稀土納米材料的應(yīng)用及生產(chǎn)技術(shù)
稀土元素本身具有豐富的電子結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出許多光、電、磁的特性。稀土納米化后，表現(xiàn)出許多特性，如小尺寸效應(yīng)、高比表面效應(yīng)、量子效應(yīng)、極強(qiáng)的光、電、磁性質(zhì)、超導(dǎo)性、高化學(xué)活性等，能大大提高材料的性能和功能，開發(fā)出許多新材料。在光學(xué)材料、發(fā)光材料 、晶體材料、磁性材料、電池材料、電子陶瓷、工程陶瓷、催化劑等高科技領(lǐng)域，將發(fā)揮重要的作用。?
一、目前開發(fā)研究和應(yīng)用的領(lǐng)域
1.稀土發(fā)光材料：稀土納米熒光粉（彩電粉、燈粉），發(fā)光效率提高，將大大減少稀土用量。主要使用Y2O3、Eu2O3、Tb4O7、CeO2、Gd2O3。高清晰度彩色電視的候選新材料。?
2.納米超導(dǎo)材料：使用Y2O3制備的YBCO超導(dǎo)體，特別薄膜材料，性能穩(wěn)定，強(qiáng)度高，易加工，接近實(shí)用階段，前景廣闊。?
3.稀土納米磁性材料：用于磁存儲(chǔ)器、磁流體、巨磁阻等，性能大大提高，使器件變得高性能小型化。如氧化物巨磁電阻靶材（REMnO3等）。?
4.稀土高性能陶瓷：使用超細(xì)或納米級的Y2O3、La2O3、Nd2O3、Sm2O3等制備的電子陶瓷（電子傳感器、PTC材料、微波材料、電容器、熱敏電阻等），電性能、熱性能、穩(wěn)定性得到許多改善，是電子材料升級的重要方面。如納米Y2O3和ZrO2在較低溫度燒結(jié)的陶瓷，具有很強(qiáng)的強(qiáng)度和韌性，用于軸承、刀具等耐磨器件；用納米Nd2O3 、Sm2O3等制作的多層電容、微波器件，性能大大提高。?
5.稀土納米催化劑：在許多化學(xué)反應(yīng)中，使用稀土催化劑，若使用稀土納米催化劑，催化活性、催化效率將大幅提高?，F(xiàn)用的CeO2納米粉在汽車尾氣凈化器上，具有活性高、價(jià)格低、壽命長的優(yōu)點(diǎn)，并代替了大部分貴金屬，每年用量數(shù)千噸。?
6.稀土紫外線吸收劑：納米CeO2粉對紫外線的吸收極強(qiáng)，用于防曬化妝品，防曬纖維，汽車玻璃等。?
7.稀土精密拋光：CeO2對玻璃等有較好拋光作用。納米CeO2則有較高的拋光精密度，已用于液晶顯示、硅單晶片、玻璃存儲(chǔ)等?？傊⊥良{米材料應(yīng)用才剛剛開始，而且集中在高科技新材料領(lǐng)域，附加值高，應(yīng)用面廣，潛力巨大，商業(yè)前景十分看好。?
二、制備技術(shù)
? 目前納米材料不論是生產(chǎn)還是應(yīng)用，都引起各國的重視。我國的納米技術(shù)不斷取得進(jìn)步，在納米級SiO2、TiO2、Al2O3、ZnO2、Fe2O3等粉體材料中，已經(jīng)成功的進(jìn)行工 業(yè)化生產(chǎn)或試生產(chǎn)，但現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)成本很高是其致命的弱點(diǎn)，將影響納米材料推廣應(yīng)用，因此要不斷改進(jìn)。?
由于稀土元素特殊的電子結(jié)構(gòu)及較大的原子半徑，其化學(xué)性質(zhì)與其它元素有很大不同，因此 ，稀土納米氧化物的制備方法和后處理技術(shù)上，與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，氫氧化物沉淀，均相沉淀、絡(luò)合沉淀等。該方法最大的特點(diǎn)就是：溶液成核快，易控制，設(shè)備簡單，可制得高純度的產(chǎn)品。但難過濾，易團(tuán)聚。 ?
2.水熱法：在高溫高壓的條件下，加快和強(qiáng)化離子的水解反應(yīng)，并形成分散的納米晶核。該方法能得到分散均勻、粒度分布狹窄的納米粉，但要求高溫高壓設(shè)備，設(shè)備昂貴，操作不安全。?
3.凝膠法：是制備無機(jī)材料的重要方法，在無機(jī)合成中占有相當(dāng)?shù)牡匚弧Ｔ诘蜏叵?，有機(jī)金屬化合物或有機(jī)絡(luò)合物，通過聚合或水解等反應(yīng)，形成溶膠，一定條件下形成凝膠，進(jìn)一步熱處理，可得比表面較大、分散較好的超微納米粉。該方法可在溫和條件下進(jìn)行，得到的 粉體比表面大、分散性好，但反應(yīng)時(shí)間長，需要數(shù)日才能完成，難于達(dá)到工業(yè)化的要求。 ?
4.固相法：通過固體化合物或中間固相反應(yīng)，進(jìn)行高溫分解。如硝酸稀土與草酸，固相混合球磨，形成稀土草酸鹽的中間體，然后高溫分解，得到超細(xì)粉。該方法反應(yīng)效率高，設(shè)備簡單，操作容易，但所得粉體形態(tài)不規(guī)則，均勻性差。?
這些方法不是唯一的，也不一定完全適用于工業(yè)化。還有許多制備方法，如有機(jī)微乳法、醇鹽水解法等。?
三、工業(yè)化開發(fā)進(jìn)展
工業(yè)化生產(chǎn)往往不是采用單一的某種方法，而是取長補(bǔ)短，幾種方法復(fù)合，這樣才能達(dá)到商業(yè)化所要求的產(chǎn)品質(zhì)量高，成本低，過程安全高效。廣東惠州瑞爾化學(xué)科技有限公司，近期開發(fā)稀土納米材料取得了工業(yè)化進(jìn)展。經(jīng)過多種方法的探索和無數(shù)次的試驗(yàn)，找到了比較適合工業(yè)化生產(chǎn)的方法－微波凝膠法，該技術(shù)最大優(yōu)點(diǎn)是：將原來約10天的凝膠反應(yīng)，縮短到1天，這樣生產(chǎn)效率提高了10倍，成本大大降低，而且產(chǎn)品質(zhì)量好，比表面大，經(jīng)用戶試用反應(yīng)良好，價(jià)格比美國、日本產(chǎn)品的低30％，非常具有國際競爭力，達(dá)到國際先進(jìn)水平。?
最近用沉淀法進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)，主要是用氨水和碳酸氨進(jìn)行沉淀，并用有機(jī)溶劑脫水和作 表面處理，該方法工藝簡單，成本低，但產(chǎn)品質(zhì)量欠佳，仍有部分團(tuán)聚，有待進(jìn)一步改進(jìn)和提高。?
我國是稀土資源大國，稀土納米材料的開發(fā)應(yīng)用，開辟了稀土資源有效利用的新途徑，擴(kuò)展 了稀土的應(yīng)用范圍，促進(jìn)了新功能材料的發(fā)展，增加了高附加值產(chǎn)品出口，提高了創(chuàng)匯能力 ，對把資源優(yōu)勢變?yōu)榻?jīng)濟(jì)優(yōu)勢有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
