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1、稀土纳米材料—建筑装饰材料1定义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。纳米材料是指晶粒尺寸小于100ｎｍ的单晶体或多晶体,由于晶粒细小,使其晶界上的原子数多于晶粒内部的,即产生高浓度晶界,因而使纳米材料有许多不同于一般粗晶材料的性能,如强度和硬度增大、低密度、低弹性模量、高电阻、低热导率等。纳米技术是用单个的原子、分子制造物质的科学技术,以及在单个
2、原子、分子层次上对物质存在的种类、数量和结构形态进行精确的观测、识别与控制的研究和应用。目前纳米技术与稀土相结合形成的新型材料主要有稀土纳米陶瓷、催化剂、永磁材料、发光材料、环保材料、生物医药材料等。这些新型材料在信息、生命科学等领域必将发挥重要的作用。2稀土纳米材料的应用稀土在环境材料方面的一项重要用途是作为汽车尾气净化催化剂。它具有良好的催化活性、热稳定性、抗毒性、使用寿命和价格优势。北京有色金属研究总院研制的稀土尾气净化催化剂主要采用氧化铈，中国科学院大连化学物理研究所用铂/氧化锆·氧化铈作为催化剂。可使汽车尾气中的C
3、O（一氧化碳）、HC（碳氢化物）、NOX（氮氧化物）的净化率达到60%-70%乃至更高。催化剂采用了稀土和其它氧化物等多成分的协同效应，目前已开始应用于多种涂料、陶瓷、搪瓷和水泥制品等建筑材料方面，能产生良好的抗菌和净化效果。21稀土纳米陶瓷材料陶瓷是具有悠久历史的材料,陶瓷材料的特点是硬度高、强度高和抗腐蚀性好,即使在高温下也如此。稀土氧化物在精细陶瓷中的应用,主要作为添加剂来改进陶瓷的烧结性、致密度、显微结构等。玻璃陶瓷是应用稀土较早的传统产业。在玻璃陶瓷中添加稀土可改善材料性能，引起颜色变化。稀土用作玻璃的抛光材料，可
4、提高抛光效果。稀土在玻璃陶瓷中的用量约占稀土总用量的25%-30%。近年来，稀土在高技术陶瓷中也开始发挥作用。稀土元素有独特的电子层结构，其中不饱和的电子层（如4f电子层）受不同波长光的照射后，产生电子跃迁，又会发出另外波长的光。由于这种特性，稀土可用作玻璃陶瓷的各种着色剂，具有独特的艳丽颜色。稀土陶瓷着色釉料按所呈颜色有以下种类（括号内是含稀土着色剂的主要成分）：亮黄色（氧化镨即镨黄），橙色（氧化钇），淡紫色（氧化钕），锆镨钒绿（氧化锆、氧化镨、氧化钒），锆镨钒橙（同前），带红娇黄（氧化镨加入二氧化铈），黄色与天蓝之间（调
5、整氧化镨与五氧化二钒的比例），锰红（添加1-3%氧化钇）。22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。因为,纳米微粒尺寸小,表面所占的体积百分数大,表面的键态和电子态与颗粒内部不同,表面原子配位不全,导致表面活性位置增加,通过对纳米微粒表面形态的研究表明,随着粒径减小,表面光滑程度变差,形成了凹凸不平的原子台阶,从而增加了化学反应的接触面,产生高扩散通道,大大增加催化反应活性点。这就意味着稀土纳米粒子催化剂具有良好的催化效果。稀土纳米催化剂一般用在石油催化裂化和汽车
6、尾气的净化处理方面。23稀土纳米永磁材料在稀土金属的晶体中,由于4ｆ层电子受到外层5ｓ和5ｐ电子层屏蔽的关系,晶体场对4ｆ电子轨道磁矩作用甚弱,甚至不起作用。所以稀土金属的原子磁矩包含有4ｆ层电子轨道磁矩和自旋磁矩两部分的贡献,而铁元素仅有3ｄ层电子自旋磁矩作贡献。在稀土化合物中3ｄ和4ｆ金属原子磁矩都对化合物的磁矩有贡献,因此其磁性能更为优良。稀土永磁材料是将钐、钕混合稀土金属与过渡金属(如铁、钴等)组成的合金,用粉末冶金方法压型烧结,经磁场充磁后制得的一种磁性材料。稀土纳米永磁材料的制备方式主要有机械合金化和急冷凝固制成
7、非晶合金,再经热处理析出纳米结晶两种方式。机械合金化法是在高能球磨机内使粉末反复地历焊接、断裂而制备的。德国西门子公司采用机械合金法及随后进行固态反应的方法研制出稀土纳米永磁材料,如Ｎｄ-Ｆｅ-Ｂ和Ｓｍ-Ｆｅ-Ｎ磁体。制备Ｎｄ-Ｆｅ-Ｂ粉时,先用机械合金化法制得球磨粉Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂ(晶粒50ｎｍ),经过退火就可得到各向同性纳米磁粉。这种磁粉加入树脂,可得粘结型ＭＭ1永磁材料,其矫顽力为15.8ｋＡｃｍ。各向同性磁粉用轴热压成型法制得各向同性ＭＭ2压制磁体,进行热压可制得致密的磁体(ＭＭ2),其矫顽力为16.1ｋＡｃｍ。各向
8、同性磁粉采用模压镦锻,经热变形织构化,可制得各向异性磁体ＭＭ3,其矫顽力为10.7ｋＡｃｍ。24稀土纳米发光材料纳米稀土发光材料的颗粒尺度通常小于激发或发射光波的波长,因此光场在微粒范围内可以近似为均匀的,不存在对光波的限域作用引起的微腔效应,对超细颗粒而言,尺寸变小,其比表面积亦显著增加
