Nanomeetrilised haruldased muldmetallid, uus jõud tööstusrevolutsioonis

Nanomeetrilised haruldased muldmetallid, uus jõud tööstusrevolutsioonis

Nanotehnoloogia on uus interdistsiplinaarne valdkond, mis arenes järk-järgult välja 1980ndate lõpus ja 1990ndate alguses. Kuna sellel on suur potentsiaal luua uusi tootmisprotsesse, uusi materjale ja uusi tooteid, käivitab see uuel sajandil uue tööstusrevolutsiooni. Nanoteaduse ja nanotehnoloogia praegune arengutase on sarnane arvuti- ja infotehnoloogia omaga 1950. aastatel. Enamik sellele valdkonnale pühendunud teadlasi ennustab, et nanotehnoloogia arengul on lai ja kaugeleulatuv mõju paljudele tehnoloogia aspektidele. Teadlased usuvad, et sellel on kummalised omadused ja ainulaadne jõudlus. Peamised piiramisefektid, mis põhjustavad haruldaste muldmetallide nanomaterjalide kummalisi omadusi, on spetsiifiline pinnaefekt, väikese suuruse efekt, liidese efekt, läbipaistvuse efekt, tunneliefekt ja makroskoopiline kvantefekt. Need mõjud muudavad nanosüsteemi füüsikalised omadused tavapäraste materjalide omadest valguse, elektri, soojuse ja magnetismi osas ning neil on palju uudseid omadusi. Tulevikus on teadlastel nanotehnoloogia uurimiseks ja arendamiseks kolm peamist suunda: ettevalmistamine ja rakendamine. suurepärase jõudlusega nanomaterjalidest; Projekteerida ja valmistada erinevaid nanoseadmeid ja seadmeid; Nanopiirkondade omaduste tuvastamine ja analüüs. Praegu on nanoharuldastel muldmetallidel peamiselt järgmised kasutusjuhised ja selle rakendust tuleb tulevikus edasi arendada.

Lantaanoksiidi nanomeeter (La2O3)

Nanomeetri lantaanoksiidi kasutatakse piesoelektriliste materjalide, elektrotermiliste materjalide, termoelektriliste materjalide, magnetresistentsete materjalide, luminestsentsmaterjalide (sinine pulber), vesiniku salvestamise materjalide, optilise klaasi, lasermaterjalide, mitmesuguste sulamimaterjalide, orgaaniliste keemiatoodete valmistamise katalüsaatorite ja neutraliseerimiskatalüsaatorite jaoks. autode heitgaaside ja kerge muundamise põllumajanduskilesid rakendatakse ka nanomeetri lantaanoksiidile.

Nanomeeter tseeriumoksiid (CeO2)

Nano tseeriumoksiidi peamised kasutusalad on järgmised: 1. Klaasilisandina võib nanotseeriumoksiid absorbeerida ultraviolett- ja infrapunakiiri ning seda on kasutatud autoklaasile. See ei saa mitte ainult vältida ultraviolettkiirte teket, vaid ka vähendada temperatuuri autos, säästes seega kliimaseadme elektrienergiat. 2. Nano tseeriumoksiidi kasutamine autode heitgaaside puhastamise katalüsaatoris võib tõhusalt ära hoida suure hulga autode heitgaaside õhku paiskumist.3. Nanotseeriumoksiidi saab kasutada pigmendina plastide värvimiseks ning seda saab kasutada ka pinnakatte-, tindi- ja paberitööstuses. 4. Nano tseeriumoksiidi kasutamist poleerimismaterjalides on laialdaselt tunnustatud kui ränivahvlite ja safiirist monokristallsubstraatide poleerimise ülitäpse nõuet.5. Lisaks saab nanotseeriumoksiidi kasutada ka vesiniku salvestusmaterjalide, termoelektriliste materjalide, nano-tseeriumoksiidi volframelektroodide, keraamiliste kondensaatorite, piesoelektrilise keraamika, nano-tseeriumoksiidi ränikarbiidi abrasiivide, kütuseelementide toorainete, bensiinikatalüsaatorite, mõnede püsimagnetmaterjalide, mitmesugused legeerterased ja värvilised metallid jne.

Nanomeetriline praseodüümoksiid (Pr6O11)

Nanomeetrilise praseodüümoksiidi peamised kasutusalad on järgmised: 1. Seda kasutatakse laialdaselt ehituskeraamikas ja igapäevases kasutuses kasutatavas keraamikas. Seda saab segada keraamilise glasuuriga, et saada värvilist glasuuri, ja seda saab kasutada ka glasuurialuse pigmendina. Valmistatud pigment on puhta ja elegantse tooniga helekollane. 2. Seda kasutatakse püsimagnetite valmistamiseks ning seda kasutatakse laialdaselt erinevates elektroonikaseadmetes ja mootorites. 3. Seda kasutatakse nafta katalüütiliseks krakkimiseks. Katalüüsi aktiivsust, selektiivsust ja stabiilsust saab parandada. 4. Nanopraseodüümoksiidi saab kasutada ka abrasiivseks poleerimiseks. Lisaks on nanomeetri praseodüümoksiidi kasutamine optiliste kiudude valdkonnas üha ulatuslikum.

Nanomeeter neodüümoksiid (Nd2O3)

Nanomeetriline neodüümoksiid on oma ainulaadse positsiooni tõttu haruldaste muldmetallide valdkonnas muutunud paljudeks aastateks turul kuum koht. Nanoneodüümoksiidi kasutatakse ka värvilistel materjalidel. 1,5–2,5% nanoneodüümoksiidi lisamine magneesiumi- või alumiiniumisulamisse võib parandada sulami kõrge temperatuuri, õhutihedust ja korrosioonikindlust ning seda kasutatakse laialdaselt kosmosetööstuses. materjal lennunduseks. Lisaks toodab nano-neodüümoksiidiga legeeritud nano-ütrium-alumiiniumgranaat lühilainelist laserkiirt, mida kasutatakse tööstuses laialdaselt alla 10 mm paksuste õhukeste materjalide keevitamiseks ja lõikamiseks. Meditsiinilise poole pealt kasutatakse kirurgiliste haavade eemaldamiseks või haavade desinfitseerimiseks kirurgiliste nugade asemel nano-Nd _ 2O _ 3-ga legeeritud Nano-YAG laserit. Nanomeetrilist neodüümoksiidi kasutatakse ka klaasi ja keraamiliste materjalide, kummitoodete ja lisandite värvimiseks.

Samaariumoksiidi nanoosakesed (Sm2O3)

Nano-suuruses samariumoksiidi peamised kasutusalad on: nano-suuruses samariumoksiid on helekollane, mida rakendatakse keraamilistele kondensaatoritele ja katalüsaatoritele. Lisaks on nanosuuruses samariumoksiidil tuumaomadused ja seda saab kasutada aatomienergiareaktori konstruktsioonimaterjalina, varjestusmaterjalina ja juhtmaterjalina, nii et tuuma lõhustumisel tekkivat tohutut energiat saab ohutult kasutada. Euroopiumoksiidi nanoosakesi (Eu2O3) kasutatakse enamasti fosforites. Eu3+ kasutatakse punase fosfori aktivaatorina ja Eu2+ sinise fosforina. Y0O3:Eu3+ on parim luminofoor valgustõhususe, katte stabiilsuse, taastumiskulude jms osas ning seda kasutatakse laialdaselt valgusefektiivsuse ja kontrastsuse parandamise tõttu. Hiljuti on nanoeuroopiumoksiidi kasutatud stimuleeritud emissiooniga fosforina ka uues röntgendiagnostikasüsteemis. Nanoeuroopiumoksiidi saab kasutada ka värviliste läätsede ja optiliste filtrite tootmiseks ning magnetmullide salvestusseadmete jaoks ning see võib näidata oma andeid ka aatomireaktorite juhtmaterjalid, varjestusmaterjalid ja konstruktsioonimaterjalid. Peenosakestega gadoliinium-euroopiumoksiidi (Y2O3:Eu3+) punane fosfor valmistati, kasutades toorainena nano-ütriumoksiidi (Y2O3) ja nanoeurooopiumoksiidi (Eu2O3). Kasutades seda haruldaste muldmetallide kolmevärvilise fosfori valmistamiseks, leiti, et: a) saab hästi ja ühtlaselt segada rohelise ja sinise pulbriga; b) hea kattevõime; (c) Kuna punase pulbri osakeste suurus on väike, eripind suureneb ja luminestseeruvate osakeste arv suureneb, saab haruldaste muldmetallide kolmevärvilistes fosforites punase pulbri kogust vähendada, mille tulemuseks on madalamad kulud.

Gadoliiniumoksiidi nanoosakesed (Gd2O3)

Selle peamised kasutusalad on järgmised: 1. Selle vees lahustuv paramagnetiline kompleks võib parandada inimkeha NMR-kuvamise signaali meditsiinilises ravis. 2. Alusvääveloksiidi saab kasutada ostsilloskoobitoru ja erilise heledusega röntgenekraani maatriksvõrguna. 3. Nano-gadoliiniumoksiid nano-gadoliiniumi galliumgranaadis on ideaalne üksik substraat magnetmullide mälu jaoks. 4. Kui Camoti tsükli piirang puudub, saab seda kasutada tahke magnetilise jahutusvahendina. 5. Seda kasutatakse inhibiitorina tuumaelektrijaamade ahelreaktsiooni taseme kontrollimiseks, et tagada tuumareaktsioonide ohutus. Lisaks on nano-gadoliiniumoksiidi ja nano-lantaanoksiidi kasutamine abiks klaasistumise piirkonna muutmisel ja klaasi termilise stabiilsuse parandamisel. Nanogadoliiniumoksiidi saab kasutada ka kondensaatorite ja röntgenikiirgust võimendavate ekraanide tootmiseks. Praegu teeb maailm suuri jõupingutusi nanogadoliiniumoksiidi ja selle sulamite rakendamiseks magnetjahutuses ning on teinud läbimurdelisi edusamme.

Terbiumoksiidi nanoosakesed (Tb4O7)

Peamised kasutusvaldkonnad on järgmised: 1. Fosforeid kasutatakse rohelise pulbri aktivaatoritena kolmevärvilistes fosforites, nagu nano-terbiumoksiidiga aktiveeritud fosfaatmaatriks, nano-terbiumoksiidiga aktiveeritud silikaatmaatriks ja nano-terbiumoksiidiga aktiveeritud nanotseeriumoksiid magneesiumaluminaatmaatriks oksiid, mis kõik kiirgavad ergastatud olekus rohelist valgust. 2. Magneto-optilised salvestusmaterjalid, Viimastel aastatel on uuritud ja arendatud nano-terbiumoksiidi magneto-optilisi materjale. Tb-Fe amorfsest kilest valmistatud magneto-optilist ketast kasutatakse arvuti salvestuselemendina ja salvestusmahtu saab suurendada 10–15 korda. 3. Magneto-optiline klaas, Faraday optiliselt aktiivne klaas, mis sisaldab nanomeetrist terbiumoksiidi, on võtmematerjal rotaatorite, isolaatorite ja anulaatorite valmistamiseks ning seda kasutatakse laialdaselt lasertehnoloogias. Nanomeetrilist terbiumoksiidi nanomeetrilist düsproosiumoksiidi kasutatakse peamiselt kajaloodides ja seda on laialdaselt kasutatud. kasutatakse paljudes valdkondades, nagu kütuse sissepritsesüsteem, vedeliku klapi juhtimine, mikropositsioneerimine, mehaaniline ajam, mehhanism ja tiib lennuki kosmoseteleskoobi regulaator.

Nano-düsproosiumoksiid Dy2O3

Dy2O3 nano düsproosiumoksiidi peamised kasutusalad on järgmised: 1. Nano-düsproosiumoksiidi kasutatakse fosfori aktivaatorina ja kolmevalentne nano-düsproosiumoksiid on ühe luminestsentskeskusega kolmevärviliste luminestsentsmaterjalide paljulubav aktiveeriv ioon. See koosneb peamiselt kahest emissiooniribast, millest üks on kollase valguse emissioon, teine ​​​​sinise valguse emissioon, ja nano-düsproosiumoksiidiga legeeritud luminestsentsmaterjale saab kasutada kolmevärviliste luminofooridena.2. Nanomeetriline düsproosiumoksiid on vajalik metallist tooraine terfenooli sulami valmistamiseks suure magnetostriktiivse sulamiga nano-terbiumoksiidi ja nano-düsproosiumoksiidiga, mis suudab realiseerida mõningaid täpseid mehaanilise liikumise tegevusi. 3. Nanomeetrilist düsproosiumoksiidi metalli saab kasutada magneto-optilise salvestusmaterjalina, millel on suur salvestuskiirus ja lugemistundlikkus. 4. Kasutatakse nanomeetri düsproosiumoksiidlambi valmistamiseks. Nano-düsproosiumoksiidlambis kasutatav tööaine on nano-düsproosiumoksiid, mille eelisteks on kõrge heledus, hea värv, kõrge värvitemperatuur, väike suurus ja stabiilne kaar. kasutatakse filmi ja printimise valgusallikana. 5. Nanomeetrilist düsproosiumoksiidi kasutatakse neutronite energiaspektri mõõtmiseks või neutronite absorbeerijana aatomienergiatööstuses, kuna sellel on suur neutronite püüdmise ristlõikepindala.

Ho2O3 nanomeeter

Nano-holmiumoksiidi peamised kasutusalad on järgmised: 1. Metallhalogeenlambi lisandina on metallhalogeenlamp omamoodi gaaslahenduslamp, mis on välja töötatud kõrgsurve-elavhõbelambi baasil ja mille omadus on et pirn on täidetud erinevate haruldaste muldmetallide halogeniididega. Praegu kasutatakse peamiselt haruldasi muldmetallide jodiide, mis gaaslahendusel kiirgavad erinevaid spektrijooni. Nano-holmiumoksiidlambi tööaineks on nano-holmiumoksiidjodiid, mis võib kaaretsoonis saavutada suurema metalliaatomi kontsentratsiooni, seega parandab oluliselt kiirguse efektiivsust. 2. Nanomeetrilist holmiumoksiidi saab kasutada ütriumraua või ütriumalumiiniumgranaadi lisandina; 3. Nanoholmiumoksiidi saab kasutada ütriumraud-alumiiniumgranaadina (Ho:YAG), mis võib kiirata 2 μm laserit ja inimkudede neeldumiskiirus 2 μm laseriga on kõrge. See on peaaegu kolm suurusjärku kõrgem kui Hd: YAG0. Seega, kui kasutate Ho:YAG laserit meditsiiniliseks operatsiooniks, ei saa see mitte ainult parandada töö efektiivsust ja täpsust, vaid ka vähendada termilise kahjustuse ala väiksemaks. Nanoholmiumoksiidi kristallide tekitatud vaba kiir võib eemaldada rasva ilma liigset kuumust tekitamata, vähendades seeläbi tervete kudede põhjustatud termilisi kahjustusi. On teatatud, et glaukoomi ravi nanomeetrilise holmiumoksiidlaseriga Ameerika Ühendriikides võib vähendada valu kirurgia. 4. Magnetostriktiivsesse sulamisse Terfenol-D võib sulami küllastusmagnetiseerimiseks vajaliku välisvälja vähendamiseks lisada ka väikese koguse nanosuuruses holmiumoksiidi.5. Lisaks saab nano-holmiumoksiidiga legeeritud optilist kiudu kasutada optiliste sideseadmete, näiteks kiudoptiliste laserite, kiudoptiliste võimendite, kiudoptiliste andurite jms valmistamiseks. Tänapäeva kiires kiudoptilises sides hakkab sellel olema olulisem roll.

Nano Erbium(III) oksiid

Peamised kasutusalad on:

1. Erbium(III) oksiidi nanomeetri valguse emissioon lainepikkusel 1550 nm on erilise tähtsusega, kuna see lainepikkus on täpselt fiiberoptilise side optilise kiu minimaalne kadu. Pärast valguse ergastamist lainepikkustel 980 nm ja 1480 nm läheb nanomeetrine Erbium(III) oksiidiioon põhiolekust 4115/2 kõrge energiaga olekusse 4113/2. Kui suure energiaga olekus Er3+ läheb tagasi põhiolekusse, kiirgab see valgust lainepikkusega 1550 nm. Kvartskiud suudab edastada erineva lainepikkusega valgust, kuid erinevad optilise sumbumise määrad on erinevad, kusjuures 1550 nm sagedusribal on kvartskiudude ülekandes madalaim optiline sumbumise määr (0,15 detsibelli kilomeetri kohta), mis on peaaegu alumine sumbumise piirmäär. Seega, kui kiudoptilist sidet kasutatakse signaalvalgusena lainepikkusel 1550 nm, on valguskadu minimaalne. Sel viisil, kui sobivas kontsentratsioonis nano Erbium(III) oksiidi on legeeritud sobivasse maatriksisse, saab võimendi kompenseerida sidesüsteemi kadu vastavalt laserprintsiibile. Seetõttu on 1550 nm optilise signaali võimendamist vajavas telekommunikatsioonivõrgus nano Erbium(III) oksiidiga legeeritud kiudvõimendi asendamatu optiline seade. Praegu on turustatud nano Erbium(III) oksiidiga legeeritud ränidioksiidi kiudvõimendi. On teatatud, et kasutu imendumise vältimiseks on nano Erbium(III) oksiidi dopingu kogus kius kümneid kuni sadu ppm. Kiudoptilise side kiire areng avab nano-erbium(III)oksiidi uue kasutusvaldkonna.

2. Nanomeetri erbium(III)oksiidiga legeeritud laserkristall ja selle 1730 nm laser ja 1550 nm laserväljund on inimsilmale ohutud, neil on hea atmosfääriülekande jõudlus, neil on tugev suitsu läbilaskvus lahinguväljal, hea konfidentsiaalsus, ei ole lihtne olla vaenlane tuvastab ja neil on sõjaliste sihtmärkide valgustamisel suur kontrast. Militaarotstarbeliseks kasutamiseks on valmistatud kaasaskantav laserkaugusmõõtja, mis on inimsilmale ohutu.

3. Nanomeetri Erbium(III) oksiidi saab lisada klaasile haruldaste muldmetallide klaasist lasermaterjali valmistamiseks, mis on praegu suurima väljundimpulsi energia ja suurima väljundvõimsusega tahke lasermaterjal.

4. Nanomeetrit Erbium(III)oksiidi saab kasutada ka haruldaste muldmetallide üleskonversiooni lasermaterjalide aktiveerimisioonina.

5. Nanomeetrit Erbium(III)oksiidi saab kasutada ka prillide ja kristallklaasi värvide eemaldamiseks ja värvimiseks.

Nanomeeter ütriumoksiid (Y2O3)

Nanoütriumoksiidi peamised kasutusalad on järgmised: 1. Terase ja värviliste metallide sulamite lisandid. FeCr sulam sisaldab tavaliselt 0,5–4% nano-ütriumoksiidi, mis võib suurendada nende roostevabade teraste oksüdatsioonikindlust ja plastilisust Pärast nanomeetrilise ütriumoksiidi rikka segatud haruldaste muldmetallide lisamist MB26 sulamile ilmnesid sulami laiaulatuslikud omadused. eile täiustatud, see võib asendada mõned keskmised ja tugevad alumiiniumisulamid õhusõidukite pingestatud komponentide jaoks; Väikese koguse haruldaste muldmetallide nano-ütriumoksiidi lisamine Al-Zr sulamile võib parandada sulami juhtivust; Sulami on kasutusele võtnud enamik Hiina traaditehaseid. Nano-ütriumoksiidi lisati vasesulamisse, et parandada juhtivust ja mehaanilist tugevust. 2. Silikoonnitriidkeraamiline materjal, mis sisaldab 6% nano-ütriumoksiidi ja 2% alumiiniumi. Seda saab kasutada mootoriosade arendamiseks. 3. Suuremahuliste komponentide puurimine, lõikamine, keevitamine ja muu mehaaniline töötlemine toimub nano-neodüümoksiid-alumiiniumgranaadi laserkiirega, mille võimsus on 400 vatti. 4. Y-Al granaadi monokristallist koosneval elektronmikroskoobi ekraanil on kõrge fluorestsentsi heledus, hajutatud valguse vähene neeldumine ning hea kõrge temperatuuritaluvus ja mehaaniline kulumiskindlus.5. Kõrge nanotasemega ütriumoksiidi struktuuriga sulamit, mis sisaldab 90% nanogadoliiniumoksiidi, saab kasutada lennunduses ja muudel juhtudel, mis nõuavad madalat tihedust ja kõrget sulamistemperatuuri. 6. Kõrge temperatuuriga prootoni juhtivad materjalid, mis sisaldavad 90% nano-ütriumoksiidi, on väga olulised kütuseelementide, elektrolüütiliste elementide ja gaasiandurite tootmisel, mis nõuavad suurt vesiniku lahustuvust. Lisaks kasutatakse nano-ütriumoksiidi ka kõrgel temperatuuril pihustuskindla materjalina, aatomireaktori kütuse lahjendina, püsimagnetmaterjali lisandina ja getterina elektroonikatööstuses.

Lisaks ülaltoodule saab nanoharuldasi muldmetallide oksiide kasutada ka inimeste tervise ja keskkonnakaitse rõivaste materjalides. Praegustest uurimisüksustest on neil kõigil kindlad suunad: ultraviolettkiirguse vastane; Õhusaaste ja ultraviolettkiirgus soodustavad nahahaigusi ja nahavähki; Reostuse vältimine raskendab saasteainete kleepumist riietele; Seda uuritakse ka sooja hoidmise suunas. Kuna nahk on kõva ja kergesti vananev, on see vihmastel päevadel kõige vastuvõtlikum hallituse tekkeks. Nahka saab pehmendada pleegitades nano haruldaste muldmetallide tseeriumoksiidiga, mida ei ole lihtne vanandada ja hallitust tekitada ning seda on mugav kanda. Viimastel aastatel on nanomaterjalide uurimise fookuses ka nanokattematerjalid ning põhiline uurimistöö keskendub funktsionaalsetele katetele. Y2O3 80nm USA-s saab kasutada infrapuna varjestuskattena. Soojuse peegeldamise efektiivsus on väga kõrge. CeO2-l on kõrge murdumisnäitaja ja kõrge stabiilsus. Kui kattele lisatakse nano haruldaste muldmetallide ütriumoksiidi, nano lantaanoksiidi ja nano tseeriumoksiidi pulbrit, on välissein vananemiskindel, sest välisseina katet on kerge vananeda ja maha kukkuda, kuna värv puutub kokku päikese- ja ultraviolettkiirgusega. pikka aega ja võib pärast tseeriumoksiidi ja ütriumoksiidi lisamist ultraviolettkiirgusele vastu pidada. Lisaks on selle osakeste suurus väga suur väikest ja nano-tseeriumoksiidi kasutatakse ultraviolettkiirguse absorbeerijana, mida eeldatavasti kasutatakse ultraviolettkiirguse, paakide, autode, laevade, naftamahutite jms tõttu plasttoodete vananemise vältimiseks, mis suudab kõige paremini kaitsta välistingimustes olevaid suuri stende ja vältida hallituse, niiskuse ja reostuse teket siseseinte katete jaoks. Väikese osakese suuruse tõttu ei kleepu tolm kergesti seina külge. Ja seda saab veega nühkida. Nano haruldaste muldmetallide oksiidide kasutusviise tuleb veel palju edasi uurida ja arendada ning loodame siiralt, et sellel on hiilgavam tulevik.