稀土納米材料-ppt綜述完整版

1、 概念概念 n稀土元素是從稀土元素是從18世紀(jì)末葉開(kāi)始陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，世紀(jì)末葉開(kāi)始陸續(xù)發(fā)現(xiàn)， 當(dāng)時(shí)人們常把不溶于水的固體氧化物稱當(dāng)時(shí)人們常把不溶于水的固體氧化物稱 為土。稀土一般是以為土。稀土一般是以氧化物狀態(tài)氧化物狀態(tài)分離出分離出 來(lái)的，雖然在地球上儲(chǔ)量非常巨大，但來(lái)的，雖然在地球上儲(chǔ)量非常巨大，但 冶煉提純難度較大，冶煉提純難度較大， 顯得較為稀少，得顯得較為稀少，得 名稀土。名稀土。 主要元素主要元素 根據(jù)稀土元素原子電子層結(jié)構(gòu)和物理化根據(jù)稀土元素原子電子層結(jié)構(gòu)和物理化 學(xué)性質(zhì)，以及它們?cè)诘V物中共生情況和學(xué)性質(zhì)，以及它們?cè)诘V物中共生情況和 不同的離子半徑可產(chǎn)生不同性質(zhì)的特征，不同的離子半徑可產(chǎn)

2、生不同性質(zhì)的特征， 十七種稀土元素通常分為二組：十七種稀土元素通常分為二組： n輕稀土包括：輕稀土包括：鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、 銪、釓。銪、釓。 n重稀土包括：重稀土包括：鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、 镥、鈧、釔。镥、鈧、釔。 常見(jiàn)類型常見(jiàn)類型 獨(dú)居石獨(dú)居石 n獨(dú)居石（獨(dú)居石（Monazite）又名磷鈰鑭礦。）又名磷鈰鑭礦。 n化學(xué)成分及性質(zhì)：（化學(xué)成分及性質(zhì)：（Ce，La，Y，Th）礦物成分中?。┑V物成分中稀 土氧化物含量可達(dá)土氧化物含量可達(dá)5068%。獨(dú)居石溶于。獨(dú)居石溶于H3PO4、 HClO4、H2SO4中。中。 n晶體結(jié)構(gòu)及形態(tài)：晶體結(jié)構(gòu)

3、及形態(tài)：?jiǎn)涡本祮涡本担狈街ь?。晶體成板，斜方柱晶類。晶體成板 狀，晶面常有條紋，有時(shí)為柱、錐、粒狀。狀，晶面常有條紋，有時(shí)為柱、錐、粒狀。 n物理性質(zhì)：呈黃褐色、棕色、紅色，間或有綠色。半物理性質(zhì)：呈黃褐色、棕色、紅色，間或有綠色。半 透明至透明。條痕白色或淺紅黃色。具有強(qiáng)玻璃光澤。透明至透明。條痕白色或淺紅黃色。具有強(qiáng)玻璃光澤。 硬度硬度5.05.5。性脆。電磁性中弱。在。性脆。電磁性中弱。在X射線下發(fā)綠射線下發(fā)綠 光。在陰極射線下不發(fā)光。光。在陰極射線下不發(fā)光。 n用途：主要用來(lái)提取稀土元素。用途：主要用來(lái)提取稀土元素。 獨(dú)居石獨(dú)居石 鑭鑭 鈰鈰 氟碳鈰礦氟碳鈰礦 n化學(xué)成分性質(zhì)：

4、（化學(xué)成分性質(zhì)：（Ce，La）。機(jī)械混入物有）。機(jī)械混入物有SiO2、 Al2O3、P2O5。氟碳鈰礦易溶于稀。氟碳鈰礦易溶于稀HCl、HNO3、 H2SO4、H3PO4。 n晶體結(jié)構(gòu)及形態(tài)：六方晶系。復(fù)三方晶體結(jié)構(gòu)及形態(tài)：六方晶系。復(fù)三方雙錐晶類雙錐晶類。晶體。晶體 呈六方柱狀或板狀。細(xì)粒狀集合體。呈六方柱狀或板狀。細(xì)粒狀集合體。 n物理性質(zhì)：黃色、紅褐色、淺綠或褐色。玻璃光澤、物理性質(zhì)：黃色、紅褐色、淺綠或褐色。玻璃光澤、 油脂光澤，條痕呈白色、黃色，透明至半透明。油脂光澤，條痕呈白色、黃色，透明至半透明。硬度硬度 44.5，性脆，有時(shí)具放射性、具弱磁性。在薄片中，性脆，有時(shí)具放射性、具弱

5、磁性。在薄片中 透明，在透射光下無(wú)色或淡黃色，在陰極射線下不發(fā)透明，在透射光下無(wú)色或淡黃色，在陰極射線下不發(fā) 光。光。 n用途：它是提取鈰族稀土元素的重要礦物原料。鈰族用途：它是提取鈰族稀土元素的重要礦物原料。鈰族 元素可用于制作合金，提高金屬的彈性、韌性和強(qiáng)度，元素可用于制作合金，提高金屬的彈性、韌性和強(qiáng)度， 是制作噴氣式飛機(jī)、導(dǎo)彈、發(fā)動(dòng)機(jī)及耐熱機(jī)械的重要是制作噴氣式飛機(jī)、導(dǎo)彈、發(fā)動(dòng)機(jī)及耐熱機(jī)械的重要 零件。亦可用作防輻射線的防護(hù)外殼等。零件。亦可用作防輻射線的防護(hù)外殼等。 氟碳鈰礦氟碳鈰礦 磷釔礦磷釔礦 n化學(xué)成分及性質(zhì)：化學(xué)成分及性質(zhì)：YPO4。成分中。成分中Y2O3 61.4%， P2

6、O5 38.6%。有釔族稀土元素混入，其中以鐿、。有釔族稀土元素混入，其中以鐿、 鉺、鏑、釓為主。尚有鋯、鈾、釷等元素代替釔，同鉺、鏑、釓為主。尚有鋯、鈾、釷等元素代替釔，同 時(shí)伴隨有硅代替磷。一般來(lái)說(shuō)，磷釔礦中鈾的含量大時(shí)伴隨有硅代替磷。一般來(lái)說(shuō)，磷釔礦中鈾的含量大 于釷。磷釔礦于釷。磷釔礦化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。晶體結(jié)構(gòu)及形態(tài)：。晶體結(jié)構(gòu)及形態(tài)：四方四方 晶系晶系、復(fù)四方雙錐晶類、呈粒狀及塊狀。、復(fù)四方雙錐晶類、呈粒狀及塊狀。 n物理性質(zhì)：黃色、紅褐色，有時(shí)呈黃綠色，亦呈棕色物理性質(zhì)：黃色、紅褐色，有時(shí)呈黃綠色，亦呈棕色 或淡褐色。條痕淡褐色。玻璃光澤，油脂光澤。硬度或淡褐色。條痕淡褐色

7、。玻璃光澤，油脂光澤。硬度 45，比重，比重4.45.1，具有弱的多色性和放射性。，具有弱的多色性和放射性。 n用途：大量富集時(shí)，用作提煉稀土元素的礦物原料。用途：大量富集時(shí)，用作提煉稀土元素的礦物原料。 磷釔礦磷釔礦 稀土納米材料稀土納米材料 n材料的納米化（即變成平均粒徑材料的納米化（即變成平均粒徑1 100nm的納米粒子）將賦予材料許多不的納米粒子）將賦予材料許多不 同于宏觀物質(zhì)的特性，也將成為提供新同于宏觀物質(zhì)的特性，也將成為提供新 性質(zhì)、新材料的科技創(chuàng)新領(lǐng)域，為此引性質(zhì)、新材料的科技創(chuàng)新領(lǐng)域，為此引 起了世界各國(guó)的重視。起了世界各國(guó)的重視。 n稀土元素特殊的電子構(gòu)型使其具有特殊稀土元

8、素特殊的電子構(gòu)型使其具有特殊 的的光、電、磁性質(zhì)光、電、磁性質(zhì)。而被譽(yù)為新材料的。而被譽(yù)為新材料的 寶庫(kù)。將稀土納米化無(wú)疑能在原有特性寶庫(kù)。將稀土納米化無(wú)疑能在原有特性 的基礎(chǔ)上賦予一系列新的特性，將更有的基礎(chǔ)上賦予一系列新的特性，將更有 利于發(fā)現(xiàn)新性質(zhì)和合成新材料，因此開(kāi)利于發(fā)現(xiàn)新性質(zhì)和合成新材料，因此開(kāi) 展稀土納米材料的研究、應(yīng)用與開(kāi)發(fā)將展稀土納米材料的研究、應(yīng)用與開(kāi)發(fā)將 是一次新的機(jī)遇，對(duì)于我們稀土大國(guó)具是一次新的機(jī)遇，對(duì)于我們稀土大國(guó)具 有重要的意義。有重要的意義。 稀土納米材料的應(yīng)用稀土納米材料的應(yīng)用 n稀土納米材料的研究與應(yīng)用將有助于發(fā)稀土納米材料的研究與應(yīng)用將有助于發(fā) 現(xiàn)新性質(zhì)，

9、開(kāi)拓新材料，已成為當(dāng)前的現(xiàn)新性質(zhì)，開(kāi)拓新材料，已成為當(dāng)前的 研究熱點(diǎn)。本文簡(jiǎn)述了納米技術(shù)與稀土研究熱點(diǎn)。本文簡(jiǎn)述了納米技術(shù)與稀土 相結(jié)合形成的新型材料主要有相結(jié)合形成的新型材料主要有稀土納米稀土納米 陶瓷、催化劑、磁性材料、光學(xué)材料、陶瓷、催化劑、磁性材料、光學(xué)材料、 稀土化合物納米薄膜稀土化合物納米薄膜等的應(yīng)用和進(jìn)展。等的應(yīng)用和進(jìn)展。 （以下內(nèi)容均來(lái)自文獻(xiàn)：（以下內(nèi)容均來(lái)自文獻(xiàn)： 稀土納米材稀土納米材 料的研究進(jìn)展料的研究進(jìn)展 洪廣言洪廣言 ） 1、稀土納米陶瓷材料、稀土納米陶瓷材料 n納米陶瓷具有納米陶瓷具有超塑性，高的斷裂韌性，能降低燒結(jié)溫超塑性，高的斷裂韌性，能降低燒結(jié)溫 度和提高燒結(jié)

10、速度度和提高燒結(jié)速度等優(yōu)點(diǎn)，其原因在于利用納米粒子等優(yōu)點(diǎn)，其原因在于利用納米粒子 的粒徑小、比表面積大并具有高的擴(kuò)散速率。例如，的粒徑小、比表面積大并具有高的擴(kuò)散速率。例如， 10nm的陶瓷微粒比的陶瓷微粒比10m的燒結(jié)速度提高的燒結(jié)速度提高12個(gè)數(shù)量個(gè)數(shù)量 級(jí)，這是因?yàn)榧{米陶瓷低溫下燒結(jié)的過(guò)程主要受晶界級(jí)，這是因?yàn)榧{米陶瓷低溫下燒結(jié)的過(guò)程主要受晶界 擴(kuò)散控制，就導(dǎo)致燒結(jié)速度由晶粒尺寸來(lái)決定。擴(kuò)散控制，就導(dǎo)致燒結(jié)速度由晶粒尺寸來(lái)決定。 n摻稀土的摻稀土的ZrO2是一種應(yīng)用廣泛的陶瓷材料，添加是一種應(yīng)用廣泛的陶瓷材料，添加 Y2O3, CeO2或或La2O3 等稀土元素的作用在于防止等稀土元素的

11、作用在于防止 ZrO2高溫相變和變脆，生成高溫相變和變脆，生成ZrO2相變?cè)鲰g陶瓷結(jié)構(gòu)相變?cè)鲰g陶瓷結(jié)構(gòu) 材料。納米材料。納米Y2O3-ZrO2陶瓷具有很高的強(qiáng)度和韌性，陶瓷具有很高的強(qiáng)度和韌性， 可用作刀具、耐腐零件，可制成陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)部件；用可用作刀具、耐腐零件，可制成陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)部件；用 于燃料電池作為固體電解質(zhì)。于燃料電池作為固體電解質(zhì)。 2、稀土納米催化劑、稀土納米催化劑 n稀土元素及其化合物在催化上一直有著重要的稀土元素及其化合物在催化上一直有著重要的 應(yīng)用。由于納米粒子的比表面特別大，表面能應(yīng)用。由于納米粒子的比表面特別大，表面能 大，活性位置增加，無(wú)疑具有更強(qiáng)的催化作用。大，活性位置

12、增加，無(wú)疑具有更強(qiáng)的催化作用。 n因此，用納米粒子作催化劑在實(shí)際上已經(jīng)引起因此，用納米粒子作催化劑在實(shí)際上已經(jīng)引起 人們的重視。人們的重視。作汽車尾氣凈化催化劑，稀土已作汽車尾氣凈化催化劑，稀土已 具有不可替代的作用，具有不可替代的作用，目前正在研制全稀土汽目前正在研制全稀土汽 車尾氣凈化催化劑，以降低成本和消除環(huán)境污車尾氣凈化催化劑，以降低成本和消除環(huán)境污 染。染。 3、稀土化合物納米薄膜、稀土化合物納米薄膜 n稀土化合物納米薄膜可分成稀土化合物納米薄膜可分成稀土配合物納米薄稀土配合物納米薄 膜膜和和稀土氧化物納米薄膜稀土氧化物納米薄膜兩大類。稀土氧化物兩大類。稀土氧化物 納米薄膜主要采用納

13、米薄膜主要采用物理法物理法和和化學(xué)法化學(xué)法來(lái)制備，采來(lái)制備，采 用物理法制備稀土氧化物納米薄膜是以相應(yīng)的用物理法制備稀土氧化物納米薄膜是以相應(yīng)的 稀土氧化物或純金屬等為稀土氧化物或純金屬等為前驅(qū)物前驅(qū)物，通過(guò)電子束，通過(guò)電子束 蒸發(fā)或電子束轟擊等過(guò)程，將前驅(qū)物沉積到預(yù)蒸發(fā)或電子束轟擊等過(guò)程，將前驅(qū)物沉積到預(yù) 置的襯底上而得到所需的稀土氧化物納米薄膜。置的襯底上而得到所需的稀土氧化物納米薄膜。 采用物理方法制備的薄膜的采用物理方法制備的薄膜的機(jī)械穩(wěn)定性和化學(xué)機(jī)械穩(wěn)定性和化學(xué) 穩(wěn)定性高穩(wěn)定性高?；瘜W(xué)法制膜主要有?；瘜W(xué)法制膜主要有噴霧熱解法、化噴霧熱解法、化 學(xué)氣相沉積法和溶膠學(xué)氣相沉積法和溶膠-凝

14、膠法凝膠法等，這些方法成等，這些方法成 本低，易于操作，應(yīng)用較為廣泛。本低，易于操作，應(yīng)用較為廣泛。 n稀土有機(jī)配合物具有稀土有機(jī)配合物具有優(yōu)良的發(fā)光性能優(yōu)良的發(fā)光性能，但其，但其較較 差的光穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性差的光穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性限制了它們的應(yīng)用，限制了它們的應(yīng)用， 采用溶膠凝膠法將稀土配合物引入到有機(jī)采用溶膠凝膠法將稀土配合物引入到有機(jī)-無(wú)無(wú) 機(jī)互穿網(wǎng)絡(luò)中，不僅解決了納米粒子的穩(wěn)定性機(jī)互穿網(wǎng)絡(luò)中，不僅解決了納米粒子的穩(wěn)定性 和分散性問(wèn)題，而且制成加工性能好和具有功和分散性問(wèn)題，而且制成加工性能好和具有功 能性質(zhì)的薄膜。已制成多種引入稀土配合物的能性質(zhì)的薄膜。已制成多種引入稀土配合物的 有機(jī)有

15、機(jī)-無(wú)機(jī)納米雜化薄膜，它們不僅具有良好無(wú)機(jī)納米雜化薄膜，它們不僅具有良好 的發(fā)光特性，而且加工性能好，有望用于電致的發(fā)光特性，而且加工性能好，有望用于電致 發(fā)光薄膜。發(fā)光薄膜。 4、稀土納米磁性材料、稀土納米磁性材料 n目前目前NdFeB產(chǎn)值年增長(zhǎng)率約為產(chǎn)值年增長(zhǎng)率約為18%20%，已占永，已占永 磁材料產(chǎn)值的磁材料產(chǎn)值的40%，作為粘結(jié)永磁體材料的快淬，作為粘結(jié)永磁體材料的快淬 NdFeB磁粉，晶粒尺寸約為磁粉，晶粒尺寸約為2050nm，為典型的納，為典型的納 米晶稀土永磁材料。米晶稀土永磁材料。NdFeB永磁體的主要永磁體的主要缺點(diǎn)是居里缺點(diǎn)是居里 溫度偏低溫度偏低 (TC593K)最高工

16、作溫度約為最高工作溫度約為450K，此外，此外， 化學(xué)穩(wěn)定性較差，易被腐蝕和氧化，價(jià)格也比鐵氧體化學(xué)穩(wěn)定性較差，易被腐蝕和氧化，價(jià)格也比鐵氧體 高高。當(dāng)前的方向是尋求新型稀土永磁材料，另一方面。當(dāng)前的方向是尋求新型稀土永磁材料，另一方面 是研制復(fù)合稀土永磁材料，通常軟磁鐵材料的飽和磁是研制復(fù)合稀土永磁材料，通常軟磁鐵材料的飽和磁 化強(qiáng)度高于永磁材料，而永磁材料的磁晶各向異性又化強(qiáng)度高于永磁材料，而永磁材料的磁晶各向異性又 遠(yuǎn)高于軟磁材料，如將軟磁相與永磁相在納米尺度范遠(yuǎn)高于軟磁材料，如將軟磁相與永磁相在納米尺度范 圍內(nèi)進(jìn)行復(fù)合，就有可能獲得具有兩者優(yōu)點(diǎn)的高飽和圍內(nèi)進(jìn)行復(fù)合，就有可能獲得具有兩者

17、優(yōu)點(diǎn)的高飽和 磁化強(qiáng)度，高矯頑力的新型稀土永磁材料。磁化強(qiáng)度，高矯頑力的新型稀土永磁材料。 n研制成功硬磁體和軟磁體結(jié)合的復(fù)合磁體，最研制成功硬磁體和軟磁體結(jié)合的復(fù)合磁體，最 大磁能積達(dá)到大磁能積達(dá)到125MGOe，約為，約為NdFeB磁體理磁體理 論值論值(64MGOe)的的2倍。此復(fù)合磁體是把厚度倍。此復(fù)合磁體是把厚度 為為2.4nm的的Sm2Fe17N3（硬磁）同厚度（硬磁）同厚度 9nm的的Fe65Co35(軟磁體軟磁體)交互疊合而成異相交互疊合而成異相 性多層膜，采用急冷凝固制成非晶合金，再經(jīng)性多層膜，采用急冷凝固制成非晶合金，再經(jīng) 熱處理析出納米晶的方法。也已制得了熱處理析出納米晶

18、的方法。也已制得了Fe3B- Nd2Fe14B納米復(fù)合粘結(jié)磁體。納米復(fù)合粘結(jié)磁體。 稀土納米磁性材料稀土納米磁性材料 5、稀土納米光學(xué)材料、稀土納米光學(xué)材料 nCeO2具有具有高折射率和高穩(wěn)定性，高折射率和高穩(wěn)定性，納米納米CeO2薄膜可以薄膜可以 用于制備各種光學(xué)薄膜，如微充電電池的減反射膜，用于制備各種光學(xué)薄膜，如微充電電池的減反射膜， 還可以做各種增透膜、保護(hù)膜和分光膜。用制成汽車還可以做各種增透膜、保護(hù)膜和分光膜。用制成汽車 玻璃抗霧薄膜，平均厚度只需玻璃抗霧薄膜，平均厚度只需3060nm，能有效防，能有效防 止在汽車玻璃上形成霧氣。止在汽車玻璃上形成霧氣。 n太陽(yáng)光長(zhǎng)期暴曬，對(duì)人體就

19、會(huì)帶來(lái)危害，發(fā)生急性皮太陽(yáng)光長(zhǎng)期暴曬，對(duì)人體就會(huì)帶來(lái)危害，發(fā)生急性皮 炎，促進(jìn)皮膚老化，甚至患皮癌。日光中對(duì)皮膚造成炎，促進(jìn)皮膚老化，甚至患皮癌。日光中對(duì)皮膚造成 損傷的光線是中波紫外損傷的光線是中波紫外UVB（280320nm）和長(zhǎng)波）和長(zhǎng)波 紫外紫外UVA（320400nm）。它們對(duì)皮膚的損害具有）。它們對(duì)皮膚的損害具有 累積性且不可逆，會(huì)導(dǎo)致皮癌，特別是高緯度、高海累積性且不可逆，會(huì)導(dǎo)致皮癌，特別是高緯度、高海 拔地區(qū)。拔地區(qū)。CeO2納米粒子在納米粒子在300450nm范圍內(nèi)有寬范圍內(nèi)有寬 的吸收帶，并隨著粒徑減小，吸收帶紅移，對(duì)紫外光的吸收帶，并隨著粒徑減小，吸收帶紅移，對(duì)紫外光 具有良好的吸收性能，可以用于制備具有良好的吸收性能，可以用于制備紫外吸收材料紫外吸收材料。 國(guó)外已將國(guó)外已將CeO2用于防曬霜。納米用于防曬霜。納米CeO2對(duì)紫外光吸收對(duì)紫外光吸收 性能優(yōu)于常用的性能優(yōu)于常用的TiO2是更好的紫外吸收劑。用納米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作為紫外吸收劑，可望用于防止塑料制品紫外照 射老化，坦克、汽車、艦船、