稀土納米材料——這種材料極具潛力！（上）

稀土元素因具有獨特的4f亞層電子結構、大的原子磁矩、強的自旋-軌道耦合等特點,而產生十分豐富的光、電、磁等性質，是當今世界各國改造傳統產業、發展高新技術所不可或缺的戰略物資，被譽為「新材料寶庫」。

稀土除在冶金機械、石油化工、玻璃陶瓷、輕紡等傳統領域中的應用外，更是清潔能源、大運載工具、新能源汽車、半導體照明、新型顯示等新興領域的關鍵支撐材料，與人類生活息息相關。

經過數十年的發展，稀土相關研究的重點也相應從單一高純稀土的冶煉分離，向稀土在磁學、光學、電學、儲能、催化、生物醫藥等高新技術應用方面拓展。一方面在材料體系上更多地趨向於稀土複合材料；另一方面，在形態上更多地集中於低維和功能晶體材料。

特別是隨著現代納米科學的發展，將納米材料所具備的小尺寸效應、量子效應、表面效應和界面效應等與稀土元素獨特的電子層結構特點相結合，稀土納米材料呈現出不同於傳統材料的許多新穎的性質，更大限度地發揮稀土材料的優異性能，並進一步拓展其在傳統材料領域和新型高科技製造領域的應用。

目前，主要有以下極具潛力的稀土納米材料，分別是稀土納米發光材料、稀土納米催化材料、稀土納米磁性材料、納米氧化鈰紫外遮蔽材料及其他納米功能材料。

一、稀土納米發光材料

01 稀土有機-無機雜化發光納米材料

複合材料將不同功能的單元在分子水平上複合，可實現功能的互補和優化。有機-無機雜化材料兼具有機組分和無機組分的功能，顯現出良好的機械穩定性柔韌性、熱穩定性以及優異的可加工性。

稀土配合物具有色純度高、激發態壽命長、量子產率高、發射譜線豐富等優點,在顯示、光波導放大、固體雷射器、生物標記及防偽等諸多領域有著廣泛的應用。但是，稀土配合物的光熱穩定性低、可加工性差，嚴重阻礙了其應用推廣。將稀土配合物與具有良好力學性能和穩定性的無機基質相結合，是改善稀土配合物的發光性能的一條有效途經。

02 白光LED稀土發光材料

與現有照明技術相比，半導體照明產品發光二極體(LED)具有使用壽命長、能耗低、發光利用率高、無汞、無紫外輻射、工作穩定等優點,被認為是繼白熾燈、螢光燈和高強氣體放電燈(HID)之後的「第四代光源」。

白光LED由晶片、襯底、螢光粉及驅動等構成。其中稀土螢光粉對白光LED性能起著關鍵作用。近年來，人們圍繞著白光LED螢光粉開展了大量的研究工作，並取得進展:

① 藍光LED(460m)激發的新型螢光粉開發，對藍光LED晶片所用的YAO2Ce(YAG:Ce)開展了摻雜、改性的研究,以提高光效和顯色性；

② 紫光(400m)或紫外光(360mm等兒ED激發的新型螢光粉開發,系統研究了紅、綠藍三種螢光粉的組成、結構與光譜特性的相關性,以及三種螢光粉的不同配比以獲得不同色溫的白光LED；

③螢光粉的製備工藝對助熔劑的影響規律等製備過程中的基本科學問題開展了深入工作，以保證螢光粉的質量及其穩定性。

03 稀土上轉換發光納米材料

上轉換發光是一類特殊的發光過程，其特徵是發光材料吸收多個低能量光子並產生高能量的光子發射。與傳統的有機染料分子或量子點相比，稀土上轉換發光納米材料具有反斯託克斯位移大、發射譜帶窄、穩定性好、毒性低、組織穿透深度高、自發螢光幹擾低等諸多優勢,在生物醫學領域具有廣闊的應用前景。

近年來，稀土上轉換發光納米材料在合成、表面改性、表面功能化以及生物醫學領域的應用方面均得到了長足的發展。人們通過優化納米尺度下材料的組成相態、尺寸等，並結合核/殼結構減少發光猝滅中心，來提高躍遷概率，從而達到提高材料發光性能的目的。通過化學修飾，建立具有良好生物相容性的技術降低毒性，並發展上轉換發光活細胞、活體上的成像方法；根據不同應用中的需求(免疫檢測細胞、活體螢光成像、光動力學治療、光熱治療、光控釋藥等)，發展高效、安全的生物偶聯方法。

該研究具有巨大的應用潛力和經濟效益，對納米生物醫學的發展、促進人類健康和社會進步具有重要的科學意義。

二、稀土納米磁性材料

稀土永磁材料已經歷了SmCo5、Sm2Co7及Nd2Fe14B三個發展階段。作為粘結永磁體材料的快淬NdFeB磁粉，晶粒尺寸為20nm～50nm，為典型的納米晶稀土永磁材料。

稀土納米磁性材料由於尺寸小、具有單磁疇結構、矯頑力很高的特性。用於製作磁記錄材料可以提高信噪比，改善圖像質量。由於其體積小、可靠性高等優點，用於微型電機系統，是新一代航空、航天和航海電機發展的重要方向。用於磁存儲器、磁流體、巨磁阻材料，性能可大大提高，使器件變得高性能、小型化。