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稀土納米材料研究及應用

2019-10-29791

      稀土納米材料的開發研究是納米材料領域中的研究熱點之一,其原因在于該材科集稀土特性和納米特性于一體,具有非稀土納米材料和稀土非納米材料所不具有的綜合優良特性,因而具有十分廣闊的應用前景。

      稀土特性:稀土元素原子結構特殊,內層4f軌道未成對電子多、原子磁矩高;電子能級極其豐富,比周期表中所有其它元素電子能級躍遷的數目多1-3個數量級;稀土金屬活潑,幾乎可與所有元素發生作用,容易失去電子形成多種價態、多配位數(從3到12)的化合物,因此稀土被認為是新光源、新磁源、新能源、新材料的寶庫。

      納米材料特性:納米材料是介于體相材料與單個原子、分子之間的一類新型材料,組成納米材料的納米(0.1~100nm)微粒具有下述效應,:(1)小尺寸效應。晶體周期性的邊界條件被破壞;非晶態納米微粒表面層附近原子密度減小,導致聲、光、電、磁、熱等特性發生變化,如磁有序態變為磁無序態、超導相向正常轉變等等。(2)表面效應。納米粒子的粒徑小,表面原子數增多,表面積和表面張力變大,原子配位不足,使納米粒子具有很高的化學活性,容易與其它原子結合。(3)量子尺寸效應。當粒子尺寸降到某一值時,費米能級附近的電子能級由準連續變為離散能級。能級間距發生分裂,必將導致納米粒子磁、光、聲、熱、電以及超導電性與宏觀特性有顯著不同。(4)量子隧道效應。微觀粒子具有貫穿勢壘的能力,稱為隧道效應。研究發現宏觀物理量如微顆粒磁化強度,量子相干器件中的磁通量也具有隧道效應。并且,納米材料又存在組合引起的協同效應和量子偶合效應,而且納米材料的許多奇異性能可以通過外場進行調控。

      稀土納米材料將稀土和納米的特性融為一體,制備出稀土納米粉體材料、流體材料、薄膜材料、介孔材料、塊狀納米晶體材料、有機-無機復合材料以及稀土納米改性材料等新材料,這些稀土納米材料具有優良的光、電、磁性質、超導性、高化學活性等,在光學材料、發光材料、晶體材料、磁性材料、電池材料、電子陶瓷、工程陶瓷、催化劑等高科技領域發揮重要的作用,形成新的經濟增長點。


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