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國產稀土納米材料讓資源不再“白菜價”外銷
閱讀：88 發(fā)布時間：2013-5-22國產稀土納米材料讓資源不再“白菜價”外銷
我國雖是稀土大國,，但應用基礎研究嚴重滯后,，“工業(yè)味精”只能像土豆,、白菜一樣廉價,。自1995年起,，北京大學嚴純華團隊經過15年持續(xù)攻關，建立了可控制備稀土納米功能材料的方法,，為我國稀土資源的,、高值化利用開辟了新途徑；其研究課題“稀土納米功能材料的可控合成,、組裝及構效研究”,，榮獲2011年度國家自然科學二等獎。
嚴純華教授,，長江學者特聘教授,，中科院新科院士，北京大學稀土材料化學及應用國家重點實驗室主任,，多年來在稀土分離,、稀土功能材料應用等方面進行了系統(tǒng)而深入的創(chuàng)新性研究，為我國稀土提取和分離技術躋身世界水平做出了突出貢獻。
在北大化學系辦公室,，他用通俗的語言向記者進行科普：所謂納米就是十億分之一米,，其長度相當于人類頭發(fā)直徑的八萬分之一。當一種材料的尺寸變小,，小到只有納米長度的時候,，它會呈現(xiàn)出很多奇異的特征，這就是納米科學的微妙之處,。
“在納米尺度下,，材料的性質受到表面狀態(tài)的影響非常大。”他打了個比方：一塊完整的磚頭,，它的性質與內部結構有關,，而與表面關系不大；當把磚頭研磨成十億分之一米大小的碎片,，使表面的原子和內部原子數量可比時,，這時表面的性質就活躍起來了。“因此,，在納米尺度下控制表面和形貌,，往往能夠帶來性質上的巨大變化。”
嚴純華的稀土納米功能材料研究,，正是基于這樣的原理,。從1995年開始，他帶領的團隊建立了一系列合成方法,，能夠可控地制備具有納米結構的稀土材料,，并且有效地控制它們的尺寸、形貌和表面,。“我們可以把稀土材料做成球體的,、立方體的、三角片的,，等等,。”
把納米材料做小并不難，難的是做得小而均勻,。嚴純華等所創(chuàng)造的合成方法,，其關鍵之處就在于把稀土化合物合成為具有特定形貌、尺寸和結構的“單分散”的納米結構材料,。所謂“單分散”,，就是均勻?；瘜W界有一句口頭禪：結構決定性質,。在新的尺度下,，將稀土材料制成尺寸均一的材料，使過去不穩(wěn)定的結構加以穩(wěn)定,，這樣就能產生或發(fā)現(xiàn)新的性質,。
“實驗發(fā)現(xiàn)，針對不同體系,，不同的化合物總會呈現(xiàn)出新性質,，這就大大拓寬了稀土化合物的作用和使用范圍。”嚴純華說,，目前該項研究已經可以應用到生物成像,、能量轉化和環(huán)保等領域。
水往低處流,，能量的轉化也遵循同樣原理。“能量總是從高向低運行,，因此在稀土發(fā)光材料中,，通常都是吸收高能量的紫外線，發(fā)出低能量的可見光,。”嚴純華等充分利用稀土氟化物具有的優(yōu)異上轉換發(fā)光性質,，可控地制備了單分散納米材料，從而有效地實現(xiàn)了讓能量從低向高轉化——吸收兩個或兩個以上低能量的紅外光子,，率地發(fā)出相對高能量的可見光,。“紅外影像技術在生物監(jiān)測中具有特殊的*性，它對生物體的穿透力更強,，更安全,。”上轉換稀土納米熒光材料，在近紅外光激發(fā)下,，可發(fā)出藍,、綠、紅光,，可廣泛應用于激光器件,、癌癥診斷與治療等領域。
在強化物質轉化和環(huán)保方面,，以納米結構氧化鈰為典型的稀土化合物具有較大的表面積,，從而有效提高了催化效率。同時,，這種材料還可制備出大小均勻的孔道,，有可能實現(xiàn)更加*的選擇性催化。嚴純華團隊制備的有序介孔鈰基復合催化劑,，能在較低溫度實現(xiàn)有毒的一氧化碳氣體向無毒的二氧化碳氣體的*轉化,，因而有可能為實現(xiàn)汽車尾氣的低成本、潔凈排放提供新型材料。
如果從1982年算起,，嚴純華已在稀土研究領域耕耘了30年,。他說，基礎研究是神奇的,，稀土家族的17個元素,，每個都具有自然賦予的*性質；基礎研究也是艱苦的,，必然要面臨各種各樣的困難,。“在稀土領域，我們了解了一些,，但不了解的更多,。”嚴純華說，“只有保持學習的心,，才能繼續(xù)往前走,。”
采訪結束，嚴純華誠懇地說：“這個歷時15年的研究*是集體奉獻的結果,，團隊中的每一位師生都付出了心血,。”