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稀土纳米材料及应用(一)——稀土化合物纳米粉体

来源: 本站原创 日期:2009-01-20 加入收藏

  —、前言

  稀土纳米材料及应用已成为当前的一个热点,其原因在于该材科集稀土特性和纳米特性于一体,必然会开创出非稀土纳米材料和稀土非纳米材料所不具有的综合优良特性,其应用前景巨大。

  稀土元素原子结构特殊,内层4f轨道未成对电子多、原子磁矩高;电子能级极其丰富,比周期表中所有其它元素电子能级跃迁的数目多1—3个数量级;稀土金属活泼,几乎可与所有元素发生作用,容易失去电子形成多种价态、多配位数(从3到12)的化合物,因此稀土被认为是新光源、新磁源、新能源、新材料的宝库,同时也是改造传统产业、提升传统产品的‘维生素”。

  纳米材料呈现许多传统材料所不具备的奇异特性,首先是由于组成的纳米材料的纳米(0.1~100nm)微粒具有下述效应,:(1) 小尺寸效应。晶体周期性的边界条件被破坏;非晶态纳米微粒表面层附近原子密度减小,导致声、光、电、磁、热等特性发生变化,如磁有序态变为磁无序态、超导相向正常转变等等。(2)表面效应。纳米粒子的粒径小,表面原子数增多,表面积和表面张力变大,原子配位不足,使纳米粒子具有很高的化学活性,容易与其它原子结合。(3)量子尺寸效应。当粒子尺寸降到某一值时,费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级。能级间距发生分裂,必将导致纳米粒子磁、光、声、热、电以及超导电性与宏观特性有显著不同。(4)量子隧道效应。微观粒子具有贯穿势垒的能力,称为隧道效应。研究发现宏观物理量如微颗粒磁化强度,量子相干器件中的磁通量也具有隧道效应。

  另外,纳米材料又存在组合引起的协同效应和量子偶合效应,而且纳米材料的许多奇异性能可以通过外场进行调控。

  人们可以灵活的运用稀土和纳米的特性、巧妙地合成稀土纳米粉体材料、流体材料、薄膜材料、介孔材料、块状纳米晶体材料、有机-无机复合材料以及层出不穷的纳米改性材料等新材料和新应用,形成新的经济增长点。

  二、稀土纳米材料和应用

  稀土纳米材料种类繁多、应用方面很广,择其要者分述如下:

  1、稀土化合物纳米粉体

  稀土化合物纳米粉末是稀土纳米材料的重要组成部分,它既是一种新材料,又可以作为制备新材料的原料。我国进行了多种稀土纳米化合物的制备及其物性的研究。对各种制备方法如溶胶一凝胶法、醇盐法、络合沉淀法、均相沉淀法、水热法、水解法、热分解法等均开展过研究,已能制备出各种单一稀土氧化物和某些稀土化合物如Y203-Zr02、ABO3型、AB204型、 A2B207型等化合物,并详细研究了它们的性质。并已能生产纯度高达99.999%、粒径在10-50nm之间的Y、La、Ce和Tb等氧化物系列纳米粉体。用溶胶-凝胶法合成了LaFeO3。制备过程是:按化学计量比称取一定量的La2O3,用去离子水调成浆状,经6mo1/L HNO3溶解和NH4OH调节PH=3后,加入计量的Fe(NO3)3·9H20以及与金属离子等摩尔的柠檬酸,加热溶解,过滤除去不溶物后,滤液经100℃回流5小时处理,将溶液于70℃缓慢蒸发,逐渐形成溶胶,继续蒸发形成凝胶。110℃烘干24小时后于600℃下灼烧,制得粒径为40nm的LaFe02,作为负温度系数热敏材料、气敏材料和催化剂已获得应用。用溶胶-凝胶法也制取LaCrO4干凝胶在高于600℃的温度下灼烧获得了单相、正交品系的LaCrO4粉末,而通常用固相合成高温发热元件用的LaCrO4需要在1400℃下合成且不易获得单相。
 

 

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