Nanometer sjældne jordarters materialer, en ny kraft i den industrielle revolution

Nanometer sjældne jordarters materialer, en ny kraft i den industrielle revolution

Nanoteknologi er et nyt tværfagligt område, der gradvist udvikles i slutningen af ​​1980'erne og begyndelsen af ​​1990'erne. Fordi det har et stort potentiale til at skabe nye produktionsprocesser, nye materialer og nye produkter, vil det sætte gang i en ny industriel revolution i det nye århundrede. Det nuværende udviklingsniveau for nanovidenskab og nanoteknologi ligner det for computer- og informationsteknologi i 1950'erne. De fleste videnskabsmænd, der er engageret i dette felt, forudser, at udviklingen af ​​nanoteknologi vil have en bred og vidtrækkende indvirkning på mange aspekter af teknologien. Forskere mener, at det har mærkelige egenskaber og unik ydeevne. De vigtigste indeslutningseffekter, der fører til de mærkelige egenskaber af nano-sjældne jordarters materialer, er specifik overfladeeffekt, lille størrelseseffekt, grænsefladeeffekt, gennemsigtighedseffekt, tunneleffekt og makroskopisk kvanteeffekt. Disse effekter gør de fysiske egenskaber af nanosystemer forskellige fra dem af konventionelle materialer i lys, elektricitet, varme og magnetisme, og præsenterer mange nye funktioner. I fremtiden er der tre hovedretninger for videnskabsmænd til at forske i og udvikle nanoteknologi: forberedelse og anvendelse af nanomaterialer med fremragende ydeevne; Design og klargør forskellige nano-enheder og -udstyr; Detektering og analyse af egenskaberne af nano-regioner. På nuværende tidspunkt har nano sjældne jordarter hovedsageligt følgende anvendelsesanvisninger, og dens anvendelse skal udvikles yderligere i fremtiden.

Nanometer lanthanoxid (La2O3)

Nanometer lanthanoxid påføres piezoelektriske materialer, elektrotermiske materialer, termoelektriske materialer, magnetoresistensmaterialer, luminescerende materialer (blåt pulver), hydrogenlagringsmaterialer, optisk glas, lasermaterialer, forskellige legeringsmaterialer, katalysatorer til fremstilling af organiske kemiske produkter og katalysatorer til neutralisering biludstødning og lette konvertering landbrugsfilm anvendes også på nanometer lanthanoxid.

Nanometer ceriumoxid (CeO2)

De vigtigste anvendelser af nanoceriumoxid er som følger: 1. Som glasadditiv kan nanoceriumoxid absorbere ultraviolette stråler og infrarøde stråler og er blevet anvendt på bilglas. Det kan ikke kun forhindre ultraviolette stråler, men også reducere temperaturen inde i bilen og dermed spare elektricitet til aircondition. 2. Anvendelsen af ​​nanoceriumoxid i biludstødningsrensningskatalysator kan effektivt forhindre en stor mængde biludstødningsgas i at blive udledt i luften.3. Nano-ceriumoxid kan bruges i pigment til at farve plast og kan også bruges i coating-, blæk- og papirindustrien. 4. Anvendelsen af ​​nanoceriumoxid i poleringsmaterialer er blevet bredt anerkendt som et højpræcisionskrav til polering af siliciumwafers og safirenkeltkrystalsubstrater.5. Derudover kan nanoceriumoxid også anvendes på brintlagringsmaterialer, termoelektriske materialer, nanoceriumoxidwolframelektroder, keramiske kondensatorer, piezoelektriske keramik, nanoceriumoxid siliciumcarbidslibemidler, brændselscelleråmaterialer, benzinkatalysatorer, nogle permanente magnetiske materialer, forskellige legerede stål og ikke-jernholdige metaller mv.

Nanometer praseodymoxid (Pr6O11)

De vigtigste anvendelser af nanometer praseodymoxid er som følger: 1. Det bruges i vid udstrækning til at bygge keramik og keramik til daglig brug. Det kan blandes med keramisk glasur for at lave farvet glasur, og kan også bruges som underglasurpigment alene. Det tilberedte pigment er lysegult med ren og elegant tone. 2. Det bruges til at fremstille permanente magneter og er meget udbredt i forskellige elektroniske enheder og motorer. 3. Det bruges til katalytisk krakning af petroleum. Katalysens aktivitet, selektivitet og stabilitet kan forbedres. 4. Nano-praseodymiumoxid kan også bruges til slibende polering. Derudover er anvendelsen af ​​nanometer praseodymoxid inden for optisk fiber mere og mere omfattende.

Nanometer neodymoxid (Nd2O3)

Nanometer neodymoxid er blevet et hot spot på markedet i mange år på grund af sin unikke position inden for sjældne jordarter. Nano-neodymoxid anvendes også på ikke-jernholdige materialer. Tilføjelse af 1,5% ~ 2,5% nano-neodymoxid til magnesium eller aluminiumslegering kan forbedre højtemperaturydelsen, lufttætheden og korrosionsbestandigheden af ​​legeringen, og den bruges i vid udstrækning som rumfart materiale til luftfart. Derudover producerer nano yttrium aluminium granat doteret med nano neodymoxid kortbølget laserstråle, som er meget brugt til svejsning og skæring af tynde materialer med tykkelse under 10 mm i industrien. På den medicinske side bruges Nano-YAG laser doteret med nano-Nd _ 2O _ 3 til at fjerne operationssår eller desinficere sår i stedet for operationsknive. Nanometer neodymoxid bruges også til farvning af glas og keramiske materialer, gummiprodukter og tilsætningsstoffer.

Samariumoxidnanopartikler (Sm2O3)

De vigtigste anvendelser af samariumoxid i nanostørrelse er: samariumoxid i nanostørrelse er lysegul, som påføres keramiske kondensatorer og katalysatorer. Derudover har samariumoxid i nanostørrelse nukleare egenskaber og kan bruges som strukturelt materiale, afskærmningsmateriale og kontrolmateriale i atomenergireaktorer, så den enorme energi, der genereres af nuklear fission, kan bruges sikkert. Europiumoxidnanopartikler (Eu2O3) bruges mest i fosfor. Eu3+ bruges som aktivator af rød fosfor, og Eu2+ bruges som blå fosfor. Y0O3: Eu3+ er den bedste fosfor i lyseffektivitet, belægningsstabilitet, genvindingsomkostninger osv., og den bliver meget brugt på grund af forbedringen af ​​lyseffektivitet og kontrast. For nylig er nano-europiumoxid også brugt som stimuleret emissionsphosphor til nyt røntgenmedicinsk diagnosesystem. Nano-europiumoxid kan også bruges til fremstilling af farvede linser og optiske filtre, til magnetiske boblelagringsenheder og kan også vise sine talenter i kontrolmaterialer, afskærmningsmaterialer og strukturelle materialer i atomreaktorer. Den fine partikel gadolinium europium oxid (Y2O3:Eu3+) rød phosphor blev fremstillet ved at bruge nano yttrium oxid (Y2O3) og nano europium oxid (Eu2O3) som råmaterialer. Ved brug af det til fremstilling af sjældne jordarters tricolor phosphor, blev det fundet, at: (a) kan blandes godt og ensartet med grønt pulver og blåt pulver; (b) God belægningsydelse; (c) Fordi partikelstørrelsen af ​​rødt pulver er lille, det specifikke overfladeareal øges og antallet af luminescerende partikler øges, kan mængden af ​​rødt pulver i sjældne jordarters tricolor fosfor reduceres, hvilket resulterer i lavere omkostninger.

Gadoliniumoxid-nanopartikler (Gd2O3)

Dens vigtigste anvendelser er som følger: 1. Dets vandopløselige paramagnetiske kompleks kan forbedre NMR-billeddannelsessignalet fra menneskekroppen i medicinsk behandling. 2. Base svovloxid kan bruges som matrixgitter af oscilloskoprør og røntgenskærm med speciel lysstyrke. 3. Nano-gadoliniumoxid i nano-gadolinium gallium granat er et ideelt enkelt substrat til magnetisk boblehukommelse. 4. Når der ikke er nogen Camot-cyklusgrænse, kan den bruges som fast magnetisk kølemedium. 5. Det bruges som en inhibitor til at kontrollere kædereaktionsniveauet i atomkraftværker for at sikre sikkerheden ved nukleare reaktioner. Derudover er brugen af ​​nano-gadoliniumoxid og nano-lanthanoxid nyttig til at ændre forglasningsregionen og forbedre den termiske stabilitet af glas. Nano-gadoliniumoxidet kan også bruges til fremstilling af kondensatorer og røntgenforstærkende skærme. På nuværende tidspunkt gør verden en stor indsats for at udvikle anvendelsen af ​​nano-gadoliniumoxid og dets legeringer i magnetisk køling og har gjort banebrydende fremskridt

Terbiumoxidnanopartikler (Tb4O7)

De vigtigste anvendelsesområder er som følger: 1. Fosfor anvendes som aktivatorer af grønt pulver i tricolor fosfor, såsom fosfatmatrix aktiveret af nanoterbiumoxid, silikatmatrix aktiveret af nanoterbiumoxid og nanoceriumoxid magnesiumaluminatmatrix aktiveret af nanoterbium oxid, som alle udsender grønt lys i exciteret tilstand. 2. Magneto-optiske lagringsmaterialer, I de senere år er nano-terbiumoxid magneto-optiske materialer blevet forsket og udviklet. Den magneto-optiske disk lavet af Tb-Fe amorf film bruges som computerlagringselement, og lagerkapaciteten kan øges med 10 ~ 15 gange. 3. Magneto-optisk glas, Faraday optisk aktivt glas indeholdende nanometer terbiumoxid, er et nøglemateriale til fremstilling af rotatorer, isolatorer, annulatorer og er meget udbredt i laserteknologi. bruges inden for mange områder, såsom brændstofindsprøjtningssystem, væskeventilstyring, mikropositionering, mekanisk aktuator, mekanisme og vingeregulator til flyrumteleskop.

Nano Dysprosiumoxid Dy2O3

De vigtigste anvendelser af Dy2O3 nano dysprosiumoxid er:1. Nano-dysprosiumoxid bruges som aktivator af fosfor, og trivalent nano-dysprosiumoxid er en lovende aktiverende ion af trefarvede selvlysende materialer med enkelt selvlysende center. Det består hovedsageligt af to emissionsbånd, det ene er gult lys, det andet er blåt lys, og selvlysende materialer dopet med nano-dysprosiumoxid kan bruges som tricolor fosfor.2. Nanometer dysprosiumoxid er et nødvendigt metalråmateriale til fremstilling af Terfenol-legering med stor magnetostriktiv legering nano-terbiumoxid og nano-dysprosiumoxid, som kan realisere nogle præcise aktiviteter af mekanisk bevægelse. 3. Nanometer dysprosiumoxidmetal kan bruges som magneto-optisk lagermateriale med høj optagehastighed og læsefølsomhed. 4. Anvendes til fremstilling af nanometer dysprosium oxid lampe. Arbejdsstoffet brugt i nano dysprosium oxid lampe er nano dysprosium oxid, som har fordelene ved høj lysstyrke, god farve, høj farvetemperatur, lille størrelse og stabil bue, og har været bruges som lyskilde til film og tryk. 5. Nanometer dysprosiumoxid bruges til at måle neutronenergispektrum eller som neutronabsorber i atomenergiindustrien på grund af dets store neutronfangst-tværsnitsareal.

Ho2O3 Nanometer

De vigtigste anvendelser af nano-holmiumoxid er som følger: 1. Som et additiv til metalhalogenlampe er metalhalogenlampe en slags gasudladningslampe, der er udviklet på basis af højtrykskviksølvlampe, og dens karakteristika er at pæren er fyldt med forskellige sjældne jordarters halogenider. På nuværende tidspunkt anvendes hovedsageligt sjældne jordarters iodider, som udsender forskellige spektrallinjer ved gasudladning. Arbejdsstoffet i nano-holmiumoxidlampen er nano-holmiumoxidiodid, som kan opnå højere metalatomkoncentrationer i lysbuezonen, således i høj grad forbedre strålingseffektiviteten. 2. Nanometer holmiumoxid kan bruges som additiv til yttriumjern eller yttriumaluminiumgranat; 3. Nano-holmiumoxid kan bruges som yttriumjernaluminiumgranat (Ho:YAG), som kan udsende 2μm laser, og absorptionshastigheden af ​​menneskeligt væv til 2μm laser er høj. Det er næsten tre størrelsesordener højere end Hd: YAG0. Derfor, når du bruger Ho:YAG-laser til medicinsk drift, kan det ikke kun forbedre operationseffektiviteten og nøjagtigheden, men også reducere det termiske skadeområde til en mindre størrelse. Den frie stråle, der genereres af nano-holmiumoxidkrystallen, kan fjerne fedt uden at generere overdreven varme og derved reducere den termiske skade forårsaget af sundt væv. Det er rapporteret, at behandlingen af ​​glaukom med nanometer-holmiumoxidlaser i USA kan reducere smerten ved kirurgi. 4. I magnetostriktiv legering Terfenol-D kan der også tilsættes en lille mængde holmiumoxid i nanostørrelse for at reducere det ydre felt, der kræves til mætningsmagnetisering af legeringen.5. Derudover kan optisk fiber dopet med nano-holmiumoxid bruges til at lave optiske kommunikationsenheder såsom optiske fiberlasere, optiske fiberforstærkere, optiske fibersensorer osv. Det vil spille en vigtigere rolle i nutidens hurtige optiske fiberkommunikation.

Nano Erbium(III)oxid

De vigtigste anvendelser er:

1. Lysemissionen af ​​nanometer Erbium(III)oxid ved 1550nm er af særlig betydning, fordi denne bølgelængde er nøjagtigt det minimale tab af den optiske fiber i fiberoptisk kommunikation. Efter at være blevet exciteret af lyset ved 980nm og 1480nm, går nanometer Erbium(III)-oxidion over fra grundtilstanden 4115/2 til højenergitilstanden 4113/2. Når Er3+ i højenergitilstanden går tilbage til grundtilstanden, udsender den lys med en bølgelængde på 1550nm. Kvartsfiberen kan transmittere lys af forskellige bølgelængder, men forskellige optiske dæmpningshastigheder varierer, hvor 1550nm frekvensbåndet har den laveste optiske dæmpningshastighed (0,15 decibel pr. kilometer) i kvartsfibertransmission, hvilket næsten er den nedre grænse for dæmpningshastighed. Derfor, når fiberoptisk kommunikation bruges som signallys ved 1550nm, minimeres lystabet. På denne måde, hvis den passende koncentration af nano-erbium(III)-oxid dopes ind i den passende matrix, kan forstærkeren kompensere tabet i kommunikationssystemet efter laserprincippet. Derfor, i telekommunikationsnetværket, der skal forstærke det 1550nm optiske signal, er nano Erbium(III)-oxid-doteret fiberforstærker en uundværlig optisk enhed. På nuværende tidspunkt er nano-erbium(III)-oxid-doteret silicafiberforstærker blevet kommercialiseret. Det er rapporteret, at for at undgå ubrugelig absorption, er dopingmængden af ​​nano-erbium(III)-oxid i fiberen ti til hundredvis af ppm. Den hurtige udvikling af optisk fiberkommunikation vil åbne op for et nyt anvendelsesområde for nano-erbium(III)oxid.

2. Laserkrystallen dopet med nanometer Erbium(III)oxid og dens 1730nm laser og 1550nm laseroutput er sikre for menneskelige øjne, har god atmosfærisk transmissionsydelse, har stærk røggennemtrængningsevne til slagmarken, god fortrolighed, er ikke let at være opdaget af fjenden, og har en stor kontrast ved belysning af militære mål. En bærbar laserafstandsmåler er lavet til militær brug, hvilket er sikkert for menneskelige øjne.

3. Nanometer Erbium(III)oxid kan tilsættes glas for at fremstille sjældne jordarters glaslasermateriale, som er det faste lasermateriale med den største udgangspulsenergi og den højeste udgangseffekt på nuværende tidspunkt.

4. Nanometer Erbium(III)-oxid kan også bruges som aktiveringsion af lasermaterialer til omdannelse af sjældne jordarter.

5. Nanometer Erbium(III)oxid kan også bruges til affarvning og farvning af briller og krystallinsk glas.

Nanometer yttriumoxid (Y2O3)

De vigtigste anvendelser af nano-yttriumoxid er som følger: 1. Additiver til stål og ikke-jernholdige legeringer. FeCr-legering indeholder normalt 0,5%~4% nano-yttriumoxid, som kan øge oxidationsmodstanden og duktiliteten af ​​disse rustfrie stål Efter tilsætning af passende mængde blandet sjældne jordarter rig på nanometer yttriumoxid til MB26-legering, var legeringens omfattende egenskaber åbenlyst. forbedret i går, Det kan erstatte nogle mellemstore og stærke aluminiumslegeringer til de belastede komponenter i fly; Tilføjelse af en lille mængde nano-yttriumoxid sjældne jordarter til Al-Zr-legering kan forbedre ledningsevnen af ​​legeringen; Legeringen er blevet vedtaget af de fleste trådfabrikker i Kina. Nano-yttriumoxid blev tilføjet til kobberlegering for at forbedre ledningsevne og mekanisk styrke. 2. Siliciumnitrid keramisk materiale indeholdende 6% nano yttriumoxid og 2% aluminium. Det kan bruges til at udvikle motordele. 3. Boring, skæring, svejsning og anden mekanisk bearbejdning udføres på komponenter i stor skala ved at bruge nano neodymoxid aluminium granat laserstråle med effekt på 400 watt. 4. Elektronmikroskopskærmen, der består af Y-Al granat enkeltkrystal, har høj fluorescenslysstyrke, lav absorption af spredt lys og god høj temperaturbestandighed og mekanisk slidstyrke.5. Høj nano yttrium oxid struktur legering indeholdende 90% nano gadolinium oxid kan anvendes til luftfart og andre lejligheder, der kræver lav densitet og højt smeltepunkt. 6. Højtemperaturprotonledende materialer indeholdende 90 % nano-yttriumoxid er af stor betydning for produktionen af ​​brændselsceller, elektrolyseceller og gassensorer, der kræver høj brintopløselighed. Derudover bruges nano-yttriumoxid også som højtemperatursprøjtebestandigt materiale, fortyndingsmiddel af atomreaktorbrændstof, additiv af permanentmagnetmateriale og getter i elektronisk industri.

Ud over ovenstående kan nano-oxider af sjældne jordarter også bruges i beklædningsmaterialer til menneskers sundhedspleje og miljøbeskyttelse. Fra de nuværende forskningsenheder har de alle bestemte retninger: anti-ultraviolet stråling; Luftforurening og ultraviolet stråling er tilbøjelige til hudsygdomme og hudkræft; Forureningsforebyggelse gør det vanskeligt for forurenende stoffer at klæbe til tøj; Det er også ved at blive undersøgt i retning af anti-varm at holde. Fordi læder er hårdt og let at ælde, er det mest tilbøjeligt til meldug i regnfulde dage. Læderet kan blødgøres ved blegning med nano sjælden jordarters ceriumoxid, som ikke er let at ælde og meldug, og det er behageligt at have på. I de senere år har nano-coating-materialer også været i fokus for nano-materialeforskning, og hovedforskningen fokuserer på funktionelle belægninger. Y2O3 med 80nm i USA kan bruges som infrarød afskærmende belægning. Effektiviteten af ​​at reflektere varme er meget høj. CeO2 har et højt brydningsindeks og høj stabilitet. Når nano sjælden jordart yttriumoxid, nanolanthanoxid og nanoceriumoxidpulver tilsættes belægningen, kan ydervæggen modstå ældning, fordi ydervægsbelægningen er let at ældes og falde af, fordi malingen udsættes for sollys og ultraviolette stråler i lang tid, og den kan modstå ultraviolette stråler efter tilsætning af ceriumoxid og yttriumoxid. Desuden er dens partikelstørrelse meget lille, og nanoceriumoxid bruges som ultraviolet absorber, som forventes at blive brugt til at forhindre ældning af plastik produkter på grund af ultraviolet bestråling, tanke, biler, skibe, olielagertanke osv., som bedst kan beskytte udendørs store reklametavler og forhindre meldug, fugt og forurening til indvendige vægbelægninger. På grund af dens lille partikelstørrelse er støv ikke let at klæbe til væggen. Og kan skrubbes med vand. Der er stadig mange anvendelser af nano-sjældne jordarters oxider, der skal forskes yderligere i og udvikles, og vi håber inderligt, at det får en mere strålende fremtid.