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纳米稀土材料是大势所趋 制备永磁纳米颗粒是技术关键

发布时间:2022-06-15 02:08:43 阅读: 来源:仓储笼厂家
纳米稀土材料是大势所趋 制备永磁纳米颗粒是技术关键

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,完全可以肯定的预见能够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。稀土纳米材料种类繁多、应用方面很广。

纳米稀土材料是稀土工业发展趋势

发展纳米稀土材料是稀土工业发展的必然趋势,通过将稀土与纳米技术相结合,可以最大程度地发挥出稀土材料的优异性能,促进我国稀土产业升级,未来市场前景十分可观。

我国是全球稀土储量及供应量最大的国家,但长期以来,稀土资源被过度开发。2017-2022年中国稀土纳米材料化学行业专项调研及投资价值预测报告表明,我国稀土储量约占世界总储量的36%,市场供应量却达85%以上。

我国稀土价格与价值背离严重,未来还需加大研发真正高附加值的稀土应用产品,改变低价供应稀土初级原料的处境。在此背景下,发展纳米稀土材料成为必然选择。

纳米材料具有小尺寸效应、量子效应、表面效应和界面效应,可与稀土元素独特的电子层机构特点相结合,从而开发出不同用途的纳米稀土材料。

目前,主要有五种极具潜力的纳米稀土材料,分别是纳米氧化铈紫外遮蔽材料、纳米稀土抛光材料、纳米稀土催化材料、纳米稀土发光材料及纳米晶稀土永磁材料。

纳米氧化铈被誉为第三代紫外隔离剂,具有良好的隔离效果、高透过率。在化妆品中,必须使用低催化活性的纳米氧化铈作为紫外隔离剂。因此,纳米氧化铈紫外遮蔽材料市场关注度、认可度较高。

集成电路集成度不断提高,需要有新的材料用于集成电路芯片制造工艺。新材料对抛光液提出更高要求,半导体稀土抛光液需满足这一要求,并具备更快抛光速度及更少抛光量,纳米稀土抛光材料有广阔市场。

汽车保有量的大幅增长,造成严重的大气污染,安装汽车尾气净化催化器是治理尾气污染最有效的方式。在提高尾气净化质量上,纳米铈锆复合氧化物起着重要作用。

纳米稀土发光材料应用更为广泛,如发光、显示、光信息传递、太阳能光电转换等领域,同时也是医疗健康、粒子探测和记录、光电子器件及农业等领域的支撑材料。

纳米晶稀土永磁材料是最具有产业化前景的纳米磁性功能材料,前景十分乐观。

综上,发展纳米稀土材料是大势所趋,未来需要考虑结合市场需求实现产业化,重点发展上述五种最具潜力的纳米稀土材料。

制备稀土永磁纳米颗粒的技术关键

当磁性材料的尺寸降低到纳米尺度时,会具有一些不同于块体材料的特殊的物理和化学性质。永磁纳米颗粒或薄片在众多领域具有重要应用。例如,稀土永磁颗粒薄膜,无需高温退火即可获得优异的永磁性能,在磁性微机电系统中获得特殊用途;稀土永磁纳米颗粒各向异性高,铁磁-超顺磁临界尺寸低,可提高铁磁流体的性能;稀土永磁纳米颗粒铁磁-超顺磁临界尺寸低于现有磁记录材料临界尺寸,可用于超高密度磁记录,突破现有磁记录材料存储密度极限;等等。

然而,制备各向异性磁性纳米永磁颗粒却是一个很大的挑战。虽然软磁纳米颗粒可以通过物理和化学方法合成,但是,稀土硬磁纳米颗粒的制备一直是个难题。其主要原因在于稀土极易氧化,且成分较为复杂。虽然磁控溅射或蒸发法可以制备稀土永磁纳米颗粒,但对实验条件要求高,难以实现产业化。采用传统的高能球磨技术通常可以获得粒度达到亚微米级的粉末,但是很难再通过调整球磨工艺参数(如延长球磨时间等)方法使粉末粒度进一步减少。

近年来的研究发现采用表面活性剂辅助球磨法可以成功制备出高性能的稀土永磁纳米颗粒。在传统的干磨或湿磨中,破碎的颗粒由于高的表面能会再次产生冷焊,所以颗粒很难进一步细化。表面活性剂辅助球磨是在湿磨中加入表面活性剂,表面活性剂附着在颗粒表面,降低表面能,阻止冷焊发生,从而可以把颗粒细化到纳米尺度。表面活性剂在表面活性剂辅助球磨工艺中起到许多重要的作用:除了阻止冷焊,使颗粒进一步细化之外,还因为附着在纳米颗粒表面,使其更长时间悬浮在溶剂中,可对不同尺寸纳米颗粒进行更好地分离;作为表面润滑剂,在球磨中会导致颗粒不同的解离和破碎过程,获得不同形貌纳米材料,也对纳米颗粒具有保护作用。大量的研究和试验表明,采用适当的表面活性剂和有机溶剂作为介质进行球磨是目前制备稀土永磁纳米颗粒的最好方法,该方法阻止球磨过程中粉末团聚和冷焊的发生,从而十分有效地减小粒径,并能减小颗粒间的摩擦作用,防止球磨中细小颗粒的氧化。该方法已被成功用于制备小于10纳米的纳米颗粒和几十纳米的纳米片,直接获得了具有高矫顽力的Sm-Co和Nd-Fe-B各向异性纳米片状材料。重要的是,表面活性剂辅助球磨工艺相对简单,更有希望实现产业化。而且,该工艺其加工过程完全在室温甚至低温下进行,所以特别适合于化学性质活泼的稀土纳米材料的制备。

不过,表面活性剂辅助球磨技术虽然可以获得尺寸低到几个纳米的永磁颗粒,但是球磨产物往往粒度分布差,导致矫顽力低。可以采用如超声震荡、静置和离心分离的颗粒分级技术,球磨产物尺寸的选择可以由颗粒溶液的沉降时间和离心分离来控制,制备出窄粒度分布的稀土纳米颗粒,使其矫顽力明显升高。

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