前言
稀土元素因具有獨特的4f電子構(gòu)型、大的原子磁矩、強的自旋-軌道耦合等特點，在光、電、磁和催化等領域展現(xiàn)出優(yōu)異的性能，不僅廣泛用于冶金、石油化工、玻璃陶瓷等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，更是清潔能源、新能源汽車、半導體照明、新型顯示、生物醫(yī)藥等新興高科技產(chǎn)業(yè)和國防尖端技術領域不可或缺的關鍵材料，在國際上被譽為高新技術材料的“寶庫”。我國是世界上稀土資源最豐富的國家，而且礦種齊全，開展稀土研究與應用具有得天獨厚的條件。目前我國已建立了完整的稀土采、選、冶、用的工業(yè)體系，特別是在稀土發(fā)光與激光材料、稀土磁性材料、稀土催化材料、稀土陶瓷材料、稀土能源材料及稀土輕合金材料等一批新型功能材料研發(fā)與應用方面，已經(jīng)取得了長足的進步。稀土功能材料的應用不僅極大地改造和提升了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，而且對開發(fā)高新技術、發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)起著關鍵性的作用，因此進一步研究和開發(fā)新型、高性能、具有自主產(chǎn)權的高附加值稀土功能材料，對我國的現(xiàn)代工業(yè)和國防尖端技術的發(fā)展具有極其重要的戰(zhàn)略意義。
納米科學是一門探索微觀世界的新興學科，它最初的設想源于諾貝爾物理學獎獲得者費曼（R. P. Feynman）1959年在美國加州理工大學的一次著名演講。隨著微觀表征技術的發(fā)明和發(fā)展，納米科學得到了飛速的發(fā)展，已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)的研究熱點。納米材料因其獨特的物理和化學性質(zhì)，例如小尺寸效應、宏觀量子隧道效應、表面和界面效應等，在光學、電學、磁學、催化、傳感和生物醫(yī)學等方面都具有廣闊的應用前景。將納米材料特有的物理和化學性質(zhì)與稀土元素獨特的4f電子層構(gòu)型相結(jié)合，使稀土納米材料增加了許多新穎的性質(zhì)，展現(xiàn)出不同于傳統(tǒng)材料的更加優(yōu)異的性能，發(fā)揮出更大的潛能，并為稀土資源的利用開辟了新的途徑，進一步擴展了其在尖端技術、高科技制造、國防軍工等領域的應用范圍。
編寫本書的宗旨是試圖以稀土元素獨特的電子結(jié)構(gòu)及其相關特征為基礎，以光、磁、電、催化功能為導向，以應用為目標，比較系統(tǒng)、全面地介紹稀土納米材料研究與應用的現(xiàn)狀、存在的問題以及未來的發(fā)展方向，以引導稀土納米材料的基礎研究與應用向縱深發(fā)展。
本書共分10章，第1章概述了稀土元素的特點和性質(zhì)，以及稀土納米材料在光、電、磁、催化等領域的應用。第2章介紹了稀土有機-無機雜化發(fā)光納米材料特點、分類、設計、制備方法及其光學性質(zhì)。第3章從白光LED的應用角度綜述了鋁酸鹽體系、硅酸鹽體系、磷酸鹽體系、氮（氧）化物體系和白光LED稀土材料的研究進展及應用。第4章主要介紹了稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料的幾種上轉(zhuǎn)換發(fā)光機制、組成、制備及表面功能化的方法，并進一步結(jié)合生物成像應用實例，介紹了稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料在生物醫(yī)學領域的應用。第5章首先介紹了場發(fā)射顯示器的原理及應用，根據(jù)FED對發(fā)光材料的要求，從應用的角度詳細地介紹了稀土FED發(fā)光材料的制備方法、性能的調(diào)控與優(yōu)化以及薄膜和圖案化FED的制備技術。第6章首先介紹了單分子磁體的基本知識，然后詳細介紹了稀土單分子磁性材料的研究進展，包括稀土單分子磁體、稀土單離子分子磁體、雙核稀土單分子磁體以及多核稀土單分子磁體。第7章主要從計算機理論模擬和實驗研究兩方面介紹了稀土在半金屬性巨磁電阻材料中的應用，以及對磁介電材料結(jié)構(gòu)及電性能的影響。第8章首先介紹了稀土在陶瓷中的作用機理，然后詳細介紹了稀土對超導陶瓷、壓電陶瓷、導電陶瓷、介電陶瓷和敏感陶瓷等功能陶瓷的改性作用。第9章首先介紹了稀土元素在催化劑中的作用機理，然后重點介紹了稀土催化材料在工業(yè)廢氣、汽車尾氣和光催化環(huán)境凈化等方面的研究進展。第10章從稀土納米材料在電化學能源中的應用角度詳細綜述了其在鎳氫電池、鋰電池、固體氧化物燃料電池和超級電容器中的應用研究進展。
本書是一本闡述稀土納米材料原理和技術的專著，全面和系統(tǒng)地介紹了稀土納米材料的相關知識，及其在光、磁、電、催化等領域的應用。本書對從事稀土納米材料事業(yè)的人員，尤其對從事稀土納米材料的研究及應用的人員有很好的參考價值，也可作為大專院校、科研院所納米材料專業(yè)師生的參考書。
隨著我國稀土基礎和應用研究的不斷深入和發(fā)展，更多的新觀點、新材料和新應用將不斷地涌現(xiàn)。但總的來說，稀土納米材料的研究和應用尚在發(fā)展之中，很多方面還有待深入的研究。受編著者知識面和專業(yè)水平所限，書中難免有不足之處，懇請各位專家學者和廣大讀者批評指正。
在編寫本書的過程中，參加編寫的各位專家密切合作，宋術巖研究員做了大量細致而卓有成效的工作，并得到化學工業(yè)出版社的大力支持，在此，我們謹表示衷心的感謝。
張洪杰
中國科學院長春應用化學研究所
稀土資源利用國家重點實驗室