稀土納米材料的開發(fā)研究是納米材料領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)之一,其原因在于該材科集稀土特性和納米特性于一體,具有非稀土納米材料和稀土非納米材料所不具有的綜合優(yōu)良特性,因而具有十分廣闊的應(yīng)用前景。
稀土特性:稀土元素原子結(jié)構(gòu)特殊,內(nèi)層4f軌道未成對(duì)電子多、原子磁矩高;電子能級(jí)極其豐富,比周期表中所有其它元素電子能級(jí)躍遷的數(shù)目多1-3個(gè)數(shù)量級(jí);稀土金屬活潑,幾乎可與所有元素發(fā)生作用,容易失去電子形成多種價(jià)態(tài)、多配位數(shù)(從3到12)的化合物,因此稀土被認(rèn)為是新光源、新磁源、新能源、新材料的寶庫(kù)。
納米材料特性:納米材料是介于體相材料與單個(gè)原子、分子之間的一類新型材料,組成納米材料的納米(0.1~100nm)微粒具有下述效應(yīng),:(1)小尺寸效應(yīng)。晶體周期性的邊界條件被破壞;非晶態(tài)納米微粒表面層附近原子密度減小,導(dǎo)致聲、光、電、磁、熱等特性發(fā)生變化,如磁有序態(tài)變?yōu)榇艧o(wú)序態(tài)、超導(dǎo)相向正常轉(zhuǎn)變等等。(2)表面效應(yīng)。納米粒子的粒徑小,表面原子數(shù)增多,表面積和表面張力變大,原子配位不足,使納米粒子具有很高的化學(xué)活性,容易與其它原子結(jié)合。(3)量子尺寸效應(yīng)。當(dāng)粒子尺寸降到某一值時(shí),費(fèi)米能級(jí)附近的電子能級(jí)由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散能級(jí)。能級(jí)間距發(fā)生分裂,必將導(dǎo)致納米粒子磁、光、聲、熱、電以及超導(dǎo)電性與宏觀特性有顯著不同。(4)量子隧道效應(yīng)。微觀粒子具有貫穿勢(shì)壘的能力,稱為隧道效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)宏觀物理量如微顆粒磁化強(qiáng)度,量子相干器件中的磁通量也具有隧道效應(yīng)。并且,納米材料又存在組合引起的協(xié)同效應(yīng)和量子偶合效應(yīng),而且納米材料的許多奇異性能可以通過(guò)外場(chǎng)進(jìn)行調(diào)控。
稀土納米材料將稀土和納米的特性融為一體,制備出稀土納米粉體材料、流體材料、薄膜材料、介孔材料、塊狀納米晶體材料、有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合材料以及稀土納米改性材料等新材料,這些稀土納米材料具有優(yōu)良的光、電、磁性質(zhì)、超導(dǎo)性、高化學(xué)活性等,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)域發(fā)揮重要的作用,形成新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。