办法最大的特色就是:溶液成核快,易操控,设备简略,可制得高纯度的产品。但难过滤,易聚会。
2.水热法:在高温高压的条件下,加速和强化离子的水解反响,并构成涣散的纳米晶核。该办法能得到涣散均匀、粒度散布狭隘的纳米粉,但要求高温高压设备,设备贵重,操作不安全。
3.凝胶法:是制备无机材料的重要办法,在无机组成中占有适当的位置。在低温下,有机金属化合物或有机络合物,通过聚合或水解等反响,构成溶胶,必定条件下构成凝胶,进一步热处理,可得比表面较大、涣散较好的超微纳米粉。该办法可在温文条件下进行,得到的 粉体比表面大、涣散性好,但反响时间长,需求数日才干完结,难于到达工业化的要求。
4.固相法:通过固体化合物或中间固相反响,进行高温分化。如硝酸稀土与草酸,固相混合球磨,构成稀土草酸盐的中间体,然后高温分化,得到超细粉。该办法反响功率高,设备简略,操作简略,但所得粉体形状不规则,均匀性差。
这些办法不是仅有的,也不必定彻底适用于工业化。还有许多制备办法,如有机微乳法、醇盐水解法等。
三、工业化开发发展
工业化出产往往不是选用单一的某种办法,而是扬长避短,几种办法复合,这样才干到达商业化所要求的产品质量高,本钱低,进程安全高效。广东惠州瑞尔化学科技有限公司,近期开发稀土纳米材料获得了工业化发展。通过多种办法的探究和无数次的实验,找到了比较合适工业化出产的办法-微波凝胶法,该技能最大长处是:将本来约10天的凝胶反响,缩短到1天,这样出产功率前进了10倍,本钱大大下降,并且产品质量好,比表面大,经用户试用反响杰出,报价比美国、日本产品的低30%,十分具有世界竞争力,到达世界先进水平。最近用沉积法进行工业实验,首要是用和碳酸进行沉积,并用有机溶剂脱水和作 表面处理,该办法工艺简略,本钱低,但产品质量欠佳,仍有部分聚会,有待进一步改善和前进。

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