《新型多孔稀土上轉換納米材料介尺度結構及其調控》是依託上海交通大學，由高國擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：新型多孔稀土上轉換納米材料介尺度結構及其調控
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：高國
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
稀土納米材料在冶金工業、石油化工和生物學等領域具有大量套用需求，但我國傳統稀土過程工業存在效率低、資源浪費嚴重和技術開發周期長等問題。本項目擬採用水熱離子技術，圍繞上轉換納米材料在水熱體系中的相變及介尺度結構調控機制這一個重要科學問題，從增強上轉換納米材料發光效率入手，設計、合成一系列尺寸、形貌結構和相組成可控的高附加值上轉換多孔納米材料。從介尺度科學角度剖析水化、離子誘導、高溫/高壓效應下稀土上轉換納米材料的水熱生長習性，研究水熱反應器微元、微反應系統中的介質、前軀體相變化和電子遷移等過程，以及材料表界面介尺度結構的形成機理與反應-擴散定向控制的相互關係及其調控規律，揭示多相反應過程量化反應路徑、反應產物的成分和結構間的相互關係。採用有限元原理對水熱離子誘導反應過程、多孔納米材料表面應力分布狀態和介尺度行為進行模擬，為新型高附加值稀土納米材料的理性設計、大規模合成提供科學依據。
結題摘要
稀土納米材料在冶金工業、石油化工、玻璃陶瓷和生物學等領域的廣泛套用前景，稀土納米材料的介尺度結構及其調控是納米技術在傳統過程工業套用的關鍵所在，迫切需要揭示稀土納米材料在製備過程中介尺度結構的形成、演化和控制機制。本項目主要研究內容是上轉換多孔納米材料的可控制備、介尺度調控和水熱反應工藝研究。本項目取得重要結果及關鍵數據：（1）發現了水熱處理前的階段，稀土納米材料前驅體中同時存在‘立方相α-NaYF4’及‘六方相β-NaYF4’細小納米晶核的小尺度單元，隨著F-離子量的增加，在晶胞的不同晶面上，選擇性吸附F-離子現象更為明顯，導致β-NaYF4納米晶核存在的機率會有提升；（2）在高溫條件下，較小的尺寸α-NaYF4劇烈運動，增大了立方相和六方相細小晶核‘碰撞’、‘原子重排’和‘熔合’的機率，在整個‘附著’過程中，各向同性的α-NaYF4晶核通過‘旋轉’調整自身方向；（3）發現球狀和六稜柱狀上轉換NaYF4晶體前驅體溶液濃度越大，六稜柱的長徑比越大。在酸性條件下，溶液pH值越小，六稜柱長徑比越大，隨著反應時間的延長，上轉換晶體經歷球狀，球狀和六稜柱混合以及純六稜柱等幾個階段的轉變；（4）通過有限元進行模擬發現，高溫高壓環境下，F-、Cl-等離子具有較高的離子活性，對基質材料活躍位點產生‘離子侵蝕’作用，得到空心、孔洞等結構，而最終主導性的因素，是受外界水熱系統大尺度能量的波動情況所決定；（5）反應添加劑甘醇酸GA在上轉換晶體生長中可以充當“爆破劑”，DDBAC作為陽離子表面活性劑，在反應過程中起到了穩定表面和降低反應速度的作用，EDTA則是上轉換晶體轉型的關鍵因素，既有助於晶體從各向同性的納米糰簇向各向異性的六稜柱轉變，又是晶體手性產生的必要原料與條件。本項目研究工作對我國發展新型高附加值上轉換多孔納米材料介尺度結構及其調控等重大工藝開發，對我國富產資源高效清潔利用等關鍵技術方面取得突破具有重要意義。
