稀土纳米材料的制备及应用
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论文题目：纳米稀土材料
课程名称： 材料化学
专业名称： XXXXXXXXXX
学 号： XXXXXXXXX
姓 名： XXXXXX
成 绩：
2013年11月18日 1
稀土纳米材料
摘要: 稀土纳米材料具有特殊的形态，使其在许多领域得到十分广泛的应用。通过多年的研究，已研究出制备稀土纳米材料的方法。本文介绍了稀土纳米材料的制备方法，主要包括：沉淀法、水热法、溶胶—凝胶法、电化学法、聚已二醇法、醇盐水解法、微乳液法。以及介绍了稀土纳米材料的应用，包括：陶瓷材料、催化剂、永磁材料、发光材料、贮氢材料、环保材料、抛光材料、超导材料、生物医学材料。
关键词：稀土；稀土纳米材料；制备；应用
引言
目前，世界各国都在激烈的竞争，希望在稀土新材料方面取得突破性的进展。然而，稀土纳米材料的制备，研究及应用是一次新的机遇，又是一次新的挑战。稀土功能材料生产及应用已成为拉动我国稀土产业发展的主要动力。因此，稀土纳米材料的开发对我们稀土大国具有很大的意义。
稀土元素原子结构特殊，内层4f轨道未成对电子多、原子磁矩高、电子能级极其丰富，几乎可以与所有元素发生反应，形成多价态、多配位数（3~12个）的化合物[8]。
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。稀土纳米材料则具有极强的光、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。纳米材料是一种应用前景广阔的新型材料，被认为是21世纪的新材料。我国在纳米粒子的研制方面发展迅速，研制成功一批纳米材料的制备工艺和设备。关于稀土纳米氧化物的制备有不少文献报道过。当然稀土化合物纳米荧光材料不只是单一的氧化物，还包括Y3 012、YS~Os、Y2Si07、YVO．等多种，都是重要的荧光材料 6，因此，这类稀土纳米荧光材料的制备是一个非常活跃的研究领域，尤其是对多元的稀土化合物纳米荧光材料的合成。
所以稀土纳米材料是一种十分重要的材料，正在进行研究和开发。下面扼要介绍稀土纳米材料的制备方法和在各领域的应用。
1 纳米稀土发光材料的性能研究
当基质的尺寸小到纳米级范围时，基质具有特殊的物理、化学特征(如表面与界面效应、尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应)，因此出现了许多新的发光性质。
1．1 谱线漂移
由于纳米微粒的量子尺寸效应导致纳米微粒的光谱峰值向短波方向移动的现象称为“蓝移”。相反由于表面与界面效应引起的光谱峰值向长波方向移动的现象称为“红移”【1】。普遍认为蓝移现象的发生主要是由于载流子、激子或发光离子受量子尺寸效应而导致其量子能级分裂显著，带隙加宽引起的。而红移是由于表面与界面效应引起纳米微粒的表面张力增大，使发光粒子所处的环境变化(如周围晶体场的增大等)致使粒子的能级发生变化，带隙变窄所引起的。李强等 2
在研究纳米Y203：E 的光谱的过程中，发现发射光谱蓝移的现象，随着晶粒尺寸微米级降纳级，发射光谱中F2跃迁主峰位置由618nm蓝移至610nm。
1．2 提高分辨率
光学显示器件分辨率高低有双重意义，即像元密度和器件包含的像元总数。由电子束聚焦、发光粉颗粒及发光效率等因素而定。发光粉颗粒粒径达到纳米尺寸，可提高发光器件的分辨率。
1．3 宽频带强吸收
发光材料的尺寸减小到纳米级时，对红外有一个宽频带强吸收谱。这是由于纳米大的比表面导致其与常规大块材料不同，没有一个单一的、择优的键振动模，而存在一个较宽的键振动模的分布。在红外光场的作用下，它们对红外吸收的频率也存在一个较宽的分布，这就导致了纳米粒子外吸收带的宽化。
1．4 使原不发光的促成发光
对于经表面化学修饰的纳米发光粒子，其屏蔽效应减弱，电子空穴库仑作用增强，从而使激子结合能和振子强度增大，而介电效应的增加会导致纳米发光粒子表面结构发生变化，对原来禁戒跃迁变成允许，因此在室温下就可观察到较强的光致发光现象。如纳米硅薄膜受360衄激发光的激发可产生荧光。
2.稀土纳米的制备
2.1水热法
水热法是通过金属或沉淀物与溶剂介质（可以是水或有机溶剂）在一定温度和压力下发生水热反应，直接合成化合物粉末。
最近，日本新技术事业团经过4年的研究开发，举世首创水热法批量生产纳米陶瓷材料。该法是高温高压有水的环境下使过氧化锆氯化钇进行反应，并在沉淀中加入尿素[1]。
水热法制得的粉体纯度达99.9%，平均粒径在30nm以内。用这种微粒烧结而成的材料具有高强度、高韧性，另外离子导电性也好，可用来制造各种切削工具、磨具、氧传感器和高级研磨材料等[2]。
2.2沉淀法
沉淀法是在稀土盐溶液中加入沉淀剂，将生成的沉淀过滤，洗涤后溶于有机溶剂将其分散，然后蒸发干燥[3]。沉淀法主要有直接沉淀法、共沉淀法、均相沉淀法、水解沉淀法。
直接沉淀法是通过某一阳离子的化学沉淀制备粉体，其优点是容易制取高纯度的稀土氧化物纳米粉。
共沉淀法是含有两种或两种以上的多元体系溶液中加入沉淀剂，得到各种成分均一沉淀的方法。采用共沉淀法制备稀土纳米复合氧化物时，由于各个组分之间的沉淀浓度和沉淀速度存在差异，破坏了溶液原始分子水平均匀性，从而出现 3
不平衡性沉淀。周建国等在传统沉淀方法的基础上，通过改变凝胶网格的大小来控制产物粒径，制得粒子尺寸分布均匀，粒径在20nm左右，分散性好的球形Y2O3:Eu3+红色荧光粉[4]。
均相沉淀法使沉淀剂在化学反应中缓慢生成，使沉淀在整个溶液中均匀出现。均匀沉淀法常用的沉淀剂是尿素。尿素在一定温度下生成NH4OH，其原理同氢氧化物沉淀[5]。郭贵宝等用均匀沉淀法和碳吸附法分别制备了浅黄色CeO2纳米粒子与Sm2O3和Gd2O3参杂CeO2纳米粉体[4]。
水解沉淀法是通过调节原料溶液的pH值或者通过改变原料溶液温度而使金属离子水解产生沉淀。NAM等提出了一种制备纳米TiO2纳米粉体的直接升温水解工艺[7]。
沉淀法的特点是工艺简单、成本较低、纯度高、组成均匀。但是 ，沉淀物水洗过滤困难，杂质易混入，水洗时部分沉淀溶解，溶液中的杂质离子影响粉末的烧结性能，清除困难，不能得到小力径的纳米颗粒[3]。
2.3溶胶—凝胶法
溶胶—凝胶法（sol-gel)是有机金属化合物或有机络合物在低温下通过聚合或水解等反应形成溶胶，并进一步缩聚为凝胶，经干燥热处理后，可得到比表面积较大、分散较好的纳米分子[5]。溶胶—凝胶法能在低温合成无机材料，从分子水平设计和控制材料的均匀性及粒度，最后得到高纯、超细、均匀的粉体。用溶胶—凝胶法经2000C烧结处理可得到晶粒尺寸为7、2nm的纳米晶，该纳米具有氧离子导电特性[3]。
董相庭、洪广言等先后对LaAlO3、Y3Al5O12、LaFeO3、La2Zr20、CeO2、Yb2O3等稀土化合物的制备和性能进行研究[3]。
在稀土化合物纳米粉制备中，sol-gel法有广泛的应用。但反应时间长，需要数日才能完成，难于达到工业化的要求。
2.4电化学法
电化学法是通过电极反应对电解液进行电解，通过控制电极电势来提高反应的选择性，还可通过控制电解槽中的电量大小来控制产物的产量，节约了原料，降低了成本，避免了污染。
张凤林等分别用电化学法和沉淀法制备了纳米CeO2微粒。研究发现：电化学发制备的纳米CeO2颗粒分散性好、粒径小（约5nm)，而沉淀法制备的纳米CeO2 4
为粒径较大（约10nm)的片状颗粒[6]。
电化学法是近年来发展起来的合成稀土纳米材料的新方法。
2.5醇盐水解法
醇盐水解法是金属与醇反应，生成的金色醇盐水解形成稀土氢氧化物或水合物，再脱水得到超微粉。此法引入杂质的可能性小，制备的粒子纯度高，粒径小、分散性好，不易团聚[5]。但金属醇盐成本高，而且有些金属盐不溶于醇，制备的氧化物种类有限。
景晓燕等用醇盐法制备了Nd2O3纳米晶和Nd(OH)3纳米晶[6]。将无水NdCl3装入三口烧瓶，按比例加入乙醇和苯。在滴液漏斗中加入乙醇和钠。然后在加热、搅拌、回流条件下，滴加NaOC2H5，再回流2h。向生成的Na(OC2H5)3苯液中滴加水，得到沉淀，经过滤、洗涤、干燥、焙烧，获得粒径不同的Nd2O3纳米晶[5]。
2.6微乳液法
微乳液法是有表面活性剂、助表面剂、油和水组成的热力学稳定体系，该法可以制备出粒径在1~100nm的单分散超微粒子。微乳液法制备的微粒不易聚结，分散性好，并且可通过控制水核半径的大小来控制微粒的粒度[8]。
石硕等首次以Triton-101/n-C8H18/n-C5H11OH/H2O体系W/O微乳液为反应介质，合成了粒径不超过40nm的CeO2纳米晶。配制Ce(NO3)3微乳液，然后进行磁力搅拌，在反应的过程中充入氮气，边搅拌边滴加含氨水的微乳液，同时产生黄色的沉淀，反应完成后，进行离心，洗涤，干燥，煅烧，得到CeO2纳米晶[5]。
2.7聚乙二醇法
聚乙二醇法是用硝酸溶解一定量的La2 O3,然后加入适量的聚乙二醇（平均分子量为20000），900C下搅拌脱水，2h后得到半透明溶胶。自然冷却后得到白色凝胶[5]。将凝胶在不同温度下热处理，得到不同粒径的白色La2 O3纳米晶。该法操作简单，但产物易团聚。
2.7.1液相物理法
液相物理法是将溶解度大的盐溶液物化成小液滴，使其中的盐类均匀快速地从溶液中析出，再将析出的细微的溶液盐类加热分解，即得到氧化物超微细粉。加速盐类的析出，常采用喷雾干燥法、喷雾热分解法[5]。
喷雾热分解法是把溶液喷入高温的气氛中，溶液的蒸发和金属盐的热分解同 5
时进行，得到金属氧化物超细颗粒。胡国荣等用该法制备了球形的BO3:Eu粒子[4]。喷雾分解法制备的荧光粉具有发光强度高、形貌好、粒径分布窄等优点。
喷雾干燥法是将原料液用雾化器分散成雾滴，并用热空气或其它气体与雾液直接接触的方式而获得粉粒状产品的一种干燥过程[15]。
2.7.2高压气象裂解法
高压气象裂解法是由气象化学反应、表面反应、均相成核、非均相成核、凝并及聚焦或融合六部分组成，各基元步骤的相对重要性决定于产物粒子性能的差异。通过高压气相裂解法生产的纳米粒子粒度细、化学活性高、粒子呈球形、单分散性好、凝聚粒子小、可见光透过性好及吸收紫外线以外的光能力强[7]。
稀土纳米材料的应用研究
总第２８４期２００７年 Ｄｏｍａｉｎ Ｆｏｃｕ 产业聚焦
材料
稀土元素独特的４ｆ电子构型 使其具有特殊的光、声、电、磁学性 质，被誉为新材料的宝库。在发光 材料、磁性材料、储氢材料、光学材 料等方面曾起过里程碑的作用。目 前，世界各国都在激烈地竞争，企 图在稀土新材料方面取得突破性 进展。将稀土纳米化后，将有助于 深层次地探索稀土原子的奥秘，也 将更有利于发现新性质、开拓新应 用和合成新材料，因此开展稀土纳 米材料的研究与应用对于我们稀 土大国来说，将是一次新的机遇， 具有重要的意义。 稀土纳米材料研究正在从对 零维纳米粒子的研究，逐渐向一 维、二维以及三维纳米材料发展； 从最初简单的制备稀土纳米粒子， 到制备具有特殊形态的稀土纳米 材料；从材料合成，到研究其成因、 性质、应用和产业化。今后应以研 究新性质、开发新应用为主。
耐心是一切聪明才智的基础。 一、稀土纳米材料的制备与组装 稀土纳米粒子的制备方法很 多，如：醇盐法，热分解，沉淀法，溶 胶一凝胶法，胶溶法，水热法。到目 前为止，实验室制备稀土纳米粒子 已经较成熟，而进行工业化生产尚 存在许多技术问题。在产业化方 面，长春应用化学研究所的专利技 术“碳酸盐沉淀法制备了稀土氧化 物超微粉末”已于１９９７年完成工 业化试验。 近几年来一维稀土纳米材料 的研究发展迅速，几乎所有的稀土 氧化物和氢氧化物一维材料都被 合成过，其主要合成方法为水热法 和模板法。主要有软模板如表面活 性剂和硬模板如具有阵列孔的阳 极氧化铝模板（ＡＡＯ）。基于模板 法存在有机模板难以去除的缺点， 以及一维纳米材料的尺寸严格受 到模板的限制，而水热法存在反应 过程机理不清晰的问题，从而很难 Ｓ
控制产物的尺寸与形状。为此，尚 需要开发出更好的制备一维稀土 纳米材料的方法。 二维稀土纳米材料主要为薄 膜材料，可分成稀土配合物纳米薄 膜和稀土氧化物纳米薄膜两大类。 稀土氧化物纳米薄膜主要可用物 理法和化学法来制备，物理法制备 稀土氧化物纳米薄膜是以相应的 稀土氧化物或纯金属等为前驱体， 通过电子束蒸发或电子束轰击等 过程，将前驱体沉积到预置的衬底 上而得到所需的稀土氧化物纳米 薄膜。采用物理方法制备的薄膜的 机械稳定性和化学稳定性高。化学 法制膜主要有喷雾热解法、化学气 相沉积法和溶胶一凝胶法等，这些 方法成本低，易于操作，应用较为 广泛。 三维稀土纳米材料主要为稀 土纳米陶瓷。掺稀土的ＺｒＯ 是一种 应用广泛的陶瓷材料，添加Ｙ ０，， ＲＡＲ Ｅ Ｅ Ａ Ｒ Ｔ Ｈ ＮＦ Ｏ 墩 １ Ａ科ｏＮｉＱ 囊嚣 。 ０躺 盛 黼糍 ｉｉ ｊ≥ ｊ
稀土掺杂的纳米发光材料的制备和发光
稀土掺杂的纳米发光材料的制备和发光
稀土掺杂的纳米发光材料是一种现代科技产品，它具有良好的发光性能，广泛应用于生物医学、光电器件、环保和安全等领域。稀土掺杂的纳米发光材料的制备主要依赖于稀土掺杂剂的合成。
目前，主要有三种合成方法：即湿法合成、固体相反应法和气相反应法。湿法合成也称水热法，是利用溶液中的溶解度和表面张力，将原料以金属氰酸盐形式溶解于湿态溶液中，利用溶液内部的形成、析出、增溶等物理化学原理使稀土掺杂剂形成，并使稀土掺杂剂在低温下成膜形成，最终获得不同粒度的稀土掺杂剂。
固体相反应法，即利用原料在固体中形成、析出、增溶等物理化学变化，使稀土掺杂剂形成，并在低温下使稀土掺杂剂成膜。通常，高温烧结是实现固体反应的方法，可以获得较大粒度的稀土掺杂剂。
气相反应法，也称气体反应法，所采用的原料是固体、液体或气体，以及熔解在溶剂中。在反应温度和压力适当的情况下，稀土掺杂剂在气相中形成，可以获得高粒度的稀土掺杂剂。
稀土掺杂的纳米发光材料的发光特性可以归结于量子级的跃迁发射原理，按照稀土3d 5d 4f能隙发光机制，稀土掺杂的纳米发光材料可以发射出蓝色、绿色、黄色和紫色等多种颜色的光，可以根据不同应用需求，采用多种不同的掺杂方法生产出不同的产品，如采用稀土元素可以扩散紫外线发光，以及采用非稀土元素可以发射出白光等。
稀土掺杂的纳米发光材料可以实现更高效的发光，并且发光同时具有良好的耐久性和稳定性，有助于其在微电子技术领域的广泛应用。
稀土上转换纳米材料的合成
稀土上转换纳米材料的合成
稀土元素是指周期表中镧系元素（包括镧、铈、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、钇）和锕系元素（包括钍和镤）的总称。近年来，稀土材料在光电、催化、磁性和生物医药等领域得到广泛应用。而利用稀土元素制备纳米材料，例如上转换纳米材料，更是备受关注。
上转换纳米材料是指材料在受到低能量的光激发时，其内部能级发生变化，产生高能激子而发出红外光，将低能量光转化为高能量光的一种纳米材料。它在生物医学成像、激光显示和化学分析等领域有广泛应用。
稀土上转换纳米材料的制备方法很多，如热分解法、共沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法以及微乳化法等。下面我们将针对上述几种方法进行简要介绍。
热分解法是采用热分解物质来制备纳米材料的方法。将相应的稀土无机盐与有机化合物（如醋酸），在高温下进行热分解，即可得到纳米材料。通过调节反应温度和反应时间，可以得到不同粒径的纳米材料。
共沉淀法是利用化学还原、沉淀等方法制备纳米材料的方法。通过将稀土盐与一定量的沉淀剂一同加入水中，平衡沉淀后将其沉淀出来，再经过高温处理，就可以得到稀土上转换纳米材料。
溶胶-凝胶法是通过溶胶-凝胶方法制备纳米材料的方法。将溶液中的化学物质通过水热和高温处理，可使其形成一个稳定的凝胶。通过对凝胶晶化处理可得到稀土上转换纳米材料。
水热法是利用高温高压水的性质，来制备纳米材料的方法。将稀土盐与其他原料在高温高压的水溶液中反应，通过水的特性，使稀土离子形成稳定的晶体，经过加热、冷却、分离的步骤后，就可以得到稀土上转换纳米材料。
微乳化法是通过微乳液来合成纳米材料的方法。将稀土盐和表面活性剂加入油相和水相的共存体系中，使反应物分散到水滴中，并在水滴界面上进行反应。在适宜温度下，反应物可形成溶胶并随着反应进行，形成稀土上转换纳米材料。
综上所述，稀土上转换纳米材料的制备方法很多，每种方法都有其优缺点。为了获得优秀的制备效果，需要根据自己的研究需求，选择适合的合成方法。
稀土材料的制备及其光学性质研究
稀土材料的制备及其光学性质研究
稀土材料是一类关键材料，它们在电子、光电、磁性、激光、荧光材料以及催化剂等领域都有广泛应用。稀土材料中最常见的非金属元素有16个，它们具有特殊的电子结构、能量级和磁性，具有很强的耦合效应，因此极易在电子、磁性和光学等方面表现出优异的性能。在近年来，随着纳米技术的进步，稀土材料在纳米结构、掺杂等方面的研究逐渐得到深化，其研究方向变得更加广阔和深入。
一、稀土材料的制备方法
稀土材料的制备可以通过溶剂化、机械焙烧、共沉淀、熔融盐电解法等多种方法。其中，共沉淀法是一种简单、操作方便的制备方法。共沉淀法主要是将相应的金属盐和氢氧化物反应，并生成一定的沉淀物，再用热水或酸将其重分散来获得纳米尺寸的稀土材料。同时利用表面改性技术，还可以进一步改善材料的性能。
二、稀土材料的光学性质
在光学方面，稀土材料的研究日益成为热点。稀土材料具有很强的荧光性能，是制备高效荧光材料的重要基础。稀土元素离子具有丰富的能级结构和复杂的能量跃迁规律，同时他们的能级结构也有很强的关联性，因此它们在科学界和工业领域都有着广泛的应用前景。比如，在照明、显示、纳米荧光探针、生物成像等方面都已得到广泛的应用。
三、稀土材料的应用
在不久的将来，稀土材料触角将继续延伸至多个应用领域。其中，气体探测是近年来最为关注的热点之一。一些稀土离子能够与一些易燃和毒性气体发生反应并诱导十分显著的能量转移，这方面的应用潜力还没有完全挖掘。此外，一些稀土元素在磁性和铁电材料中涉及到内禀电子结构导致的反铁磁、铁磁和铁电等特殊性能，在存储、传感、显示等方面也有极大的应用前景。 总之，稀土材料具有广泛的应用前景和研究价值，它们在材料科学中具有不可替代的地位。科学家们需要探究其独有的特性，开发大量新颖的稀土材料类型，设计新型稀土材料体系和材料工艺，并进一步优化及拓展其性能，才能满足现在和未来的材料需求。
稀土材料在纤维制品中的应用研究
稀土材料在纤维制品中的应用研究
一、引言
纤维制品是现代生活中不可或缺的一部分，它们广泛应用于纺织、建筑、汽车、航空航天等领域。如何提升纤维制品的性能和功能一直是研究的热点之一。稀土材料作为一类特殊的材料，在纤维制品中具有广阔的应用前景。本文将探讨稀土材料在纤维制品中的应用研究。
二、稀土材料的特性
稀土材料是指具有特殊电子结构的一类金属元素，其主要包括15个元素，即镧系元素和锕系元素。稀土材料具有独特的物理和化学性质，如高温稳定性、高熔点、良好的导电性和磁性等。这些特性使得稀土材料在纤维制品中具有突出的应用优势。
三、稀土材料在纤维制品中的应用
1. 纤维材料的增强剂
稀土材料可以作为纤维材料的增强剂，提高纤维的强度和刚度。通过在纤维中添加稀土材料，可以有效地改善纤维的机械性能，使其更加耐磨、耐酸碱、耐高温等。稀土纳米材料由于其细小的颗粒大小和高比表面积，具有更好的增强效果。研究表明，添加稀土纳米材料后的纤维制品具有更好的拉伸性能和抗疲劳性能。
2. 纤维材料的功能改性
稀土材料可以对纤维材料进行功能改性，赋予其特殊的性能和功能。例如，通过在纤维中添加光敏稀土材料，可以实现光纤传感器的制备，用于光信号的传输和检测。另外，稀土材料还可以用于制备纤维光栅，用于频率选择性滤波和波长调谐等应用。
3. 纤维材料的抗菌性能改善
纤维制品在使用过程中容易受到细菌和微生物的污染，影响其卫生性能。通过在纤维材料中引入稀土材料，可以实现纤维的抗菌性能改善。稀土材料具有优异的抗菌性能，可以抑制细菌的生长和繁殖，从而保持纤维制品的清洁和卫生。
4. 纤维材料的热稳定性提高
稀土材料具有良好的高温稳定性，可以提高纤维材料的热稳定性。研究表明，在纤维中添加稀土材料后，纤维的热分解温度明显提高，使得纤维制品在高温环境中具有更好的性能和耐久性。 四、稀土材料在纤维制品中的制备方法
稀土材料在纤维制品中的应用研究主要有两种制备方法，即物理法和化学法。
纳米稀土氧化物的制备与应用
科技论坛 中国科技信息２００６年第５期 ＣＨＩＮＡ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ Ｍａｒ．２００６ 纳米稀土氧化物的制备与应用 霍建振’魏明真 （１．临沂师范学院物理系；２．山东大学材料科学与工程学院） 摘要：本文对纳米稀土氧化物的制备及应用作了综述，介绍了液相法 固相法厦气相法的特点，并简要介绍了纳米稀土氧化物在功能材料、催 化剂材料等领域的应用。 关键词：纳朱材料；嫦土氧化物 制备方法；应用领域 引言 纳米材料科学是从２０世纪８Ｏ年代发展起来 的・门新的学科，纳米微粒由于具有明显 同于 个体材料羊ｕ单个分干的弛特性质，如小尺寸效应、 表 效应 体积效应 量子尺寸效应、宏观 千 隧道效应等，使兑任电学、光学、化＿ｌ：、陶瓷、生 物和医药等领域可有广泛的应用。 稀土元素特殊的电子构型使其有特殊的光、 电、磁性质，稀土氧化物是稀土化合物中蕈耍 的…类，用途， 泛，而纳米稀土氧化物可表现 山更加优越的性能。本文就纳米稀土氧化物的 制备方法做－综述，并总结ｒ稀土化合物在一 业中的应用。 １。纳米稀土氧化物的制备方法 稀土纳术材料的制备方法按制造上艺的性质 －－ｒ分为物理法和化学法，常用的化学方法按物质 形态可分为固相法、液相法和气相法，下面介绍 各种方法。 １．１固相法 固相法丰要包括固相热分解法 高温固相 化学反应法、窑温固相化学反应法。 室温固相化学反应法是近几年发展起来的一 种新型合成方法。该法在室温下对反应物 接 进行研磨，合成一些中１日１化合物，再对化合物 进行适当处理得到最终产物。由ｌｒ它从根本上 消除了溶剂化作用，使反应住一个垒新的化学 环境下进行，因而有可能获得在溶液中不能得 到的物质 徐宏等…利用该法合成了Ｎｄ Ｏ ，埘 微观结构研究结果表明，所得产物粒径均小 于ｌ ００ｎｍ，且微粒的分散性较好，团聚现象 明显。 １．２澉相法 液柏法是目前实验室和Ｊ二业上最为广泛心用 的合成高纯纳米粒子的方法。液相法具有制备 形式多样、操作简便和粒度可控等优点，ｕ 以 进行产物组分含量控制，便于掺杂。能实现分 子／原子尺度水平上的混合，且．制得的扮体材料 表面活性高 】。常见的用于制备稀七氧化物纳米 粉末的｝夜相法有溶胶一凝胶法、溶液燃烧合成 法、沉淀法、水热合成法、热解法、水解法 等。 １．２．１溶胶凝胶法 溶胶 凝胶技术足以无机盐或余属有机醇盐 为原料，在均相溶液中进行水解缩聚反应，溶 胶逐渐凝胶，将凝胶下燥、煅饶，得到纳米粉 体Ｉ 。这种制备能增进多元组分体系的均匀性， 均匀度可达分子或原子尺度，反也过程易于控 制，可制得表面积很人的凝胶或粉术。溶胶 凝胶技术｝盅广泛应用１ 制备陶瓷、纳米材料、 复合材料等，涉及的产物形状有块体、纤维 粉体 薄膜等，使材料的力、光、电、磁等 性质得到更好的发挥。侯文华Ｉ ‘等采用柠檬酸为 配体制备出了ＣｅＯ，超细粒子，此法得到的ＣｅＯ 超细粒子平均粒径为１Ｏｈｍ，比表面５７ｎｌ ／ｇ。 １．２．２溶液燃烧合成 征制备纳米材料的反应巾常通过某些化合物 热分解反应，在热分解过程巾，有 化合物的分 解产物本身也参与反应同时放出大量的热，维持 ｊ豆应温度，这就是燃烧合成法。燃烧台成法包括 自蔓延高温合成法（ＳＨｓ）和低温燃烧合成法（ＬＣＳ） 两种。ＳＨＳ是近年来迅速兴起的材料制备技术，已 同冶金、机械 陶瓷制备等传统技术结合，广泛 用ｆ制造粉末 多孔材料、致密材料及复合材料 和梯度材料。但是ＳＨＳ的缺点是工艺可控性差， 此外，由于燃烧温度一般高于２０００℃，合成的粉 末粒度较粗。低温燃烧合成法在一定程度上弥补 了ＳＨＳ的不足。 人们利用燃烧工艺已成功地制备出了高质量 的Ｙ，０ 以及氧化钇基粉末，这种工艺是制备许 多氧化物粉较为简单的方法。Ｐａｔｉ１ 和Ｃｈｉｃｋ￣ 等 人对该工艺进行了．深入细致的研究，他们通过 燃烧工艺制备出了高活性的Ｙ，Ｏ 粉。 １．２．３沉淀法 沉淀法是指包括一种戎多种离了的可溶性盐 溶液，当加入沉淀剂于一定温度下使溶液发生 水解，形成不溶性的氢氧化物、水合氧化物或 盐类从溶液中析出，将溶剂和溶液中原有的阳 离子洗去，经热解或热脱即得到所需的氧化物 粉料。沉淀法包括共沉淀法、直接沉淀法、均 相沉淀法等。沉淀法是液相化学反应合成纳米 金属氧化物颗粒的普遍方法，广泛用来合成 一或复合氧化物纳米微粒。该法具有原料成本 低、工艺简 、操作简便、对设备要求低等优 点，能够制备山多种纳米氧化物。王小兰、李 历历、段学臣＂ 利用草酸作沉淀剂，采用液相沉 淀法成功制备ｒ氧化钇纳米级粉末。 １．２．４水热法 水热法是在特制的密 反应容器（高 釜） 里，采用水溶液作为介质，通过对反应容器加 热。创造一个高温、高压的反应环境。使得通 常难溶或不溶的物质溶解并且重结晶。按设备 的差异，水热法又可分为普通水热法和特殊水 热法。所谓特殊水热法指任水热条件反应体系 上冉添加其他作用力场，如直流电场．磁场、 微波场等。水热法不仅住实验室里得到了应用 和持续研究。而且已实现ｒ产业规模的人工水 晶水热生长。水热合成法 Ｊ｛｛于制备稀土氧化 物纳米粉未。 １．２．５水解法 水解法叉称水解沉淀法，包括醇盐水解 法、强迫水解法、微波水解法等。醇盐水解法 ９５－， 是利用金偶醇盐的水解和缩聚反应，产生与构 成醇盐的金属元素相应的氧化物、氢氧化物或 水合物沉淀，再经过液围分离、干燥、煅烧等Ｔ＝ 艺，即可得到所需材料。其优点是纳米颗粒分布 均匀，纯度高，形状易控制。Ｆｖｍｔｏｚｍｏｔｏ￣ 等使 ｊｆｊ泼法制备的Ｙ，０ 粉末含有人量高反』・ 活性、 易碎的软闭聚体，这些软冈聚体经球磨后制各出 细，Ｊ、均匀的超细Ｙ ｏ 粉末。法法的缺点存十需 球磨，容易使粉未不纯。 １．３气卡Ｈ法 气相法是直接利用气体或通过等离子体活 化、激光活化、电 束加热、电流加热等方式 将物质变成气体，使之在气态下发生物理变化 或化学变化，最后在冷凝过秤中凝聚长人形成 纳米粒子的方法。气相法的特点是粉体纯度 高、颗粒尺寸小（一般为儿纳米） 团聚少、组 分易控，较适于氧化物纳米粉末的合成。近年 来，科技Ｔ＝作者 气相法的基础上不断引进新 技术，成功地制备了Ｙ，Ｏ 等多种金属氧化物纳 米颗粒。 ２。纳米稀土氧化物的应用领域 ２．１纳米稀土氧化物住功能材料领域的应用 稀—ｔ氧化物作为发光材料、磁性材料、超导 体、高性能陶瓷 紫外线吸收剂、精密抛光材料 等在功能材料的各个领域得到ｌｒ广泛的应用。 稀｛：独特的光谱性质是其住荧光粉和颜料中 应用的基础。在荧光粉中添加微量的稀土就能 起到有效的作用，激发某种稀ｔ：时，能发射Ⅲ 电磁波谱中波长极精确的光，铈发射紫外光， 镝发射 光，铥发射红光，铽发射绿光，钕发 射红外光。荧光粉为钇、铕和铽等高纯稀ｆ：化 物提供・个重要市场。 使用纳米Ｙ，Ｏ 制备的ＹＢＣＯ超导体，特别 是薄膜材料，性能稳定，强鹰 奇，易加工，接 近实川阶段，前景广阔。 稀土用于磁存储器、磁流体，巨磁阻等， 性能人人提高，使器件变得高性能小型化，如 氧化物巨磁靶材（ＲＥＭｎＯ 等） 先进陶瓷原料组成中，添加少量高纯稀 士，产品可使陶瓷获得附力¨的性能。例如。氧 化铝中掺入氧化钇和氧化镧，所制成的陶瓷的 高温力学性能夫人改善，加入量只钉０．１％时就 可使陶瓷蠕变速度降低ｌ ００余倍，且【ＪＪ使最高使 州温度提高２０ｏ ３００℃。 纳米Ｃｃ０ 粉对紫外线的ｕ厦收极强．被用于 『；方晒化妆品、防晒纤维、汽午玻璃等。另外纳米 Ｃ ｅ ０，还有较高的抛光精 鹰， 用干液品显 示、硅 品 、玻璃存储等。 ２．２稀上氧化物 催化领域的应川 稀ｉ 冗柰的最外屡电于结构为：４ｆ ５ ｄ”
纳米稀土配合物的开发与应用
纳米稀土配合物的开发与应用
汪多仁
稀土是十分重要的战略资源，在信息、环
保、自动化、能源、生物和新材料等高新技术
领域及石化、钢铁、农业、冶金等传统行业中 具有广泛的应用，涉及到国民经济和人民生活
的方方面面。由于稀土具有许多优异的特性，
大力发展稀土在化学热处理领域的应用，可充
分发挥资源优势以获得最佳的技术、经济效果。
应用在纤维能改善塑料的许多特性，拓宽了纤
维用范围，具有较好的市场前景。
１理化性质
纳米材料是指晶体尺寸小于１ＯＯｎｍ的各种
固体材料。把１～１ＯＯｎｍ的颗粒聚集体称为超微
粉末，而颗粒尺寸小于１０ｎｍ的称为纳米颗粒。
稀土元素具有未充满的４ｆ结构，由此而产
生多种多样的电子能级。某些稀土元素具有中
子俘获截面积大的特性。稀土具有类似微量元
素的性质，金属活泼性仅次于碱金属和碱土金
属元素，而比其他金属元素活泼。在１７个稀土
元素当中，按金属的活泼次序排列，由钪、钇、
镧递增，由镧到镥递减，即镧元素最活泼。稀
土元素能形成稳定的氧化物。
稀土配合物为浅灰白色极细粉末状粉体，
均不溶于水和丙酮，溶于无水乙醇。
稀土荧光高分子材料，可以有许多不同的
分类方法。稀土元素由于其电子结构的不同，
其荧光性能也不同。
稀土荧光高分子材料有高的荧光强度，而
且具有强的界面黏合和理想的分散结构（尺寸
和分散度），特别是分散相含量较高的情况下。
稀土发光材料的相对发光强度较纯的稀土
配合物相比高，光稳定性和热稳定性也有所改
菩；由于杂化基质对发光分子的限制作用，在
ＩＲ光谱上，其相关振动吸收较弱。
２工艺开发 ２．１操作过程
稀土化合物纳米粉化学制备主要是通过反
应原料液相、气相的离子或分子混合使稀土元
素高度分散，在较低反应温度或较温和化学环
境下制备纳米材料。多种稀土纳米氧化物的制
备方法有溶胶－凝胶法、醇盐法、络合沉淀法、
均相沉淀法、水解法、热分解法、有机配合物
前驱体法、化学气相合成法等，上述方法均能
稀土材料的制备方法与技术
稀土材料的制备方法与技术
引言
稀土材料是一类具有特殊化学性质和磁性特征的重要材料，在许多领域中都有广泛的应用。稀土元素的特殊电子结构使得稀土材料具有丰富的物理和化学性质，可以用来制备催化剂、磁性材料、光学材料等。本文将介绍一些常用的稀土材料的制备方法与技术。
溶剂热法
溶剂热法是一种常用的制备稀土材料的方法。该方法通过将稀土金属离子与适当的溶剂反应，得到稀土材料的沉淀。溶剂热法具有制备材料纯度高、尺寸可控等优点，被广泛应用于制备稀土材料。
水热法
水热法是一种在高温高压条件下进行稀土材料制备的方法。该方法可以通过调节反应条件（如温度、压力和反应时间）来控制稀土材料的形貌和尺寸。水热法可以制备出具有高比表面积和良好结晶性的稀土材料，因此在纳米材料的制备中应用广泛。
水热燃烧法
水热燃烧法是一种将水热法和燃烧法相结合的新型制备方法。该方法首先将稀土金属离子与某种燃料进行混合，然后在水热条件下进行反应。水热燃烧法可以在短时间内制备纳米级的稀土材料，且具有较低的制备成本和环境友好性。
水热沉淀法
水热沉淀法是一种利用化学反应在水热条件下将稀土金属离子与某种沉淀剂反应，制备稀土材料的方法。该方法可以通过调节反应条件和沉淀剂的种类和浓度来控制稀土材料的形貌和尺寸。水热沉淀法制备的稀土材料具有高比表面积和良好的结晶性。
水热水解法
水热水解法是一种利用水热条件下稀土金属离子与水进行水解反应制备稀土材料的方法。该方法可以通过调节反应条件和稀土金属离子的浓度来控制稀土材料的成分和形貌。水热水解法制备的稀土材料表现出良好的磁性和光学性质，因此在磁性材料和光学材料领域有广泛应用。 水热氢氧化物转化法
水热氢氧化物转化法是一种利用水热条件下将稀土氧化物转化为稀土氢氧化物的方法。该方法可以通过调节反应条件和氢氧化物的浓度来控制稀土材料的形貌和尺寸。水热氢氧化物转化法制备的稀土材料具有高比表面积和良好的结晶性，因此在催化剂和光学材料领域有广泛应用。
稀土功能材料的设计与应用研究
稀土功能材料的设计与应用研究
近年来，稀土功能材料在科学研究和工业应用中备受关注。稀土元素具有独特的电子结构和磁性特性，使得稀土功能材料在能源、环境、医药等领域具有广阔的应用前景。本文将从稀土功能材料的设计和应用两个方面进行探讨，并分析相关研究的现状和未来发展趋势。
一、稀土功能材料的设计
稀土功能材料的设计是开发新材料的关键环节。通过合理的配方和制备工艺，可以实现稀土功能材料的优异性能。目前，研究人员主要关注以下几个方面的设计。
1. 结构设计
稀土功能材料的结构设计可以通过控制晶格结构、晶体形貌和晶阶界面等方式实现。例如，将不同稀土元素掺杂到具有特定结构的材料中，可以调节材料的电子结构和磁性性质。此外，通过调控材料的晶体形貌和晶阶界面，可以提高材料的表面活性和催化性能。
2. 性能设计
稀土功能材料的性能设计包括调节材料的光电性能、磁性能、热电性能等。通过控制材料的组成、结构和表面修饰，可以实现稀土材料的多功能性能。例如，通过设计合适的能带结构和禁带宽度，可以调控稀土材料的光电转换效率。此外，通过合理的合金设计和表面改性，可以提高稀土材料的热电性能和储氢性能。
二、稀土功能材料的应用研究
稀土功能材料在众多领域具有广泛的应用前景。下面将重点介绍其在能源、环境和医药领域的应用研究。
1. 能源领域 稀土功能材料在能源领域的应用主要体现在太阳能电池、燃料电池和光催化等方面。稀土材料具有优异的光电转换性能和催化活性，可以显著提高能源转换效率。例如，将稀土氧化物应用于太阳能电池中，可以增强太阳能的吸收和电子传输，提高电池的光电转换效率。此外，稀土材料的光催化性能可以应用于水、气体和有机废水的净化和分解。
2. 环境领域
稀土功能材料在环境领域的应用主要涉及污水处理、大气污染治理和固体废物处置等方面。稀土材料具有良好的吸附性能和催化活性，可以有效去除水中的有害物质和空气中的污染物。例如，将稀土材料修饰在吸附剂表面，可以提高吸附剂的吸附容量和选择性。此外，稀土处理剂还可以应用于废物固化和废气脱硫等领域。
稀土发光纳米材料合成实验报告
稀土发光纳米材料的合成与发光性能实验报告
一、实验目的
1. 用共沉淀法、水热法制备稀土发光纳米材料；
2. 用荧光光谱仪测试稀土发光材料的发射光谱；
3. 了解不同制备工艺及各工艺参数对纳米材料产物晶相、尺寸、形貌的影响；
4. 了解稀土离子上、下转换发光的原理及特征。
二、实验原理
1.共沉淀法
共沉淀法是指在溶液中含有两种或多种阳离子, 它们以均相存在于溶液中, 加入沉淀剂, 经沉淀反应后, 可得到各种成分的均一的沉淀, 它是制备含有两种或两种以上金属元素的复合氧化物超细粉体的重要方法。共沉淀法, 就是在溶解有各种成份离子的电解质溶液中添加合适的沉淀剂, 反应生成组成均匀的沉淀, 沉淀热分解得到高纯纳米粉体材料。共沉淀法的优点在于: 其一是通过溶液中的各种化学反应直接得到化学成分均一的纳米粉体材料, 其二是容易制备粒度小而且分布均匀的纳米粉体材料。化学共沉淀法制备ATO粉体具有制备工艺简单、成本低、制备条件易于控制、合成周期短等优点, 已成为目前研究最多的制备方法。
化学共沉淀法是把沉淀剂加入混合后的金属盐溶液中, 使溶液中含有的两种或两种以上的阳离子一起沉淀下来, 生成沉淀混合物或固溶体前驱体, 过滤、洗涤、热分解, 得到复合氧化物的方法。沉淀剂的加入可能会使局部浓度过高, 产生团聚或组成不够均匀。
化学共沉淀法不仅可以使原料细化和均匀混合, 且具有工艺简单、煅烧温度低和时间短、产品性能良好等优点。
.2.溶剂热法
溶剂热法是水热法的发展, 它与水热法的不同之处在于所使用的溶剂为有机溶剂而不是水。在溶剂热反应中, 通过把一种或几种前驱体溶解在非水溶剂, 在液相或超临界条件下,
反应物分散在溶液中并且变的比较活泼, 反应发生, 产物缓慢生成。该过程相对简单而且易于控制, 并且在密闭体系中可以有效的防止有毒物质的挥发和制备对空气敏感的前驱体
另外, 物相的形成、粒径的大小、形态也能够控制, 而且, 产物的分散性较好。在溶剂热条件下, 溶剂的性质（密度、粘度、分散作用)相互影响, 变化很大, 且其性质与通常条件下相差很大, 相应的, 反应物（通常是固体）的溶解、分散过及化学反应活性大大的提高或增强。这就使得反应能够在较低的温度下发生。