【知识】稀土纳米材料的应用及生产技术

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能，开发出许多新材料。在光学材料、发光材料 、晶体材料、磁性材料、电池材料、电子陶瓷、工程陶瓷、催化剂等高科技领域，将发挥重要的作用。

一、目前开发研究和应用的领域

1.稀土发光材料：稀土纳米荧光粉（彩电粉、灯粉），发光效率提高，将大大减少稀土用量。主要使用Y2O3、Eu2O3、Tb4O7、CeO2、Gd2O3。高清晰度彩色电视的候选新材料。

2.纳米超导材料：使用Y2O3制备的YBCO超导体，特别薄膜材料，性能稳定，强度高，易加工，接近实用阶段，前景广阔。

3.稀土纳米磁性材料：用于磁存储器、磁流体、巨磁阻等，性能大大提高，使器件变得高性能小型化。如氧化物巨磁电阻靶材（REMnO3等）。

4.稀土高性能陶瓷：使用超细或纳米级的Y2O3、La2O3、Nd2O3、Sm2O3等制备的电子陶瓷（电子传感器、PTC材料、微波材料、电容器、热敏电阻等），电性能、热性能、稳定性得到许多改善，是电子材料升级的重要方面。如纳米Y2O3和ZrO2在较低温度烧结的陶瓷，具有很强的强度和韧性，用于轴承、刀具等耐磨器件；用纳米Nd2O3 、Sm2O3等制作的多层电容、微波器件，性能大大提高。

5.稀土纳米催化剂：在许多化学反应中，使用稀土催化剂，若使用稀土纳米催化剂，催化活性、催化效率将大幅提高。现用的CeO2纳米粉在汽车尾气净化器上，具有活性高、价格低、寿命长的优点，并代替了大部分贵金属，每年用量数千吨。

6.稀土紫外线吸收剂：纳米CeO2粉对紫外线的吸收极强，用于防晒化妆品，防晒纤维，汽车玻璃等。

7.稀土精密抛光：CeO2对玻璃等有较好抛光作用。纳米CeO2则有较高的抛光精密度，已用于液晶显示、硅单晶片、玻璃存储等。总之，稀土纳米材料应用才刚刚开始，而且集中在高科技新材料领域，附加值高，应用面广，潜力巨大，商业前景十分看好。

二、制备技术

  目前纳米材料不论是生产还是应用，都引起各国的重视。我国的纳米技术不断取得进步，在纳米级SiO2、TiO2、Al2O3、ZnO2、Fe2O3等粉体材料中，已经成功的进行工 业化生产或试生产，但现有的生产工艺，生产成本很高是其致命的弱点，将影响纳米材料推广应用，因此要不断改进。

由于稀土元素特殊的电子结构及较大的原子半径，其化学性质与其它元素有很大不同，因此 ，稀土纳米氧化物的制备方法和后处理技术上，与其它元素也有所不同。主要研究的方法有 ：

1.沉淀法：包括草酸沉淀、碳酸沉淀，氢氧化物沉淀，均相沉淀、络合沉淀等。该方法最大的特点就是：溶液成核快，易控制，设备简单，可制得高纯度的产品。但难过滤，易团聚。

2.水热法：在高温高压的条件下，加快和强化离子的水解反应，并形成分散的纳米晶核。该方法能得到分散均匀、粒度分布狭窄的纳米粉，但要求高温高压设备，设备昂贵，操作不安全。

3.凝胶法：是制备无机材料的重要方法，在无机合成中占有相当的地位。在低温下，有机金属化合物或有机络合物，通过聚合或水解等反应，形成溶胶，一定条件下形成凝胶，进一步热处理，可得比表面较大、分散较好的超微纳米粉。该方法可在温和条件下进行，得到的 粉体比表面大、分散性好，但反应时间长，需要数日才能完成，难于达到工业化的要求。

4.固相法：通过固体化合物或中间固相反应，进行高温分解。如硝酸稀土与草酸，固相混合球磨，形成稀土草酸盐的中间体，然后高温分解，得到超细粉。该方法反应效率高，设备简单，操作容易，但所得粉体形态不规则，均匀性差。

这些方法不是唯一的，也不一定完全适用于工业化。还有许多制备方法，如有机微乳法、醇盐水解法等。

三、工业化开发进展

工业化生产往往不是采用单一的某种方法，而是取长补短，几种方法复合，这样才能达到商业化所要求的产品质量高，成本低，过程安全高效。广东惠州瑞尔化学科技有限公司，近期开发稀土纳米材料取得了工业化进展。经过多种方法的探索和无数次的试验，找到了比较适合工业化生产的方法－微波凝胶法，该技术最大优点是：将原来约10天的凝胶反应，缩短到1天，这样生产效率提高了10倍，成本大大降低，而且产品质量好，比表面大，经用户试用反应良好，价格比美国、日本产品的低30％，非常具有国际竞争力，达到国际先进水平。

最近用沉淀法进行工业试验，主要是用氨水和碳酸氨进行沉淀，并用有机溶剂脱水和作 表面处理，该方法工艺简单，成本低，但产品质量欠佳，仍有部分团聚，有待进一步改进和提高。


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