稀土纳米材料课件

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1、稀土纳米材料稀土纳米材料 建筑装饰材料稀土纳米材料课件1 定义定义 稀土元素本身具有丰富的电子结构，表现出许多光、稀土元素本身具有丰富的电子结构，表现出许多光、电、磁的特性。稀土纳米化后，表现出许多特性，如小尺电、磁的特性。稀土纳米化后，表现出许多特性，如小尺寸效应、高比表面效应、量子效应、极强的光、电、磁性寸效应、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，能大大提高材料的性能和功质、超导性、高化学活性等，能大大提高材料的性能和功能，开发出许多新材料。能，开发出许多新材料。 纳米材料是指晶粒尺寸小于纳米材料是指晶粒尺寸小于100的单晶体或多晶的单晶体或多晶体体,由于晶

2、粒细小由于晶粒细小,使其晶界上的原子数多于晶粒内部的使其晶界上的原子数多于晶粒内部的,即即产生高浓度晶界产生高浓度晶界,因而使纳米材料有许多不同于一般粗晶因而使纳米材料有许多不同于一般粗晶材料的性能材料的性能,如强度和硬度增大、低密度、低弹性模量、如强度和硬度增大、低密度、低弹性模量、高电阻、低热导率等。纳米技术是用单个的原子、分子制高电阻、低热导率等。纳米技术是用单个的原子、分子制造物质的科学技术造物质的科学技术,以及在单个原子、分子层次上对物质以及在单个原子、分子层次上对物质存在的种类、数量和结构形态进行精确的观测、识别与控存在的种类、数量和结构形态进行精确的观测、识别与控制的研究和应用。

3、制的研究和应用。 目前纳米技术与稀土相结合形成的新型材料主要有目前纳米技术与稀土相结合形成的新型材料主要有稀稀土纳米陶瓷、催化剂、永磁材料、发光材料、环保材料、土纳米陶瓷、催化剂、永磁材料、发光材料、环保材料、生物医药材料生物医药材料等。这些新型材料在信息、生命科学等领域等。这些新型材料在信息、生命科学等领域必将发挥重要的作用。必将发挥重要的作用。稀土纳米材料课件稀土纳米材料课件2 稀土纳米材料的应用稀土纳米材料的应用 稀土在环境材料方面的一项重要用途是作为汽车尾稀土在环境材料方面的一项重要用途是作为汽车尾气净化催化剂。它具有良好的催化活性、热稳定性、抗气净化催化剂。它具有良好的催化活性、热稳

4、定性、抗毒性、使用寿命和价格毒性、使用寿命和价格 优势。北京有色金属研究总院优势。北京有色金属研究总院研制的稀土尾气净化催化剂主要采用氧化铈，中国科学研制的稀土尾气净化催化剂主要采用氧化铈，中国科学院大连化学物理研究所用铂院大连化学物理研究所用铂/ /氧化锆氧化锆氧化铈作为催化氧化铈作为催化剂。可使汽车尾气中的剂。可使汽车尾气中的COCO（一氧化碳）、（一氧化碳）、HCHC（碳氢化物）（碳氢化物）、NOXNOX（氮氧化物）的净化率达到（氮氧化物）的净化率达到60%-70%60%-70%乃至更高。乃至更高。 催化剂采用了稀土和其它氧化物等多成分的协同效催化剂采用了稀土和其它氧化物等多成分的协同效

5、应，目前已开始应用于多种涂料、陶瓷、搪瓷和水泥制应，目前已开始应用于多种涂料、陶瓷、搪瓷和水泥制品等建筑材料方面，能产生良好的抗菌和净化效果。品等建筑材料方面，能产生良好的抗菌和净化效果。稀土纳米材料课件稀土纳米材料课件2 1 稀土纳米陶瓷材料稀土纳米陶瓷材料 陶瓷是具有悠久历史的材料陶瓷是具有悠久历史的材料,陶瓷材料的特点是硬度高、强度高和陶瓷材料的特点是硬度高、强度高和抗腐蚀性好抗腐蚀性好,即使在高温下也如此。稀土氧化物在精细陶瓷中的应用即使在高温下也如此。稀土氧化物在精细陶瓷中的应用,主要作为添加剂来改进陶瓷的烧结性、致密度、显微结构等。主要作为添加剂来改进陶瓷的烧结性、致密度、显微结构

6、等。 玻璃陶瓷是应用稀土较早的传统产业。在玻璃陶瓷中添加稀土可玻璃陶瓷是应用稀土较早的传统产业。在玻璃陶瓷中添加稀土可改善材料性能，引起颜色变化。稀土用作玻璃的抛光材料，改善材料性能，引起颜色变化。稀土用作玻璃的抛光材料， 可提高可提高抛光效果。稀土在玻璃陶瓷中的用量约占稀土总用量的抛光效果。稀土在玻璃陶瓷中的用量约占稀土总用量的25%-30%25%-30%。近。近年来，稀土在高技术陶瓷中也开始发挥作用。稀土元素有独特的电子年来，稀土在高技术陶瓷中也开始发挥作用。稀土元素有独特的电子层结构，其中层结构，其中 不饱和的电子层（如不饱和的电子层（如4f4f电子层）受不同波长光的照射电子层）受不同波

7、长光的照射后，产生电子跃迁，又会发出另外波长的光。由于这种特性，稀土可后，产生电子跃迁，又会发出另外波长的光。由于这种特性，稀土可用作玻璃陶瓷的各种着色剂，具有独特的用作玻璃陶瓷的各种着色剂，具有独特的 艳丽颜色。稀土陶瓷着色艳丽颜色。稀土陶瓷着色釉料按所呈颜色有以下种类（括号内是含稀土着色剂的主要成分）：釉料按所呈颜色有以下种类（括号内是含稀土着色剂的主要成分）：亮黄色（氧化镨即镨黄），橙色（氧化钇），淡紫色（氧化钕），锆亮黄色（氧化镨即镨黄），橙色（氧化钇），淡紫色（氧化钕），锆镨镨 钒绿（氧化锆、氧化镨、氧化钒），锆镨钒橙（同前），带红娇钒绿（氧化锆、氧化镨、氧化钒），锆镨钒橙（同前），

8、带红娇黄（氧化镨加入二氧化铈），黄色与天蓝之间（调整氧化镨与五氧化黄（氧化镨加入二氧化铈），黄色与天蓝之间（调整氧化镨与五氧化二钒的比例），锰红（添加二钒的比例），锰红（添加1-3%1-3%氧化钇）。氧化钇）。稀土纳米材料课件稀土纳米材料课件2 2 稀土纳米催化剂稀土纳米催化剂 在许多化学反应中在许多化学反应中,使用稀土催化剂使用稀土催化剂,若使用稀土纳若使用稀土纳米催化剂米催化剂,催化活性、催化效率将大幅提高。因为催化活性、催化效率将大幅提高。因为,纳米纳米微粒尺寸小微粒尺寸小,表面所占的体积百分数大表面所占的体积百分数大,表面的键态和电表面的键态和电子态与颗粒内部不同子态与颗粒内部不同,表

9、面原子配位不全表面原子配位不全,导致表面活性导致表面活性位置增加位置增加,通过对纳米微粒表面形态的研究表明通过对纳米微粒表面形态的研究表明,随着粒随着粒径减小径减小,表面光滑程度变差表面光滑程度变差,形成了凹凸不平的原子台阶形成了凹凸不平的原子台阶,从而增加了化学反应的接触面从而增加了化学反应的接触面,产生高扩散通道产生高扩散通道,大大增大大增加催化反应活性点。这就意味着稀土纳米粒子催化剂具加催化反应活性点。这就意味着稀土纳米粒子催化剂具有良好的催化效果。稀土纳米催化剂一般用在石油催化有良好的催化效果。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方面。裂化和汽车尾气的净化处理方面。

10、稀土纳米材料课件稀土纳米材料课件2 3 稀土纳米永磁材料稀土纳米永磁材料 在稀土在稀土金属金属的晶体中的晶体中,由于由于4层电子受到外层层电子受到外层5和和5电子层屏蔽的关系电子层屏蔽的关系,晶体场对晶体场对4电子轨道磁矩作电子轨道磁矩作用甚弱用甚弱,甚至不起作用。所以稀土金属的原子磁矩包含甚至不起作用。所以稀土金属的原子磁矩包含有有4层电子轨道磁矩和自旋磁矩两部分的贡献层电子轨道磁矩和自旋磁矩两部分的贡献,而铁元而铁元素仅有素仅有3层电子自旋磁矩作贡献。在稀土化合物中层电子自旋磁矩作贡献。在稀土化合物中3和和4金属原子磁矩都对化合物的磁矩有贡献金属原子磁矩都对化合物的磁矩有贡献,因此其磁因此

11、其磁性能更为优良。稀土永磁材料是将钐、钕混合稀土金属性能更为优良。稀土永磁材料是将钐、钕混合稀土金属与过渡金属与过渡金属(如铁、钴等如铁、钴等)组成的合金组成的合金,用粉末冶金方法压用粉末冶金方法压型烧结型烧结,经磁场充磁后制得的一种磁性材料。经磁场充磁后制得的一种磁性材料。 稀土纳米材料课件稀土纳米材料课件 稀土纳米永磁材料的制备方式主要有机械合金化稀土纳米永磁材料的制备方式主要有机械合金化和急冷凝固制成非晶合金和急冷凝固制成非晶合金,再经热处理析出纳米结晶两再经热处理析出纳米结晶两种方式。机械合金化法是在高能球磨机内使粉末反复地种方式。机械合金化法是在高能球磨机内使粉末反复地历焊接、断裂而

12、制备的。德国西门子公司采用机械合金历焊接、断裂而制备的。德国西门子公司采用机械合金法及随后进行固态反应的方法研制出稀土纳米永磁材料法及随后进行固态反应的方法研制出稀土纳米永磁材料,如如-和和-磁体。制备磁体。制备-粉时粉时,先用机械合金化法制得球磨粉先用机械合金化法制得球磨粉214(晶晶粒粒50),经过退火就可得到各向同性纳米磁粉。这种经过退火就可得到各向同性纳米磁粉。这种磁粉加入树脂磁粉加入树脂,可得粘结型可得粘结型1永磁材料永磁材料,其矫顽力为其矫顽力为15.8 。各向同性磁粉用轴热压成型法制得各向。各向同性磁粉用轴热压成型法制得各向同性同性2压制磁体压制磁体,进行热压可制得致密的磁体进行

13、热压可制得致密的磁体(2),其矫顽力为其矫顽力为16.1 。各向同性磁粉采用模压。各向同性磁粉采用模压镦锻镦锻,经热变形织构化经热变形织构化,可制得各向异性磁体可制得各向异性磁体3,其矫其矫顽力为顽力为10.7 。 稀土纳米材料课件稀土纳米材料课件2 4 稀土纳米发光材料稀土纳米发光材料 纳米稀土发光材料的颗粒尺度通常小于激发或发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射光波的波长,因此光场在微粒范围内可以近似为均匀因此光场在微粒范围内可以近似为均匀的的,不存在对光波的限域作用引起的微腔效应不存在对光波的限域作用引起的微腔效应,对超细颗对超细颗粒而言粒而言,尺寸变小尺寸变小,其比

14、表面积亦显著增加其比表面积亦显著增加,产生大的表面产生大的表面态密度态密度8-9。这两方面的综合作用使稀土纳米发光材料。这两方面的综合作用使稀土纳米发光材料表现出很多独特的性质表现出很多独特的性质,将更有利于发现新的发光材料将更有利于发现新的发光材料和新的特点。和新的特点。 稀土纳米发光材料受纳米尺寸效应的影响稀土纳米发光材料受纳米尺寸效应的影响,呈现出呈现出很多不同于体相材料的光谱特性。如电荷迁移态的红移很多不同于体相材料的光谱特性。如电荷迁移态的红移,发射峰谱线的宽化发射峰谱线的宽化,猝灭浓度的升高猝灭浓度的升高,荧光寿命和量子效荧光寿命和量子效率的改变等等率的改变等等11。目前对稀土纳米

15、材料发光性质发生。目前对稀土纳米材料发光性质发生变化的机理还仍然是众说纷纭变化的机理还仍然是众说纷纭,还没有建立一套有指导还没有建立一套有指导意义的系统的理论意义的系统的理论,需要对这方面进行更加深入地研究需要对这方面进行更加深入地研究以便为稀土纳米发光材料的应用提供理论和实验依据。以便为稀土纳米发光材料的应用提供理论和实验依据。稀土纳米材料课件稀土纳米材料课件稀土纳米材料课件稀土纳米材料课件稀土纳米材料课件稀土纳米材料课件2 5 稀土纳米贮氢材料稀土纳米贮氢材料 为了解决能源、环境、资源等问题为了解决能源、环境、资源等问题,贮氢材料的开贮氢材料的开发已成为当前材料的研空热点发已成为当前材料的

16、研空热点,碳纳米管、纤维类成本碳纳米管、纤维类成本高高;高比表面活性炭的贮氢温度又太低高比表面活性炭的贮氢温度又太低,应用范围受限应用范围受限;用用有机液体贮氢脱氢困难有机液体贮氢脱氢困难;而用稀土纳米合金材料贮氢成而用稀土纳米合金材料贮氢成本较低本较低,可大规模生产。贮氢合金是由可吸氢的金属可大规模生产。贮氢合金是由可吸氢的金属(、和稀土元素、和稀土元素、等等)和不吸氢的金属和不吸氢的金属(、)组成组成,合金的性能与合金的性能与和的组合关系有关和的组合关系有关,主要用于制作镍氢电池负极主要用于制作镍氢电池负极,它以它以易活化、平台平坦、滞后小、抗中毒性好等优点而被认易活化、平台平坦、滞后小、

17、抗中毒性好等优点而被认为是最理想的材料为是最理想的材料,为了降低成本为了降低成本,多用混合稀土金属或多用混合稀土金属或富镧混合稀土取代金属镧富镧混合稀土取代金属镧,材料成本可大幅降低。材料成本可大幅降低。 稀土纳米材料课件稀土纳米材料课件2 6 稀土纳米环保材料稀土纳米环保材料 稀土纳米材料具有光催化、激活离子的性能以及稀土纳米材料具有光催化、激活离子的性能以及稀土化合物的抗菌作用稀土化合物的抗菌作用,采用稀土离子和分子的激活催采用稀土离子和分子的激活催化手段化手段,在禁带中增加新的表面能级在禁带中增加新的表面能级,增加活性氧自由基增加活性氧自由基在可见光条件下产生光催化作用在可见光条件下产生

18、光催化作用,由此提高了材料的抗由此提高了材料的抗菌和空气净化效果菌和空气净化效果,所经高售纳米空调、纳米冰箱应运所经高售纳米空调、纳米冰箱应运而生。而生。 2具有高折射率和高稳定性具有高折射率和高稳定性,纳米纳米2薄膜薄膜可以用于制备各种光学薄膜可以用于制备各种光学薄膜,如微充电电池的减反射膜如微充电电池的减反射膜,还可以做各种增透膜、保护膜和分光膜。用制成汽车玻还可以做各种增透膜、保护膜和分光膜。用制成汽车玻璃抗雾薄膜璃抗雾薄膜,平均厚度只需平均厚度只需3060,能有效防止在汽能有效防止在汽车玻璃上形成雾气。车玻璃上形成雾气。 稀土纳米材料课件稀土纳米材料课件 太阳光长期暴晒太阳光长期暴晒,

19、对人体就会带来危害对人体就会带来危害,发生急性皮发生急性皮炎炎,促进皮肤老化促进皮肤老化,甚至患皮癌。日光中对皮肤造成损伤甚至患皮癌。日光中对皮肤造成损伤的光线是中波紫外的光线是中波紫外(280320)和长波紫外和长波紫外(320400)。它们对皮肤的损害具有累积性且。它们对皮肤的损害具有累积性且不可逆不可逆,会导致皮癌会导致皮癌,特别是高纬度、高海拔地区。具有特别是高纬度、高海拔地区。具有良好光催化能力的良好光催化能力的2,其禁带宽度能量为其禁带宽度能量为3.1,可覆盖可覆盖300450范围内紫外线吸收带范围内紫外线吸收带,能够吸收长能够吸收长波长的紫外区域。并随着粒径减小波长的紫外区域。并

20、随着粒径减小,吸收带红移吸收带红移,对紫外对紫外光具有良好的吸收性能光具有良好的吸收性能,可以用于制备紫外吸收材料。可以用于制备紫外吸收材料。国外已将国外已将2用于防晒霜和高级化妆品的添加剂。用于防晒霜和高级化妆品的添加剂。研究表明研究表明,纳米纳米2对紫外光吸收性能优于常用的对紫外光吸收性能优于常用的2,是更好的紫外吸收剂。用纳米是更好的紫外吸收剂。用纳米2作为紫外作为紫外吸收剂吸收剂,可望用于防止塑料制品紫外照射老化及坦克、可望用于防止塑料制品紫外照射老化及坦克、汽车、舰船、储油罐等的紫外老化。汽车、舰船、储油罐等的紫外老化。 稀土纳米材料课件稀土纳米材料课件 纳米涂层材料是近年来纳米材料

21、研究的热点纳米涂层材料是近年来纳米材料研究的热点,主要主要的研究聚集在功能涂层上。美国采用的研究聚集在功能涂层上。美国采用80的的23作作为红外屏蔽涂层为红外屏蔽涂层,反射热的效率很高。反射热的效率很高。 中国首创欧臣纳米稀土空调利用纳米材料独特的理中国首创欧臣纳米稀土空调利用纳米材料独特的理化性能化性能,将合成稀土纳米材料安装于空调进风口处。该将合成稀土纳米材料安装于空调进风口处。该材料由多种稀土金属、稀有金属、多种氧化物经过高科材料由多种稀土金属、稀有金属、多种氧化物经过高科技方法合成而得技方法合成而得,其中纳米材料和多种稀土金属、稀有其中纳米材料和多种稀土金属、稀有金属联合作用金属联合作

22、用,构成了带有特殊化学配位结构的微孔活构成了带有特殊化学配位结构的微孔活性中心。在空调运行时对吸入的室内空气进行化学过滤、性中心。在空调运行时对吸入的室内空气进行化学过滤、分解甲醛、苯类有毒有机化合物分解甲醛、苯类有毒有机化合物,处理空气中的病毒、处理空气中的病毒、病菌病菌,起到真正意义上的净化空气作用。起到真正意义上的净化空气作用。稀土纳米材料课件稀土纳米材料课件3 我国目前现状与未来发展：我国目前现状与未来发展： 我国是稀土资源大国我国是稀土资源大国,资源丰富，稀土纳米材料的资源丰富，稀土纳米材料的开发应用开发应用,开辟了稀土资源有效利用的新途径开辟了稀土资源有效利用的新途径,扩展了稀扩展

23、了稀土的应用范围土的应用范围,促进了新功能材料的发展。稀土纳米材促进了新功能材料的发展。稀土纳米材料的研究必将引起材料工业的发展与变革料的研究必将引起材料工业的发展与变革,促进材料学促进材料学理论上的发展并建立新理论体系理论上的发展并建立新理论体系,以适应纳米尺度的研以适应纳米尺度的研究需要究需要,使稀土纳米材料具有更佳的性能使稀土纳米材料具有更佳的性能,使新的性能、使新的性能、功能的出现成为可能。功能的出现成为可能。 稀土纳米材料是今后研究的新方向。由于材料制成稀土纳米材料是今后研究的新方向。由于材料制成纳米颗粒后会使材料性能产生突变，或者产生其它更为纳米颗粒后会使材料性能产生突变，或者产生

24、其它更为优异的性能，各国优异的性能，各国 都在加紧研究。我国是世界上稀土都在加紧研究。我国是世界上稀土资源最丰富的国家，研究开发稀土纳米技术并将其应用资源最丰富的国家，研究开发稀土纳米技术并将其应用于各种功能材料，包括各种功能建筑材料和功能环保材于各种功能材料，包括各种功能建筑材料和功能环保材料，都将具有广阔的应用前景。可以预见，繁多功能各料，都将具有广阔的应用前景。可以预见，繁多功能各异的稀土纳米材料将会成为异的稀土纳米材料将会成为2121世纪的一项主导产品。世纪的一项主导产品。稀土纳米材料课件稀土纳米材料课件热销稀土纳米强化工程塑料热销稀土纳米强化工程塑料稀土纳米材料课件稀土纳米材料课件纳米材料新技术翘动涂料建筑市场 稀土纳米材料课件稀土纳米材料课件 无放射，蓄光自发光稀土材料稀土纳米材料课件稀土纳米材料课件谢谢谢谢稀土纳米材料课件