[摘要]本文概述了稀土納米材料近幾年的研究進展,重點介紹了稀土納米材料在陶瓷、催化劑、永磁材料、發(fā)光材料、環(huán)保材料等領域的應用,對其發(fā)展前景進行了展望。

    [關鍵詞]稀土;納米;應用

    1　引言
               
    稀土元素原子結(jié)構特殊,內(nèi)層4ｆ軌道未成對電子多、原子磁矩高、電子能級極其豐富,幾乎可以與所有元素發(fā)生反應,形成多價態(tài)、多配位數(shù)(3～12個)的化合物,具有許多優(yōu)異的光、電、磁、核等特性[1],被稱為“現(xiàn)代工業(yè)的維生素”和神奇的“新材料寶庫”。

    納米材料是指晶粒尺寸小于100ｎｍ的單晶體或多晶體,由于晶粒細小,使其晶界上的原子數(shù)多于晶粒內(nèi)部的,即產(chǎn)生高濃度晶界,因而使納米材料有許多不同于一般粗晶材料的性能,如強度和硬度增大、低密度、低彈性模量、高電阻、低熱導率等。納米技術是用單個的原子、分子制造物質(zhì)的科學技術,以及在單個原子、分子層次上對物質(zhì)存在的種類、數(shù)量和結(jié)構形態(tài)進行精確的觀測、識別與控制的研究和應用[2]。小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應使納米材料在光、電、磁等方面也表現(xiàn)出許多常規(guī)材料不具備的特性。稀土納米材料集稀土特性和納米特性于一體,必然會創(chuàng)出非稀土納米材料和稀土非納米材料所不具備的優(yōu)良特性。目前納米技術與稀土相結(jié)合形成的新型材料主要有稀土納米陶瓷、催化劑、永磁材料、發(fā)光材料、環(huán)保材料、生物醫(yī)藥材料等。這些新型材料在信息、生命科學等領域必將發(fā)揮重要的作用[3-4]。

    2　稀土納米材料的應用

    2 1　稀土納米陶瓷材料
               
    陶瓷是具有悠久歷史的材料,陶瓷材料的特點是硬度高、強度高和抗腐蝕性好,即使在高溫下也如此。稀土氧化物在精細陶瓷中的應用,主要作為添加劑來改進陶瓷的燒結(jié)性、致密度、顯微結(jié)構等。使用納米級的Ｙ2Ｏ3、Ｎｄ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、Ｓｍ2Ｏ3等制備的電子陶瓷(電子傳感器、電容器等),電性能、熱性能和穩(wěn)定性都得到了許多改善,是電子材料升級的重要方面。基于納米微粒徑小、比表面大并有高的擴散速率的特點,用納米Ｙ2Ｏ3和ＺｒＯ2能在較低溫度下燒結(jié)成氧化鋯陶瓷,具有很高的強度和韌性,用于軸承、刀具和耐磨零件等。用納米Ｎｄ2Ｏ3、Ｓｍ2Ｏ3等制作的多層電容、微波器件,性能大大提高。用稀土納米陶瓷做成的發(fā)動機的工作溫度將比現(xiàn)有合金材料的發(fā)動機提高200～300℃,熱效率提高20～30%左右。

    日本新技術事業(yè)集團首創(chuàng)開發(fā)了水熱法批量生產(chǎn)納米陶瓷材料,合成了Ｙ2Ｏ3部分穩(wěn)定的ＺｒＯ2。用ＺｒＯＣｌ2•ＹＣｌ3作為原料,并加入尿素作為沉淀劑,在高壓釜內(nèi)進行水熱合成,制得純度高達99.9%以上、平均粒徑為30ｎｍ的微粉。所得產(chǎn)品純度高,粒度分布窄,結(jié)晶性很高。用該粉末燒結(jié)而成的材料具有高強度、高韌性、高離子導電性能,可用于制造切削工具、模具和傳感器等[5]。