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構，表現出許多光、電、磁的特性。稀土納米化后，表現出許多特性，如小尺寸效應、高比表面效應、量子效應、極強的光、電、磁性質、超導性、高化學活性等，能大大提高材料的性能和功能，開發出許多新材料。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多于晶粒內部的,即產生高濃度晶界,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、低熱導率等。納米技術是用單個的原子、分子制造物質的科學技術,以及在單個原子、分子層次上對物質存在的種類、數量和結構形態進行精確的觀測、識別與控制的研究和應用。目前納米技術與稀土相結合形成的新型材料主要有稀土納米陶瓷、催化劑、永磁材料、發光材料、環保材料、生物醫藥材料等。這些新型材料在信息、生命科學等領域必將發揮重要的作用。2稀土納米材料的應用

稀土在環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、熱穩定性、抗毒性、使用壽命和價格優勢。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，中國科學院大連化學物理研究所用鉑/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（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同效應，目前已開始應用于多種涂料、陶瓷、搪瓷和水泥制品等建筑材料方面，能產生良好的抗菌和凈化效果。22稀土納米催化劑在許多化學反應中,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大,表面的鍵態和電子態與顆粒內部不同,表面原子配位不全,導致表面活性位置增加,通過對納米微粒表面形態的研究表明,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,從而增加了化學反應的接觸面,產生高擴散通道,大大增加催化反應活性點。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的晶體中,由于4ｆ層電子受到外層5ｓ和5ｐ電子層屏蔽的關系,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,經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,再經熱處理析出納米結晶兩種方式。機械合金化法是在高能球磨機內使粉末反復地歷焊接、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反應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,經熱變形織構化,可制得各向異性磁體ＭＭ3,其矯頑力為10.7ｋＡｃｍ。

25稀土納米貯氫材料為了解決能源、環境、資源等問題,貯氫材料的開發已成為當前材料的研空熱點,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,可大規模生產。貯氫合金是由可吸氫的金屬Ａ(Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ和稀土元素Ｎｂ、Ｌａ等)和不吸氫的金屬Ｂ(Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ａｌ)組成,合金的性能與Ａ和Ｂ的組合關系有關,主要用于制作鎳氫電池負極,它以易活化、平臺平坦、滯后小、抗中毒性好等優點而被認為是最理想的材料,為了降低成本,多用混合稀土金屬或富鑭混合稀土取代金屬鑭,材料成本可大幅降低。

太陽光長期暴曬,對人體就會帶來危害,發生急性皮炎,促進皮膚老化,甚至患皮癌。日光中對皮膚造成損傷的光線是中波紫外ＵＶＢ(280～320ｎｍ)和長波紫外ＵＶＡ(320～400ｎｍ)。它們對皮膚的損害具有累積性且不可逆,會導致皮癌,特別是高緯度、高海拔地區。具有良好光催化能力的ＣｅＯ2,其禁帶寬度能量為3.1ｅｖ,可覆蓋300～450ｎｍ范圍內紫外線吸收帶,能夠吸收長波長的紫外區域。并隨著粒徑減小,吸收帶紅移,對紫外光具有良好的吸收性能,可以用于制備紫外吸收材料。國外已將ＣｅＯ2用于防曬霜和高級化妝品的添加劑。研究表明,納米ＣｅＯ2對紫外光吸收性能優于常用的ＴｉＯ2,是更好的紫外吸收劑。用納米ＣｅＯ2作為紫外吸收劑,可望用于防止塑料制品紫外照射老化及坦克、汽車、艦船、儲油罐等的紫外老化。

納米涂層材料是近年來納米材料研究的熱點,主要的研究聚集在功能涂層上。美國采用80ｎｍ的Ｙ2Ｏ3作為紅外屏蔽涂層,反射熱的效率很高。

中國首創歐臣納米稀土空調利用納米材料獨特的理化性能,將合成稀土納米材料安裝于空調進風口處。該材料由多種稀土金屬、稀有金屬、多種氧化物經過高科技方法合成而得,其中納米材料和多種稀土金屬、稀有金屬聯合作用,構成了帶有特殊化學配位結構的微孔活性中心。在空調運行時對吸入的室內空氣進行化學過濾、分解甲醛、苯類有毒有機化合物,處理空氣中的病毒、病菌,起到真正意義上的凈化空氣作用。3我國目前現狀與未來發展：

我國是稀土資源大國,資源豐富，稀土納米材料的開發應用,開辟了稀土資源有效利用的新途徑,擴展了稀土的應用范圍,促進了新功能材料的發展。稀土納米材料的研究必將引起材料工業的發展與變革,促進材料學理論上的發展并建立新理論體系,以適應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、功能的出現成為可能。

稀土納米材料是今后研究的新方向。由于材料制成納米顆粒后會使材料性能產生突變，或者產生其它更為優異的性能，各國都在加緊研究。我國是世界上稀土資源最豐富的