Нанаметровыя рэдказямельныя матэрыялы, новая сіла прамысловай рэвалюцыі

Нанатэхналогіі - гэта новая міждысцыплінарная вобласць, якая паступова развівалася ў канцы 1980-х - пачатку 1990-х гадоў. Паколькі ён мае вялікі патэнцыял для стварэння новых вытворчых працэсаў, новых матэрыялаў і новых прадуктаў, ён пачне новую прамысловую рэвалюцыю ў новым стагоддзі. Цяперашні ўзровень развіцця нананавукі і нанатэхналогій падобны да ўзроўню камп'ютэрных і інфармацыйных тэхналогій 1950-х гадоў. Большасць навукоўцаў, адданых гэтай галіне, прадказваюць, што развіццё нанатэхналогій акажа шырокі і далёка ідучы ўплыў на многія аспекты тэхналогіі. Навукоўцы мяркуюць, што ён валодае дзіўнымі ўласцівасцямі і ўнікальнай прадукцыйнасцю. Асноўнымі эфектамі канфайнменту, якія прыводзяць да дзіўных уласцівасцей нанарэдказямельных матэрыялаў, з'яўляюцца эфект спецыфічнай паверхні, эфект малога памеру, эфект інтэрфейсу, эфект празрыстасці, эфект тунэля і макраскапічны квантавы эфект. Гэтыя эфекты адрозніваюць фізічныя ўласцівасці нанасістэмы ад уласцівасцей звычайных матэрыялаў у святле, электрычнасці, цяпле і магнетызме, а таксама прадстаўляюць шмат новых функцый. У будучыні ёсць тры асноўныя напрамкі для навукоўцаў у даследаванні і распрацоўцы нанатэхналогій: падрыхтоўка і прымяненне з нанаматэрыялаў з выдатнымі характарыстыкамі; Праектаванне і падрыхтоўка розных нана прылад і абсталявання; Выяўленне і аналіз уласцівасцей нанарэгіёнаў. У цяперашні час нанарэдказямельныя рэчывы ў асноўным маюць наступныя напрамкі прымянення, і іх прымяненне патрабуе далейшага развіцця ў будучыні.

Нанаметровы аксід лантана (La2O3)

Нанаметровы аксід лантана ўжываецца для п'езаэлектрычных матэрыялаў, электратэрмічных матэрыялаў, тэрмаэлектрычных матэрыялаў, магнітарэзістэнтных матэрыялаў, люмінесцэнтных матэрыялаў (блакітны парашок), матэрыялаў для захоўвання вадароду, аптычнага шкла, лазерных матэрыялаў, розных сплаваў, каталізатараў для атрымання арганічных хімічных прадуктаў і каталізатараў для нейтралізацыі аўтамабільныя выхлапныя газы і сельскагаспадарчыя плёнкі для пераўтварэння святла таксама прымяняюцца да нанаметровага аксіду лантана.

Нанаметровы аксід цэрыя (CeO2)

Асноўныя віды выкарыстання нанааксіду цэрыя наступныя: 1. У якасці дадатку да шкла нанааксід цэрыя можа паглынаць ультрафіялетавыя і інфрачырвоныя прамяні і ўжываецца для аўтамабільнага шкла. Ён можа не толькі прадухіліць ультрафіялетавыя прамяні, але і знізіць тэмпературу ўнутры аўтамабіля, тым самым зэканоміўшы электраэнергію для кандыцыянавання. 2. Прымяненне нанааксіду цэрыя ў каталізатары ачысткі аўтамабільных выхлапных газаў можа эфектыўна прадухіліць выкід у паветра вялікай колькасці аўтамабільных выхлапных газаў.3. Нана-аксід цэрыя можа быць выкарыстаны ў пігменце для афарбоўвання пластмас, а таксама можа выкарыстоўвацца ў лакафарбавай, чарнільнай і папяровай прамысловасці. 4. Прымяненне нанааксіду цэрыя ў паліравальных матэрыялах было шырока прызнана патрабаваннем высокай дакладнасці для паліроўкі крэмніевых пласцін і сапфіравых монакрышталічных падкладак.5. Акрамя таго, нана аксід цэрыя можа таксама прымяняцца да матэрыялаў для захоўвання вадароду, тэрмаэлектрычных матэрыялаў, нана аксід цэрыю вальфрамавых электродаў, керамічных кандэнсатараў, п'езаэлектрычнай керамікі, нана аксіду цэрыя абразіваў карбіду крэмнія, сыравіны паліўных элементаў, бензінавых каталізатараў, некаторых пастаянных магнітных матэрыялаў, розныя легаваныя сталі і каляровыя металы і інш.

Нанаметровы аксід празеадыму (Pr6O11)

Асноўнае прымяненне нанаметровага аксіду празеадыму наступнае: 1. Ён шырока выкарыстоўваецца ў будаўнічай кераміцы і штодзённай кераміцы. Яго можна змешваць з керамічнай глазурай, каб зрабіць каляровую глазуру, а таксама выкарыстоўваць у якасці падглазурнага пігмента. Прыгатаваны пігмент светла-жоўты з чыстым і элегантным тонам. 2. Ён выкарыстоўваецца для вытворчасці пастаянных магнітаў і шырока выкарыстоўваецца ў розных электронных прыладах і рухавіках. 3. Ён выкарыстоўваецца для каталітычнага крэкінгу нафты. Актыўнасць, селектыўнасць і стабільнасць каталізу могуць быць палепшаны. 4. Нана-празеадым аксід таксама можа быць выкарыстаны для абразіўнай паліроўкі. Акрамя таго, прымяненне нанаметровага аксіду празеадыму ў галіне аптычнага валакна становіцца ўсё больш і больш шырокім. Нанаметровы аксід неадыму (Nd2O3) Нанаметровы аксід неадыму стаў гарачай кропкай на рынку на працягу многіх гадоў з-за свайго унікальнага становішча ў галіне рэдказямельных элементаў. Нана-аксід неадыму таксама прымяняецца да каляровых матэрыялаў. Даданне 1,5% ~ 2,5% нана-аксіду неадыму ў магніевы або алюмініевы сплаў можа палепшыць характарыстыкі пры высокіх тэмпературах, паветранепранікальнасць і каразійную ўстойлівасць сплаву, і ён шырока выкарыстоўваецца ў аэракасмічнай сферы. матэрыял для авіяцыі. Акрамя таго, нана-ітрыевы алюмініевы гранат, легаваны нана-аксідам неадыму, стварае караткахвалевы лазерны прамень, які шырока выкарыстоўваецца для зваркі і рэзкі тонкіх матэрыялаў таўшчынёй менш за 10 мм у прамысловасці. З медыцынскага боку лазер Nano-YAG з нана-Nd _ 2O _ 3 выкарыстоўваецца для выдалення хірургічных ран або дэзінфекцыі ран замест хірургічных нажоў. Нанаметровы аксід неадыму таксама выкарыстоўваецца для афарбоўкі шкляных і керамічных матэрыялаў, гумовых вырабаў і дабавак.

Наначасціцы аксіду самарыя (Sm2O3)

Асноўныя прымянення нанапамернага аксіду самарыя: нанапамерны аксід самарыя светла-жоўтага колеру, які наносіцца на керамічныя кандэнсатары і каталізатары. Акрамя таго, нанапамерны аксід самарыю валодае ядзернымі ўласцівасцямі і можа выкарыстоўвацца ў якасці канструкцыйнага матэрыялу, экрануючага матэрыялу і матэрыялу кіравання атамна-энергетычным рэактарам, каб можна было бяспечна выкарыстоўваць велізарную энергію, якую выпрацоўвае ядзернае дзяленне. Наначасціцы аксіду европия (Eu2O3) у асноўным выкарыстоўваюцца ў люмінафоры. Eu3+ выкарыстоўваецца ў якасці актыватара чырвонага люмінафора, а Eu2+ выкарыстоўваецца ў якасці сіняга люмінафора. Y0O3:Eu3+ з'яўляецца найлепшым люмінафорам з пункту гледжання эфектыўнасці святла, стабільнасці пакрыцця, кошту аднаўлення і г.д., і ён шырока выкарыстоўваецца з-за паляпшэння эфектыўнасці святла і кантраснасці. Нядаўна нанааксід еўрапію таксама выкарыстоўваецца ў якасці люмінафора стымуляванага выпраменьвання для новай рэнтгенаўскай медыцынскай дыягнастычнай сістэмы. Нанааксід еўрапію можа таксама выкарыстоўвацца для вытворчасці каляровых лінзаў і аптычных фільтраў, для назапашвальнікаў з магнітнымі бурбалкамі, а таксама можа праявіць свае здольнасці ў кантрольныя матэрыялы, экрануючыя матэрыялы і канструкцыйныя матэрыялы атамных рэактараў. Чырвоны люмінафор з дробнымі часціцамі аксіду гадоліній-еўропію (Y2O3:Eu3+) быў атрыманы з выкарыстаннем у якасці сыравіны нанааксіду ітрыю (Y2O3) і нанааксіду еўропію (Eu2O3). Пры выкарыстанні яго для падрыхтоўкі рэдказямельнага трохкаляровага люмінафора было ўстаноўлена, што: (а) можна добра і аднастайна змяшаць з зялёным і сінім парашком; (б) Добрыя характарыстыкі пакрыцця; (c) Паколькі памер часціц чырвонага парашка невялікі, удзельная плошча паверхні павялічваецца і колькасць люмінесцэнтных часціц павялічваецца, колькасць чырвонага парашка ў трохкаляровым люмінафоры рэдказямельных элементаў можа быць зменшана, што прыводзіць да зніжэння кошту.

Наначасціцы аксіду гадалінію (Gd2O3)

Яго асноўныя прымянення наступныя: 1. Яго водарастваральны парамагнітны комплекс можа палепшыць ЯМР-сігнал візуалізацыі чалавечага цела пры лячэнні. 2. Асноўны аксід серы можна выкарыстоўваць у якасці матрычнай сеткі трубкі асцылографа і рэнтгенаўскага экрана з асаблівай яркасцю. 3. Нана-гадаліній-аксід у нана-гадалініевым галіліевым гранаце з'яўляецца ідэальнай адзінкавай падкладкай для магнітнай бурбалкавай памяці. 4. Калі няма абмежавання на цыкл Camot, яго можна выкарыстоўваць у якасці цвёрдага магнітнага астуджаючага асяроддзя. 5. Ён выкарыстоўваецца ў якасці інгібітара для кантролю ўзроўню ланцуговай рэакцыі атамных электрастанцый для забеспячэння бяспекі ядзерных рэакцый. Акрамя таго, выкарыстанне нана-аксіду гадолінія і нана-аксіду лантана дапамагае змяніць вобласць шклавання і палепшыць тэрмічную стабільнасць шкла. Нанааксід гадалінію таксама можа быць выкарыстаны для вытворчасці кандэнсатараў і экранаў, якія ўзмацняюць рэнтгенаўскае выпраменьванне. У цяперашні час свет прыкладае вялікія намаганні для распрацоўкі прымянення нанааксіду гадалінію і яго сплаваў у магнітным астуджэнні, і дасягнуты прарыўны прагрэс

Наначасціцы аксіду тэрбію (Tb4O7)

Асноўныя вобласці прымянення наступныя: 1. Фосфары выкарыстоўваюцца ў якасці актыватараў зялёнага парашка ў трохкаляровых люмінафорах, такіх як фасфатная матрыца, актываваная нана аксідам тэрбія, сілікатная матрыца, актываваная нана аксідам тэрбія, і нана аксід цэрыя, алюмінат магнію, матрыца, актываваная нана тэрбіем. аксід, якія ўсе выпраменьваюць зялёнае святло ва ўзбуджаным стане. 2. Магнітааптычныя назапашвальнікі. У апошнія гады даследаваліся і распрацоўваліся магнітааптычныя матэрыялы з нанааксіду тэрбію. Магнітааптычны дыск, выраблены з аморфнай плёнкі Tb-Fe, выкарыстоўваецца ў якасці элемента захоўвання дадзеных кампутара, і ёмістасць захоўвання можа быць павялічана ў 10-15 разоў. 3. Магнітааптычнае шкло, аптычна актыўнае шкло Фарадэя, якое змяшчае нанаметровы аксід тэрбія, з'яўляецца ключавым матэрыялам для вырабу рататараў, ізалятараў, анулятараў і шырока выкарыстоўваецца ў лазерных тэхналогіях. Нанаметровы аксід тэрбія, нанаметровы аксід дыспрозію ў асноўным выкарыстоўваецца ў гідралакатарах і шырока выкарыстоўваецца выкарыстоўваецца ў многіх галінах, такіх як сістэма ўпырску паліва, кіраванне клапанам вадкасці, мікрапазіцыянаванне, механічны прывад, механізм і рэгулятар крыла касмічнага тэлескопа самалёта. Асноўныя сферы выкарыстання нанааксіду дыспрозію Dy2O3:1. Нанадыспрозій аксід выкарыстоўваецца ў якасці актыватара люмінафора, а трохвалентны нанадыспрозій аксід з'яўляецца перспектыўным актыватарам трохкаляровых люмінесцэнтных матэрыялаў з адным цэнтрам люмінесцэнцыі. У асноўным ён складаецца з дзвюх палос выпраменьвання, адна - гэта выпраменьванне жоўтага святла, другая - выпраменьванне сіняга святла, і люмінесцэнтныя матэрыялы, легаваныя нана-аксідам дыспрозію, могуць выкарыстоўвацца ў якасці трохкаляровага люмінафора.2. Нанаметровы аксід дыспрозію з'яўляецца неабходнай металічнай сыравінай для падрыхтоўкі сплаву тэрфенолу з вялікім магнітастрыкцыйным сплавам нана-аксіду тэрбія і нана-аксіду дыспрозію, які можа рэалізаваць некаторыя дакладныя дзеянні механічнага руху. 3. Нанаметровы металічны аксід дыспрозію можна выкарыстоўваць у якасці магнітааптычнага назапашвальніка з высокай хуткасцю запісу і адчувальнасцю да чытання. 4. Выкарыстоўваецца для падрыхтоўкі нанаметровай лямпы з аксідам дыспрозію. Працоўным рэчывам, якое выкарыстоўваецца ў нана-лямпе з аксідам дыспрозію, з'яўляецца нанааксід дыспрозію, які мае такія перавагі, як высокая яркасць, добры колер, высокая каляровая тэмпература, невялікі памер і стабільная дуга, і быў выкарыстоўваецца ў якасці крыніцы асвятлення для плёнкі і друку. 5. Нанаметровы аксід дыспрозію выкарыстоўваецца для вымярэння энергетычнага спектру нейтронаў або ў якасці паглынальніка нейтронаў у атамнай энергетыцы з-за яго вялікай плошчы папярочнага сячэння захопу нейтронаў.

Ho _ 2O _ 3 нанаметры

Асноўныя прымянення нана-аксіду гольмію наступныя: 1. У якасці дадатку да галагенавых металічных лямпаў, металгалагенавыя лямпы з'яўляюцца разнавіднасцю газаразрадных лямпаў, якія распрацаваны на аснове ртутных лямпаў высокага ціску і маюць такія характарыстыкі. што лямпа напоўнена рознымі рэдказямельнымі галагенідамі. У цяперашні час у асноўным выкарыстоўваюцца рэдказямельныя ёдыды, якія выпраменьваюць розныя спектральныя лініі пры газавых разрадах. Працоўным рэчывам, якое выкарыстоўваецца ў нана-аксід-гальміевай лямпе, з'яўляецца нана-аксід-ёдыд гольмію, які можа атрымаць больш высокую канцэнтрацыю атамаў металу ў зоне дугі, такім чынам значна павышае эфектыўнасць выпраменьвання. 2. Нанаметровы аксід гольмію можа быць выкарыстаны ў якасці дабаўкі да ітрыевага жалеза або ітрыевага алюмініевага граната; 3. Нана-аксід гольмію можа быць выкарыстаны ў якасці ітрыевага жалеза-алюмініевага граната (Ho:YAG), які можа выпраменьваць 2 мкм лазера, і хуткасць паглынання чалавечай тканінай 2 мкм лазера высокая. Гэта амаль на тры парадкі вышэй, чым Hd: ЯГ0. Такім чынам, пры выкарыстанні лазера Ho:YAG для медыцынскіх аперацый можна не толькі павысіць эфектыўнасць і дакладнасць працы, але і паменшыць плошчу тэрмічнага пашкоджання да меншага памеру. Свабодны прамень, які генеруецца нанакрышталем аксіду гольмію, можа ліквідаваць тлушч без выдзялення празмернага цяпла, тым самым памяншаючы тэрмічнае пашкоджанне здаровых тканін. Паведамляецца, што лячэнне глаўкомы нанаметровым лазерам на аксідзе гольмію ў Злучаных Штатах можа паменшыць боль хірургічнае ўмяшанне. 4. У магнітастрыкцыйны сплаў Terfenol-D таксама можна дадаць невялікую колькасць нанапамернага аксіду гольмію, каб паменшыць знешняе поле, неабходнае для намагнічанасці сплаву.5. Акрамя таго, аптычнае валакно, легаванае нана-аксідам гольмію, можа выкарыстоўвацца для вырабу прылад аптычнай сувязі, такіх як валаконна-аптычныя лазеры, узмацняльнікі з аптычнага валакна, датчыкі з аптычнага валакна і г. д. Яно будзе адыгрываць больш важную ролю ў сучаснай хуткай сувязі па оптавалакну.

Нанаметровы аксід ітрыю (Y2O3)

Асноўныя сферы выкарыстання нанааксіду ітрыю наступныя: 1. Дабаўкі для сталі і каляровых сплаваў. FeCr сплаў звычайна змяшчае 0,5% ~ 4% нанааксіду ітрыю, які можа павысіць устойлівасць да акіслення і пластычнасць гэтых нержавеючых сталей. Пасля дадання належнай колькасці змешаных рэдказямельных элементаў, багатых нанаметровым аксідам ітрыю, у сплаў MB26 усебаковыя ўласцівасці сплаву былі відавочна палепшана ўчора, можа замяніць некаторыя сярэднія і трывалыя алюмініевыя сплавы для напружаных кампанентаў самалётаў; Даданне невялікай колькасці рэдказямельнага нанааксіду ітрыю ў сплаў Al-Zr можа палепшыць праводнасць сплаву; Сплаў быў прыняты большасцю дротавых заводаў у Кітаі. Нана-аксід ітрыю быў дададзены ў медны сплаў для паляпшэння праводнасці і механічнай трываласці. 2. Керамічны матэрыял з нітрыду крэмнію, які змяшчае 6% нанааксіду ітрыю і 2% алюмінія. Яго можна выкарыстоўваць для распрацоўкі дэталяў рухавіка. 3. Свідраванне, рэзка, зварка і іншая механічная апрацоўка вырабляюцца на буйнамаштабных кампанентах з дапамогай лазернага прамяня нанааксіду неадымавага алюмініевага граната магутнасцю 400 Вт. 4. Экран электроннага мікраскопа, які складаецца з монакрышталя граната Y-Al, мае высокую яркасць флуарэсцэнцыі, нізкае паглынанне рассеянага святла і добрую ўстойлівасць да высокіх тэмператур і механічнага зносу.5. Сплаў з высокай нанаструктурай аксіду ітрыю, які змяшчае 90% нана аксіду гадалінію, можа прымяняцца ў авіяцыі і іншых выпадках, дзе патрабуецца нізкая шчыльнасць і высокая тэмпература плаўлення. 6. Высокотэмпературныя пратонаправодныя матэрыялы, якія змяшчаюць 90% нанааксіду ітрыю, маюць вялікае значэнне для вытворчасці паліўных элементаў, электралітычных элементаў і газавых датчыкаў, якія патрабуюць высокай растваральнасці вадароду. Акрамя таго, нана-аксід ітрыю таксама выкарыстоўваецца ў якасці матэрыялу, устойлівага да распылення пры высокай тэмпературы, разбаўляльніка паліва для атамных рэактараў, дабаўкі да матэрыялу з пастаяннымі магнітамі і гетэра ў электроннай прамысловасці.

У дадатак да вышэйсказанага, нана аксіды рэдказямельных тканін таксама могуць быць выкарыстаны ў матэрыялах для адзення для аховы здароўя чалавека і аховы навакольнага асяроддзя. З сучасных навуковых падраздзяленняў усе яны маюць пэўныя напрамкі: барацьба з ультрафіялетавым выпраменьваннем; Забруджванне паветра і ультрафіялетавае выпраменьванне схільныя да скурных захворванняў і раку скуры; Прадухіленне забруджвання абцяжарвае прыліпанне забруджвальных рэчываў да адзення; Ён таксама вывучаецца ў напрамку захавання цяпла. Паколькі скура цвёрдая і лёгка старэе, яна найбольш схільная цвілі ў дажджлівыя дні. Скуру можна змякчыць адбельваннем нанарэдказямельным аксідам цэрыя, які нялёгка падвяргаецца старэнню і цвілі, і яго зручна насіць. У апошнія гады матэрыялы з нанапакрыццямі таксама знаходзяцца ў цэнтры ўвагі даследаванняў нанаматэрыялаў, і асноўныя даследаванні сканцэнтраваны на функцыянальных пакрыццях. Y2O3 з 80 нм у Злучаных Штатах можа быць выкарыстаны ў якасці інфрачырвонага экранавання. Эфектыўнасць адлюстравання цяпла вельмі высокая. CeO2 мае высокі паказчык праламлення і высокую стабільнасць. Калі ў пакрыццё дадаецца нана рэдказямельны аксід ітрыю, нана аксід лантана і нана парашок аксіду цэрыя, вонкавая сцяна можа супрацьстаяць старэнню, таму што вонкавае пакрыццё сцен лёгка старэе і адвальваецца, таму што фарба падвяргаецца ўздзеянню сонечнага святла і ультрафіялетавых прамянёў на працягу доўгага часу, і ён можа супрацьстаяць ультрафіялетавым прамяням пасля дадання аксіду цэрыя і аксіду ітрыю. Больш за тое, яго памер часціц вельмі малы, і нанааксід цэрыя выкарыстоўваецца ў якасці паглынальніка ультрафіялету, які, як чакаецца, будзе выкарыстоўвацца для прадухілення старэння пластыка прадукты з-за ультрафіялетавага апраменьвання, танкі, аўтамабілі, караблі, рэзервуары для захоўвання нафты і г.д., якія могуць найлепшым чынам абараніць вонкавыя вялікія рэкламныя шчыты і прадухіліць цвіль, вільгаць і забруджванне ўнутраных пакрыццяў сцен. З-за невялікага памеру часціц пыл нялёгка прыліпае да сцяны. І яе можна ачысціць вадой. Ёсць яшчэ шмат варыянтаў выкарыстання нанааксідаў рэдказямельных элементаў, якія трэба даследаваць і развіваць, і мы шчыра спадзяемся, што іх чакае больш бліскучая будучыня.