Verwendung von Seltenerdoxiden zur Herstellung fluoreszierender Gläser
Verwendung von Seltenerdoxiden zur Herstellung fluoreszierender Gläser
Verwendung von Seltenerdoxiden zur Herstellung fluoreszierender Gläser
Quelle: AZOMAnwendungen von SeltenerdelementenEtablierte Industrien wie Katalysatoren, Glasherstellung, Beleuchtung und Metallurgie verwenden seit langem Seltenerdelemente. Zusammengenommen machen diese Branchen 59 % des weltweiten Gesamtverbrauchs aus. Mittlerweile nutzen auch neuere, wachstumsstarke Bereiche wie Batterielegierungen, Keramik und Permanentmagnete Seltenerdelemente, die die restlichen 41 % ausmachen.Seltenerdelemente in der GlasproduktionIm Bereich der Glasherstellung werden Seltenerdoxide seit langem untersucht. Genauer gesagt, wie sich die Eigenschaften des Glases durch die Zugabe dieser Verbindungen verändern können. Ein deutscher Wissenschaftler namens Drossbach begann diese Arbeit im 18. Jahrhundert, als er eine Mischung aus Seltenerdoxiden zum Entfärben von Glas patentierte und herstellte.Obwohl in roher Form mit anderen Seltenerdoxiden, war dies die erste kommerzielle Nutzung von Cer. Im Jahr 1912 wurde von Crookes aus England nachgewiesen, dass Cer sich hervorragend zur UV-Absorption eignet, ohne Farbe zu verleihen. Dies macht es sehr nützlich für Schutzbrillen.Erbium, Ytterbium und Neodym sind die am häufigsten verwendeten Seltenerdmetalle in Glas. Bei der optischen Kommunikation werden in großem Umfang Erbium-dotierte Quarzglasfasern verwendet. Bei der technischen Materialverarbeitung werden mit Ytterbium dotierte Quarzglasfasern verwendet, und Glaslaser, die für die Fusion mit Trägheitseinschluss verwendet werden, verwenden mit Neodym dotierte Fasern. Die Fähigkeit, die Fluoreszenzeigenschaften des Glases zu verändern, ist eine der wichtigsten Anwendungen von REO in Glas.Fluoreszierende Eigenschaften von SeltenerdoxidenFluoreszierendes Glas ist einzigartig in der Art und Weise, wie es unter sichtbarem Licht normal aussehen kann und bei Anregung durch bestimmte Wellenlängen lebendige Farben abgeben kann. Es findet zahlreiche Anwendungen, von der medizinischen Bildgebung und biomedizinischen Forschung bis hin zu Testmedien, Pausfarben und Kunstglasemails.Die Fluoreszenz kann bestehen bleiben, wenn REOs beim Schmelzen direkt in die Glasmatrix eingebaut werden. Andere Glasmaterialien mit nur einer fluoreszierenden Beschichtung versagen oft.Während der Herstellung führt die Einführung von Seltenerdionen in die Struktur zu einer optischen Glasfluoreszenz. Die Elektronen des REE werden in einen angeregten Zustand gebracht, wenn eine eingehende Energiequelle verwendet wird, um diese aktiven Ionen direkt anzuregen. Lichtemission längerer Wellenlänge und niedrigerer Energie bringt den angeregten Zustand in den Grundzustand zurück.In industriellen Prozessen ist dies besonders nützlich, da es das Einbringen anorganischer Glasmikrokugeln in eine Charge ermöglicht, um den Hersteller und die Chargennummer für zahlreiche Produkttypen zu identifizieren.Der Transport des Produkts wird durch die Mikrokügelchen nicht beeinträchtigt, jedoch entsteht bei der Bestrahlung der Charge mit ultraviolettem Licht eine besondere Lichtfarbe, die eine genaue Bestimmung der Herkunft des Materials ermöglicht. Dies ist mit allen Arten von Materialien möglich, einschließlich Pulvern, Kunststoffen, Papieren und Flüssigkeiten.Durch die Veränderung der Anzahl der Parameter, wie etwa des genauen Verhältnisses verschiedener REO, der Partikelgröße, der Partikelgrößenverteilung, der chemischen Zusammensetzung, der Fluoreszenzeigenschaften, der Farbe, der magnetischen Eigenschaften und der Radioaktivität, wird bei den Mikrosphären eine enorme Vielfalt geschaffen.Es ist auch vorteilhaft, fluoreszierende Mikrokügelchen aus Glas herzustellen, da sie in unterschiedlichem Maße mit REOs dotiert werden können, hohen Temperaturen und hohen Belastungen standhalten und chemisch inert sind. Im Vergleich zu Polymeren sind sie in all diesen Bereichen überlegen, sodass sie in deutlich geringeren Konzentrationen in den Produkten eingesetzt werden können.Die relativ geringe Löslichkeit von REO in Quarzglas stellt eine potenzielle Einschränkung dar, da dies zur Bildung von Clustern seltener Erden führen kann, insbesondere wenn die Dotierungskonzentration größer als die Gleichgewichtslöslichkeit ist, und besondere Maßnahmen zur Unterdrückung der Clusterbildung erforderlich sind.
