Materials nanomètrics de terres rares, una nova força en la revolució industrial

Materials nanomètrics de terres rares, una nova força en la revolució industrial

La nanotecnologia és un nou camp interdisciplinari desenvolupat gradualment a finals dels anys vuitanta i principis dels noranta. Com que té un gran potencial per crear nous processos de producció, nous materials i nous productes, encetarà una nova revolució industrial en el nou segle. El nivell de desenvolupament actual de la nanociència i la nanotecnologia és similar al de la informàtica i la tecnologia de la informació dels anys 50. La majoria dels científics compromesos amb aquest camp prediuen que el desenvolupament de la nanotecnologia tindrà un impacte ampli i de gran abast en molts aspectes de la tecnologia. Els científics creuen que té propietats estranyes i un rendiment únic, els principals efectes de confinament que condueixen a les propietats estranyes dels materials de terres rares nano són l'efecte superficial específic, l'efecte de mida petita, l'efecte d'interfície, l'efecte de transparència, l'efecte túnel i l'efecte quàntic macroscòpic. Aquests efectes fan que les propietats físiques del nanosistema siguin diferents de les dels materials convencionals en llum, electricitat, calor i magnetisme, i presenten moltes característiques noves. En el futur, hi ha tres direccions principals perquè els científics investiguin i desenvolupin nanotecnologia: preparació i aplicació. de nanomaterials amb un rendiment excel·lent; Dissenyar i preparar diversos dispositius i equips nano; Detecció i anàlisi de les propietats de nanoregions. Actualment, les nanoterres rares tenen principalment les següents direccions d'aplicació, i la seva aplicació s'ha de desenvolupar encara més en el futur.

Nanometre òxid de lantà (La2O3)

L'òxid de lantà nanòmetre s'aplica a materials piezoelèctrics, materials electrotèrmics, materials termoelèctrics, materials de magnetoresistència, materials luminescents (pols blau), materials d'emmagatzematge d'hidrogen, vidre òptic, materials làser, diversos materials d'aliatge, catalitzadors per preparar productes químics orgànics i catalitzadors per neutralitzar. L'escapament d'automòbils i les pel·lícules agrícoles de conversió de llum també s'apliquen a l'òxid de lantà nanòmetre.

Nanometre òxid de ceri (CeO2)

Els principals usos del nano-òxid de ceri són els següents: 1. Com a additiu de vidre, el nano-òxid de ceri pot absorbir els raigs ultraviolats i els raigs infrarojos, i s'ha aplicat al vidre d'automòbil. No només pot prevenir els raigs ultraviolats, sinó que també pot reduir la temperatura dins del cotxe, estalviant així electricitat per a l'aire condicionat. 2. L'aplicació d'òxid de ceri nano en el catalitzador de purificació d'escapament d'automòbils pot evitar eficaçment que una gran quantitat de gas d'escapament d'automòbil es descarregui a l'aire.3. L'òxid de nanoceri es pot utilitzar en pigments per acolorir plàstics, i també es pot utilitzar en indústries de recobriment, tinta i paper. 4. L'aplicació d'òxid de ceri nano en materials de poliment ha estat àmpliament reconeguda com un requisit d'alta precisió per polir hòsties de silici i substrats de cristall únic de safir. A més, l'òxid de ceri nano també es pot aplicar a materials d'emmagatzematge d'hidrogen, materials termoelèctrics, elèctrodes de tungstè d'òxid de ceri nano, condensadors ceràmics, ceràmica piezoelèctrica, abrasius de carbur de silici d'òxid de ceri nano, matèries primeres de piles de combustible, catalitzadors de gasolina, alguns materials magnètics permanents, diversos acers aliats i metalls no fèrrics, etc.

El nanòmetre òxid de praseodimi (Pr6O11)

Els principals usos de l'òxid de praseodimi nanomètrics són els següents: 1. S'utilitza àmpliament en ceràmica de construcció i ceràmica d'ús diari. Es pot barrejar amb esmalt ceràmic per fer un esmalt de colors, i també es pot utilitzar com a pigment de subglaçat sol. El pigment preparat és de color groc clar amb un to pur i elegant. 2. S'utilitza per fabricar imants permanents i s'utilitza àmpliament en diversos dispositius electrònics i motors. 3. S'utilitza per al craqueig catalític del petroli. Es poden millorar l'activitat, la selectivitat i l'estabilitat de la catàlisi. 4. L'òxid de nanopraseodimi també es pot utilitzar per al polit abrasiu. A més, l'aplicació de l'òxid de praseodimi nanòmetre en el camp de la fibra òptica és cada cop més extensa.

Nanometre òxid de neodimi (Nd2O3)

L'òxid de neodimi nanomètric s'ha convertit en un punt calent al mercat durant molts anys a causa de la seva posició única en el camp de les terres rares. L'òxid de nano-neodimi també s'aplica a materials no fèrrics. L'addició d'1,5% ~ 2,5% d'òxid de nano-neodimi a l'aliatge de magnesi o alumini pot millorar el rendiment a alta temperatura, l'estanqueïtat a l'aire i la resistència a la corrosió de l'aliatge, i s'utilitza àmpliament com a aeroespacial material per a l'aviació. A més, el granat d'alumini nanoitri dopat amb nanoòxid de neodimi produeix un feix làser d'ona curta, que s'utilitza àmpliament per soldar i tallar materials prims amb un gruix inferior a 10 mm a la indústria. Pel que fa a la medicina, el làser Nano-YAG dopat amb nano-Nd _ 2O _ 3 s'utilitza per eliminar ferides quirúrgiques o desinfectar ferides en lloc de ganivets quirúrgics. L'òxid de neodimi nanòmetre també s'utilitza per pintar materials de vidre i ceràmics, productes de cautxú i additius.

Nanopartícules d'òxid de samari (Sm2O3)

Els principals usos de l'òxid de samari de mida nanomètrica són: l'òxid de samari de mida nanomètrica és de color groc clar, que s'aplica a condensadors i catalitzadors ceràmics. A més, l'òxid de samari de mida nanomètrica té propietats nuclears i es pot utilitzar com a material estructural, material de blindatge i material de control del reactor d'energia atòmica, de manera que l'enorme energia generada per la fissió nuclear es pot utilitzar amb seguretat. Les nanopartícules d'òxid d'europi (Eu2O3) s'utilitzen principalment en fòsfors. Eu3+ s'utilitza com a activador del fòsfor vermell, i Eu2+ s'utilitza com a fòsfor blau. Y0O3: Eu3+ és el millor fòsfor en eficiència lluminosa, estabilitat del recobriment, cost de recuperació, etc., i s'està utilitzant àmpliament a causa de la millora de l'eficiència i el contrast lluminosos. Recentment, el nanoòxid d'europi també s'utilitza com a fòsfor d'emissió estimulada per al nou sistema de diagnòstic mèdic de raigs X. L'òxid de nanoeuropi també es pot utilitzar per a la fabricació de lents de colors i filtres òptics, per a dispositius d'emmagatzematge de bombolles magnètiques i també pot mostrar el seu talent en materials de control, materials de blindatge i materials estructurals dels reactors atòmics. El fòsfor vermell d'òxid d'europi de gadolini de partícules fines (Y2O3:Eu3+) es va preparar utilitzant nanoòxid d'itri (Y2O3) i nanoòxid d'europi (Eu2O3) com a matèries primeres. Quan s'utilitza per preparar fòsfor tricolor de terres rares, es va trobar que: (a) es pot barrejar bé i uniformement amb pols verda i pols blava; (b) Bon rendiment del recobriment; (c) Com que la mida de les partícules de la pols vermella és petita, augmenta la superfície específica i augmenta el nombre de partícules luminiscents, la quantitat de pols vermella en fòsfors tricolors de terres rares es pot reduir, donant lloc a un cost més baix.

Nanopartícules d'òxid de gadolini (Gd2O3)

Els seus principals usos són els següents: 1. El seu complex paramagnètic soluble en aigua pot millorar el senyal d'imatge RMN del cos humà en tractament mèdic. 2. L'òxid de sofre base es pot utilitzar com a quadrícula matricial del tub d'oscil·loscopi i una pantalla de raigs X amb una brillantor especial. 3. L'òxid de nanogadolini en el granat de gal·li nano-gadolini és un substrat únic ideal per a la memòria de bombolles magnètiques. 4. Quan no hi ha límit de cicle de Camot, es pot utilitzar com a mitjà de refrigeració magnètic sòlid. 5. S'utilitza com a inhibidor per controlar el nivell de reacció en cadena de les centrals nuclears per garantir la seguretat de les reaccions nuclears. A més, l'ús d'òxid de nanogadolini i òxid de nano-làntan és útil per canviar la regió de vitrificació i millorar l'estabilitat tèrmica del vidre. El nanoòxid de gadolini també es pot utilitzar per a la fabricació de condensadors i pantalles intensificadores de raigs X. En l'actualitat, el món està fent grans esforços per desenvolupar l'aplicació de l'òxid de nanogadolini i els seus aliatges en la refrigeració magnètica, i ha fet un gran progrés.

Nanopartícules d'òxid de terbi (Tb4O7)

Els principals camps d'aplicació són els següents: 1. Els fòsfors s'utilitzen com a activadors de pols verda en fòsfors tricolors, com ara la matriu de fosfat activada per l'òxid de nanoterbi, la matriu de silicat activada per l'òxid de nanoterbi i la matriu d'aluminat de magnesi nanoceri activada per nanoterbi. òxid, que tots emeten llum verda en estat excitat. 2. Materials d'emmagatzematge magneto-òptic, en els últims anys, s'han investigat i desenvolupat materials magneto-òptics d'òxid de nanoterbi. El disc magnetoòptic fet de pel·lícula amorfa Tb-Fe s'utilitza com a element d'emmagatzematge de l'ordinador i la capacitat d'emmagatzematge es pot augmentar de 10 a 15 vegades. 3. El vidre magnetoòptic, el vidre òpticament actiu de Faraday que conté òxid de terbi nanòmetre, és un material clau per a la fabricació de rotadors, aïllants, anul·ladors i molt utilitzat en tecnologia làser. L'òxid de disprosi nanòmetre d'òxid de terbi nanòmetre s'utilitza principalment al sonar i s'ha utilitzat àmpliament. utilitzat en molts camps, com ara sistema d'injecció de combustible, control de vàlvules de líquid, microposicionament, actuador mecànic, mecanisme i regulador d'ala del telescopi espacial d'avions.

Nano òxid de disprosi Dy2O3

Els principals usos de l'òxid de nanodisprosi Dy2O3 són: 1. L'òxid de nano-disprosi s'utilitza com a activador del fòsfor, i l'òxid de nano-disprosi trivalent és un ió activador prometedor de materials luminescents tricolors amb un únic centre luminescent. Consta principalment de dues bandes d'emissió, una és l'emissió de llum groga, l'altra és l'emissió de llum blava i els materials luminiscents dopats amb òxid de nano-disprosi es poden utilitzar com a fòsfors tricolors.2. L'òxid de disprosi nanomètric és una matèria primera metàl·lica necessària per preparar l'aliatge de Terfenol amb un gran aliatge magnetostrictiu òxid de nano-terbi i òxid de nano-disprosi, que pot realitzar algunes activitats precises de moviment mecànic. 3. El metall d'òxid de disprosi nanomètric es pot utilitzar com a material d'emmagatzematge magneto-òptic amb alta velocitat d'enregistrament i sensibilitat de lectura. 4. S'utilitza per a la preparació de la làmpada d'òxid de disprosi nanomètric. La substància de treball utilitzada en la làmpada d'òxid de disprosi nano és l'òxid de disprosi nano, que té els avantatges d'una gran brillantor, bon color, temperatura de color alta, mida petita i arc estable, i ha estat s'utilitza com a font d'il·luminació per a pel·lícules i impressió. 5. L'òxid de disprosi nanomètric s'utilitza per mesurar l'espectre d'energia dels neutrons o com a absorbidor de neutrons a la indústria de l'energia atòmica a causa de la seva gran àrea de secció transversal de captura de neutrons.

Nanòmetre Ho2O3

Els principals usos de l'òxid de nano-holmi són els següents: 1. Com a additiu de la làmpada halògena metàl·lica, la làmpada halògena metàl·lica és una mena de làmpada de descàrrega de gas, que es desenvolupa a partir d'una làmpada de mercuri d'alta pressió i la seva característica és que el bulb està ple de diversos halogenurs de terres rares. Actualment, s'utilitzen principalment iodurs de terres rares, que emeten diferents línies espectrals quan es descarreguen gasos. La substància de treball utilitzada a la làmpada d'òxid de nano-holmi és iodur d'òxid de nano-holmi, que pot obtenir una concentració d'àtoms de metall més alta a la zona de l'arc, per tant millora considerablement l'eficiència de la radiació. 2. L'òxid d'holmi nanomètric es pot utilitzar com a additiu de ferro d'itri o granat d'itri d'alumini; 3. L'òxid de nano-holmi es pot utilitzar com a granat d'itri i ferro d'alumini (Ho:YAG), que pot emetre làser de 2 μm, i la taxa d'absorció del teixit humà a làser de 2 μm és alta. És gairebé tres ordres de magnitud superior a Hd: YAG0. Per tant, quan s'utilitza el làser Ho:YAG per a operacions mèdiques, no només pot millorar l'eficiència i la precisió de l'operació, sinó que també pot reduir l'àrea de dany tèrmic a una mida més petita. El feix lliure generat pel cristall d'òxid d'holmi nano pot eliminar el greix sense generar calor excessiu, reduint així el dany tèrmic causat pels teixits sans. S'informa que el tractament del glaucoma amb làser nanomètric d'òxid d'holmi als Estats Units pot reduir el dolor de cirurgia. 4. A l'aliatge magnetostrictiu Terfenol-D, també es pot afegir una petita quantitat d'òxid d'holmi de mida nanomètrica per reduir el camp extern necessari per a la magnetització de saturació de l'aliatge.5. A més, la fibra òptica dopada amb òxid de nano-holmi es pot utilitzar per fabricar dispositius de comunicació òptica com ara làsers de fibra òptica, amplificadors de fibra òptica, sensors de fibra òptica, etc. Tindrà un paper més important en la comunicació ràpida de fibra òptica actual.

Nano òxid d'erbi (III).

Els usos principals són:

1. L'emissió de llum del nanòmetre d'òxid d'erbi (III) a 1550 nm té una importància especial, perquè aquesta longitud d'ona és exactament la pèrdua mínima de la fibra òptica de la comunicació de fibra òptica. Després de ser excitat per la llum a 980 nm i 1480 nm, l'ió d'òxid d'erbi (III) nanòmetre passa de l'estat fonamental 4115/2 a l'estat d'alta energia 4113/2. Quan l'Er3 + en estat d'alta energia torna a l'estat fonamental, emet llum de 1550 nm de longitud d'ona. La fibra de quars pot transmetre llum de diverses longituds d'ona, però, les diferents taxes d'atenuació òptica varien, amb la banda de freqüència de 1550 nm amb la taxa d'atenuació òptica més baixa (0,15 decibels per quilòmetre) a la transmissió de fibra de quars, que és gairebé la taxa d'atenuació límit inferior. Per tant, quan s'utilitza la comunicació de fibra òptica com a llum de senyal a 1550 nm, la pèrdua de llum es minimitza. D'aquesta manera, si la concentració adequada d'òxid de nano Erbi (III) es dopa a la matriu adequada, l'amplificador pot compensar la pèrdua en el sistema de comunicació segons el principi làser. Per tant, a la xarxa de telecomunicacions que necessita amplificar el senyal òptic de 1550 nm, l'amplificador de fibra dopada amb òxid d'erbi (III) nano és un dispositiu òptic indispensable. En l'actualitat, s'ha comercialitzat un amplificador de fibra de sílice dopat amb òxid d'erbi (III) nano. S'informa que per evitar l'absorció inútil, la quantitat de dopatge d'òxid de nanoerbi (III) a la fibra és de desenes a centenars de ppm. El ràpid desenvolupament de la comunicació de fibra òptica obrirà un nou camp d'aplicació del nano òxid d'erbi (III).

2. El cristall làser dopat amb òxid d'erbi (III) nanòmetre i la seva sortida làser de 1730 nm i làser de 1550 nm són segurs per als ulls humans, tenen un bon rendiment de transmissió atmosfèrica, tenen una forta capacitat de penetració de fum al camp de batalla, una bona confidencialitat, no són fàcils de ser detectats per l'enemic, i tenen un gran contrast a l'hora d'il·luminar objectius militars. S'ha fet un telèmetre làser portàtil per a ús militar, que és segur per als ulls humans.

3. L'òxid d'erbi (III) del nanòmetre es pot afegir al vidre per fer material làser de vidre de terres rares, que és el material làser sòlid amb l'energia de pols de sortida més gran i la potència de sortida més alta actualment.

4. L'òxid d'erbi (III) del nanòmetre també es pot utilitzar com a ió d'activació de materials làser de conversió de terres rares.

5. Nanòmetre L'òxid d'erbi (III) també es pot utilitzar en la decoloració i coloració d'ulleres i vidre cristal·lí.

Nanometre òxid d'itri (Y2O3)

Els principals usos del nanoòxid d'itri són els següents: 1. Additius per a acer i aliatges no fèrrics. L'aliatge FeCr normalment conté un 0,5% ~ 4% d'òxid d'itri nano, que pot millorar la resistència a l'oxidació i la ductilitat d'aquests acers inoxidables. Després d'afegir una quantitat adequada de terres rares mixtes rica en nanòxid d'itri a l'aliatge MB26, les propietats completes de l'aliatge eren òbviament. millorat ahir, pot substituir alguns aliatges d'alumini mitjans i forts per als components tensats dels avions; L'addició d'una petita quantitat de terres rares d'òxid d'itri nano a l'aliatge Al-Zr pot millorar la conductivitat de l'aliatge; L'aliatge ha estat adoptat per la majoria de les fàbriques de filferro a la Xina. Es va afegir òxid de nanoitri a l'aliatge de coure per millorar la conductivitat i la resistència mecànica. 2. Material ceràmic de nitrur de silici que conté un 6% de nanoòxid d'itri i un 2% d'alumini. Es pot utilitzar per desenvolupar peces de motor. 3. La perforació, el tall, la soldadura i altres processaments mecànics es realitzen en components a gran escala mitjançant l'ús de raig làser granat d'alumini d'òxid de neodimi amb una potència de 400 watts. 4. La pantalla del microscopi electrònic composta per un sol cristall granat Y-Al té una gran brillantor de fluorescència, una baixa absorció de llum dispersa i una bona resistència a les altes temperatures i resistència al desgast mecànic.5. L'aliatge d'estructura d'òxid d'itri d'alt nano-itri que conté un 90% d'òxid de nano gadolini es pot aplicar a l'aviació i altres ocasions que requereixen baixa densitat i punt de fusió elevat. 6. Els materials conductors de protons d'alta temperatura que contenen un 90% de nanoòxid d'itri són de gran importància per a la producció de piles de combustible, cèl·lules electrolítiques i sensors de gas que requereixen una alta solubilitat d'hidrogen. A més, l'òxid de nanoitri també s'utilitza com a material resistent a la polvorització d'alta temperatura, diluent del combustible del reactor atòmic, additiu de material d'imant permanent i getter a la indústria electrònica.

A més de l'anterior, els nanoòxids de terres rares també es poden utilitzar en materials de roba per a la cura de la salut humana i la protecció del medi ambient. Des de les unitats de recerca actuals, totes tenen determinades direccions: radiació antiultraviolada; La contaminació de l'aire i la radiació ultraviolada són propenses a malalties de la pell i càncers de pell; La prevenció de la contaminació dificulta que els contaminants s'enganxin a la roba; També s'està estudiant en la direcció de la conservació anti-escalfada. Com que la pell és dura i fàcil d'envellir, és més propensa a la floridura els dies de pluja. La pell es pot suavitzar blanquejant amb nano òxid de ceri de terres rares, que no és fàcil d'envellir i de floridura, i és còmode de portar. En els darrers anys, els materials de nanorecobriment també són el focus de la investigació sobre nanomaterials, i la recerca principal se centra en els recobriments funcionals. Y2O3 amb 80 nm als Estats Units es pot utilitzar com a revestiment de protecció infraroja. L'eficiència de reflectir la calor és molt alta. CeO2 té un alt índex de refracció i una alta estabilitat. Quan s'afegeix nano òxid d'itri de terres rares, nano òxid de lantà i nano pols d'òxid de ceri al recobriment, la paret exterior pot resistir l'envelliment, perquè el recobriment de la paret exterior és fàcil d'envellir i caure perquè la pintura està exposada a la llum solar i als raigs ultraviolats. durant molt de temps, i pot resistir els raigs ultraviolats després d'afegir òxid de ceri i òxid d'itri. A més, la seva mida de partícula és molt petita i L'òxid de ceri nano s'utilitza com a absorbent ultraviolat, que s'espera que s'utilitzi per prevenir l'envelliment dels productes plàstics a causa de la irradiació ultraviolada, tancs, automòbils, vaixells, dipòsits d'emmagatzematge d'oli, etc., que poden protegir millor les cartelleres exteriors grans i prevenir la floridura. , humitat i contaminació per a revestiments de parets interiors. A causa de la seva petita mida de partícules, la pols no és fàcil d'enganxar a la paret. I es pot fregar amb aigua. Encara hi ha molts usos dels nanoòxids de terres rares per investigar i desenvolupar, i esperem sincerament que tingui un futur més brillant.