[摘要]本文概述了稀土納米材料近幾年的研究進(jìn)展,重點(diǎn)介紹了稀土納米材料在陶瓷、催化劑、永磁材料、發(fā)光材料、環(huán)保材料等領(lǐng)域的應(yīng)用,對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行了展望。
[關(guān)鍵詞]稀土;納米;應(yīng)用
1 引言
稀土元素原子結(jié)構(gòu)特殊,內(nèi)層4ｆ軌道未成對(duì)電子多、原子磁矩高、電子能級(jí)極其豐富,幾乎可以與所有元素發(fā)生反應(yīng),形成多價(jià)態(tài)、多配位數(shù)(3～12個(gè))的化合物,具有許多優(yōu)異的光、電、磁、核等特性[1],被稱為“現(xiàn)代工業(yè)的維生素”和神奇的“新材料寶庫”。
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(xì)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(qiáng)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(gè)的原子、分子制造物質(zhì)的科學(xué)技術(shù),以及在單個(gè)原子、分子層次上對(duì)物質(zhì)存在的種類、數(shù)量和結(jié)構(gòu)形態(tài)進(jìn)行精確的觀測(cè)、識(shí)別與控制的研究和應(yīng)用[2]。小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)使納米材料在光、電、磁等方面也表現(xiàn)出許多常規(guī)材料不具備的特性。稀土納米材料集稀土特性和納米特性于一體,必然會(huì)創(chuàng)出非稀土納米材料和稀土非納米材料所不具備的優(yōu)良特性。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[3-4]。
2 稀土納米材料的應(yīng)用
2 1 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(diǎn)是硬度高、強(qiáng)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(xì)陶瓷中的應(yīng)用,主要作為添加劑來改進(jìn)陶瓷的燒結(jié)性、致密度、顯微結(jié)構(gòu)等。使用納米級(jí)的Ｙ2Ｏ3、Ｎｄ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、Ｓｍ2Ｏ3等制備的電子陶瓷(電子傳感器、電容器等),電性能、熱性能和穩(wěn)定性都得到了許多改善,是電子材料升級(jí)的重要方面�；诩{米微粒徑小、比表面大并有高的擴(kuò)散速率的特點(diǎn),用納米Ｙ2Ｏ3和ＺｒＯ2能在較低溫度下燒結(jié)成氧化鋯陶瓷,具有很高的強(qiáng)度和韌性,用于軸承、刀具和耐磨零件等。用納米Ｎｄ2Ｏ3、Ｓｍ2Ｏ3等制作的多層電容、微波器件,性能大大提高。用稀土納米陶瓷做成的發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度將比現(xiàn)有合金材料的發(fā)動(dòng)機(jī)提高200～300℃,熱效率提高20～30%左右。
日本新技術(shù)事業(yè)集團(tuán)首創(chuàng)開發(fā)了水熱法批量生產(chǎn)納米陶瓷材料,合成了Ｙ2Ｏ3部分穩(wěn)定的ＺｒＯ2。用ＺｒＯＣｌ2•ＹＣｌ3作為原料,并加入尿素作為沉淀劑,在高壓釜內(nèi)進(jìn)行水熱合成,制得純度高達(dá)99.9%以上、平均粒徑為30ｎｍ的微粉。所得產(chǎn)品純度高,粒度分布窄,結(jié)晶性很高。用該粉末燒結(jié)而成的材料具有高強(qiáng)度、高韌性、高離子導(dǎo)電性能,可用于制造切削工具、模具和傳感器等[5]。
