北大“稀土材料化学及应用国家重点实验室”在五方面取得重要进展

2010-11-02

北大“稀土材料化学及应用国家重点实验室”在五方面取得重要进展


  日前刚刚进行的新一轮国家评估表明,过去5年中,北大稀土材料化学及应用国家重点实验室在稀土功能材料的基础研究及其应用等方面又取得了可喜进展,主要包括:

  光电功能膜材料基础研究

  光电功能材料是目前材料科学的研究热点之一。实验室研究人员通过分子设计,围绕着光转化成电、电转化成光这两个紧密相连又有很强应用背景的研究课题,合成了一系列光电功能分子材料,用原型器件的实验结果直接检验材料的性能,并系统研究了它们的构效关系,总结得出经验规律,在稀土电致发光及太阳能电池研究方面取得了一些国际领先的创新成果。这些工作引起国内外同行的重视:1999-2003年共发表SCI收录的论文127篇,影响因子大于2的有45篇,其中50篇被他人引用,计188次(1990-2003年间共发表影响因子大于3的论文45篇,他引620次);美国权威刊物化学评论(Chem. Rev.)曾三大篇幅引用了该项成果;专著《光电功能超薄膜》受到广泛好评。此外,申请国家专利4项。本工作部分内容获2003年国家自然科学二等奖。

  稀土磁分子材料研究

  研究人员在多个弱磁相互作用的配位高分子体系中观察到一种外磁场依赖的特殊的磁弛豫现象,合成了一系列结构新颖奇特的含稀土金属簇合物,研究了它们的磁性质,并首先将密度泛函计算用于含稀土的异双核4f-3d分子,分析了稀土和过渡金属离子的自旋极化与离域机理。他们还以氰根为桥连配体,得到系列4f-3d分子磁体,如二维[GdCr]和[SmCr],低温下分别为变磁体和亚铁磁体。5年间发表有关SCI论文34篇,其中Angew. Chem. 3篇。总引用次数273次,其中他引191次。

  新型稀土固体化合物的合成与结构研究

  该项研究主要集中在新型固体化合物的合成、结构和性质方面。一方面,在传统固体制备方法的基础上,发展新型固体化合物的合成技术;另一方面,鉴于很多固体化合物难以得到单晶体,而结构研究是影响研究水平进一步提高的一个关键因素。实验室研究人员在物质结构研究上进行了系统的工作,其特点之一是利用多晶衍射方法解析新型无机化合物的结构。近期代表性工作包括:“新型层状钙钛矿相关结构化合物的合成与结构”,该研究对进一步认识钙钛矿相关结构的电磁等性能与结构的关系有重要意义;“新型硼酸盐的合成、结构与性能”,该研究发展了在硼酸熔剂中合成稀土、过渡金属、主族金属多硼酸盐的方法,已合成出多种其它方法无法得到的新型多硼酸盐,其中一些多硼酸盐表现出独特的结构和物理、化学性质。系统研究了Vaterite型稀土正硼酸盐的结构和相变过程,解决了结构争议。

  稀土串级萃取分离理论、控制方法及应用

  针对稀土分离科学和技术研究共同面临的重稀土分离方法及工艺参数设计难题,以及我国稀土分离流程自控方法和在线分析上的不足,研究人员将徐光宪院士创建的串级萃取理论推广到非恒定混合萃取比的重稀土分离及反萃取工艺体系,获得了具有普遍适用性的串级萃取工艺设计方法,建立了重稀土(铥、镱、镥)萃取分离工艺,研制了从离子吸附型稀土矿中提取高纯钪的萃取方法,提出了包括两组份多出口工艺、多组分多出口工艺及全分离工艺的联动衔接流程等新方法的参数设计方法,并对串级萃取工艺的在线分析和控制方法进行了较深入的研究。

  在开展基础研究的同时,实验室较好地实现了上述研究成果的产业化,五年来承担了国家几项重大技改和新建项目的工艺设计、人员培训和试车指导工作,这些项目均已完成、投入正常运行。实际生产表明,上述成果不仅可以降低生产成本,并可有效地减少稀土溶剂萃取生产的污染,具有明显的经济效益和社会效益。相关研究获教育部科技进步二等奖(1999)和国家科技进步二等奖 (1999)。

  稀土高分子复合材料研究

  细旦化合成纤维的制造在一定程度上反映高分子加工工业的科技水平。该实验室课题组系统研究了具有不同结构和性能的稀土络合物与尼龙之间的相互作用及其对尼龙本体物理化学行为的影响,把经筛选的络合物引入尼龙体系,通过尼龙的酰胺基团与稀土离子间的络合配位作用,把不同的尼龙分子链之间联结起来,大大提高了尼龙的分子量,使尼龙熔体的拉伸比从常规纺丝的100提高到900以上,并成功研发出纤度小于1旦的超细尼龙纤维长丝。这是一种具有我国自主知识产权的新产品,为我国稀土资源应用提供了一条新途径。应用稀土络合物与高分子间的配位作用、分子间相互作用等无机化学原理,将稀土络合物以纳米分散于高分子介质中,成功地用稀土络合物对聚氨酯进行了改性。

  北大“稀土材料化学及应用国家重点实验室”于1989年3月经原国家计委批准建设,1995年通过国家正式验收,在1999年的国家评估中取得“优秀”(A类)成绩。现任实验室主任严纯华教授,副主任陈志达教授;实验室学术委员会名誉主任徐光宪院士,学术委员会主任黎乐民院士,学术委员会副主任左铁镛院士、梁敬魁院士。

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