مواد خاکی کمیاب نانومتری، نیرویی جدید در انقلاب صنعتی

نانوتکنولوژی یک حوزه میان رشته ای جدید است که به تدریج در اواخر دهه 1980 و اوایل دهه 1990 توسعه یافت. از آنجا که پتانسیل زیادی برای ایجاد فرآیندهای تولید جدید، مواد جدید و محصولات جدید دارد، انقلاب صنعتی جدیدی را در قرن جدید به راه خواهد انداخت. اکثر دانشمندان متعهد به این حوزه پیش بینی می کنند که توسعه فناوری نانو تأثیر گسترده و گسترده ای بر بسیاری از جنبه های فناوری خواهد داشت. دانشمندان بر این باورند که دارای خواص عجیب و عملکرد منحصر به فرد است، اثرات اصلی محصور شدن که منجر به خواص عجیب مواد خاکی نانو کمیاب می شود، اثر سطحی خاص، اثر اندازه کوچک، اثر رابط، اثر شفافیت، اثر تونل و اثر کوانتومی ماکروسکوپی است. این اثرات، خواص فیزیکی سیستم نانو را از مواد معمولی در نور، الکتریسیته، گرما و مغناطیس متفاوت می‌کند و ویژگی‌های جدید بسیاری را ارائه می‌دهد. در آینده، سه جهت اصلی برای دانشمندان برای تحقیق و توسعه فناوری نانو وجود دارد: تهیه و کاربرد. از نانومواد با عملکرد عالی؛ طراحی و آماده سازی انواع دستگاه ها و تجهیزات نانو؛ شناسایی و تجزیه و تحلیل خواص نانومناطق. در حال حاضر، نانو خاک‌های کمیاب عمدتاً دارای جهت‌های کاربردی زیر هستند و کاربرد آن نیاز به توسعه بیشتر در آینده دارد.

نانومتر اکسید لانتانیم (La2O3)

نانومتر اکسید لانتانیم برای مواد پیزوالکتریک، مواد الکتروترمال، مواد ترموالکتریک، مواد مغناطیسی مقاومت، مواد شب تاب (پودر آبی)، مواد ذخیره‌سازی هیدروژن، شیشه‌های نوری، مواد لیزری، مواد آلیاژی مختلف، کاتالیزورها برای تهیه محصولات شیمیایی آلی و کاتالیزورهای خنثی‌سازی استفاده می‌شود. اگزوز خودرو و فیلم‌های کشاورزی تبدیل سبک نیز روی اکسید لانتانیم نانومتری اعمال می‌شوند.

نانومتر اکسید سریم (CeO2)

کاربردهای اصلی نانو اکسید سریم به شرح زیر است: 1. نانو اکسید سریم به عنوان یک افزودنی شیشه ای می تواند پرتوهای فرابنفش و اشعه مادون قرمز را جذب کند و برای شیشه اتومبیل استفاده شده است. نه تنها می تواند از اشعه ماوراء بنفش جلوگیری کند، بلکه دمای داخل خودرو را نیز کاهش می دهد و در نتیجه در مصرف برق برای تهویه مطبوع صرفه جویی می کند. 2. استفاده از نانو اکسید سریم در کاتالیزور تصفیه اگزوز خودرو می تواند به طور موثری از تخلیه مقدار زیادی از گاز خروجی خودرو به هوا جلوگیری کند. نانو اکسید سریم را می توان در رنگدانه برای رنگ آمیزی پلاستیک ها و همچنین در صنایع پوشش، جوهر و کاغذ استفاده کرد. 4. کاربرد نانو اکسید سریم در مواد پرداخت به طور گسترده به عنوان یک نیاز با دقت بالا برای پرداخت ویفرهای سیلیکونی و بسترهای تک کریستال یاقوت کبود شناخته شده است. علاوه بر این، نانو اکسید سریم همچنین می‌تواند برای مواد ذخیره‌سازی هیدروژن، مواد ترموالکتریک، نانو الکترودهای تنگستن اکسید سریم، خازن‌های سرامیکی، سرامیک‌های پیزوالکتریک، ساینده‌های کاربید سیلیکون اکسید سریم، مواد خام پیل سوختی، برخی از کاتالیزورهای مغناطیسی بنزین، برخی از مواد مغناطیسی دائمی بنزین، استفاده شود. انواع فولادهای آلیاژی و فلزات غیر آهنی و غیره

نانومتری اکسید پرازئودیمیوم (Pr6O11)

کاربردهای اصلی اکسید پرازئودیمیوم نانومتری به شرح زیر است: 1. کاربرد وسیعی در سرامیک های ساختمانی و سرامیک های روزانه دارد. می توان آن را با لعاب سرامیکی برای ساخت لعاب رنگی مخلوط کرد و همچنین می تواند به تنهایی به عنوان رنگدانه زیر لعاب استفاده شود. رنگدانه آماده شده به رنگ زرد روشن با تن خالص و ظریف است. 2. برای ساخت آهنرباهای دائمی استفاده می شود و به طور گسترده در دستگاه ها و موتورهای الکترونیکی مختلف استفاده می شود. 3. برای ترک خوردگی کاتالیزوری نفت استفاده می شود. فعالیت، گزینش پذیری و پایداری کاتالیز را می توان بهبود بخشید. 4. از اکسید نانو پراسئودیمیوم نیز می توان برای پرداخت ساینده استفاده کرد. علاوه بر این، کاربرد نانومتری اکسید پراسئودیمیوم در زمینه فیبر نوری روز به روز گسترده تر است. اکسید نئودیمیم نانومتری (Nd2O3) نانومتری اکسید نئودیمیم به دلیل موقعیت منحصر به فرد خود در زمینه خاکی های کمیاب، سال هاست که به یک نقطه داغ در بازار تبدیل شده است. نانو اکسید نئودیمیم برای مواد غیر آهنی نیز اعمال می شود. افزودن 1.5% تا 2.5% نانو اکسید نئودیمیم به منیزیم یا آلیاژ آلومینیوم می تواند عملکرد دمای بالا، سفتی هوا و مقاومت در برابر خوردگی آلیاژ را بهبود بخشد و به طور گسترده به عنوان هوافضا استفاده می شود. مواد برای حمل و نقل هوایی علاوه بر این، گارنت آلومینیوم ایتریم نانو دوپ شده با اکسید نئودیمیم نانو پرتو لیزر موج کوتاه تولید می کند که به طور گسترده برای جوشکاری و برش مواد نازک با ضخامت کمتر از 10 میلی متر در صنعت استفاده می شود. در بعد پزشکی، لیزر Nano-YAG دوپ شده با nano-Nd _ 2O _ 3 برای برداشتن زخم های جراحی یا ضد عفونی زخم ها به جای چاقوهای جراحی استفاده می شود. نانومتری اکسید نئودیمیم برای رنگ آمیزی شیشه و مواد سرامیکی، محصولات لاستیکی و مواد افزودنی نیز استفاده می شود.

نانوذرات اکسید ساماریوم (Sm2O3)

کاربردهای اصلی اکسید ساماریوم در اندازه نانو عبارتند از: اکسید ساماریوم در اندازه نانو به رنگ زرد روشن است که روی خازن ها و کاتالیزورهای سرامیکی اعمال می شود. علاوه بر این، اکسید ساماریم در اندازه نانو دارای خواص هسته‌ای است و می‌تواند به عنوان ماده ساختاری، مواد محافظ و مواد کنترلی راکتور انرژی اتمی استفاده شود تا انرژی عظیم تولید شده توسط شکافت هسته‌ای با خیال راحت مورد استفاده قرار گیرد. از نانوذرات اکسید یوروپیوم (Eu2O3) بیشتر در فسفر استفاده می شود. Eu3+ به عنوان فعال کننده فسفر قرمز و Eu2+ به عنوان فسفر آبی استفاده می شود. Y0O3:Eu3+ بهترین فسفر در راندمان نوری، پایداری پوشش، هزینه بازیابی و غیره است و به دلیل بهبود راندمان و کنتراست نوری به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. اخیراً، نانو اکسید یوروپیوم نیز به عنوان فسفر انتشار تحریک‌شده برای سیستم جدید تشخیص پزشکی اشعه ایکس استفاده می‌شود. اکسید نانو یوروپیوم همچنین می‌تواند برای ساخت لنزهای رنگی و فیلترهای نوری، برای دستگاه‌های ذخیره حباب مغناطیسی استفاده شود و همچنین می‌تواند استعدادهای خود را در مواد کنترلی، مواد محافظ و مواد ساختاری راکتورهای اتمی. ذرات ریز گادولینیم اکسید یوروپیوم (Y2O3:Eu3+) فسفر قرمز با استفاده از نانو اکسید ایتریم (Y2O3) و نانو اکسید یوروپیوم (Eu2O3) به عنوان مواد خام تهیه شد. هنگام استفاده از آن برای تهیه فسفر سه رنگ خاکی کمیاب، مشخص شد: (الف) می توان به خوبی و به طور یکنواخت با پودر سبز و پودر آبی مخلوط کرد. (ب) عملکرد پوشش خوب؛ ج) از آنجا که اندازه ذرات پودر قرمز کوچک است، سطح ویژه افزایش می یابد و تعداد ذرات درخشان افزایش می یابد، مقدار پودر قرمز در فسفرهای سه رنگ خاکی کمیاب را می توان کاهش داد و در نتیجه هزینه کمتری را به همراه داشت.

نانوذرات اکسید گادولینیوم (Gd2O3)

کاربردهای اصلی آن به شرح زیر است: 1. مجتمع پارامغناطیس محلول در آب آن می تواند سیگنال تصویربرداری NMR بدن انسان را در درمان پزشکی بهبود بخشد. 2. اکسید گوگرد پایه را می توان به عنوان شبکه ماتریس لوله اسیلوسکوپ و صفحه نمایش اشعه ایکس با روشنایی خاص استفاده کرد. 3. اکسید نانو گادولینیوم در گارنت گالیوم نانو گادولینیوم یک بستر منفرد ایده آل برای حافظه حباب مغناطیسی است. 4. هنگامی که محدودیت چرخه Camot وجود ندارد، می توان آن را به عنوان محیط خنک کننده مغناطیسی جامد استفاده کرد. 5. به عنوان یک بازدارنده برای کنترل سطح واکنش زنجیره ای نیروگاه های هسته ای برای اطمینان از ایمنی واکنش های هسته ای استفاده می شود. علاوه بر این، استفاده از اکسید نانو گادولینیوم و اکسید نانو لانتانیم برای تغییر ناحیه شیشه‌ای شدن و بهبود پایداری حرارتی شیشه مفید است. نانو اکسید گادولینیوم همچنین می‌تواند برای ساخت خازن‌ها و صفحه‌های تشدید کننده اشعه ایکس استفاده شود. در حال حاضر، جهان تلاش زیادی برای توسعه کاربرد نانو گادولینیم اکسید و آلیاژهای آن در تبرید مغناطیسی انجام می‌دهد و پیشرفت چشمگیری داشته است.

نانوذرات اکسید تربیوم (Tb4O7)

زمینه های اصلی کاربرد به شرح زیر است: 1. فسفرها به عنوان فعال کننده پودر سبز در فسفرهای سه رنگ استفاده می شوند، مانند ماتریس فسفات فعال شده توسط نانو اکسید تربیوم، ماتریس سیلیکات فعال شده توسط نانو اکسید تربیوم و نانو اکسید سریم منیزیم آلومینات فعال شده توسط ماتریکس تربیوم. اکسید که همگی در حالت برانگیخته نور سبز ساطع می کنند. 2. مواد ذخیره سازی مغناطیسی نوری، در سال های اخیر، مواد مغناطیسی نوری نانو اکسید تربیوم مورد تحقیق و توسعه قرار گرفته اند. دیسک مغناطیسی نوری ساخته شده از فیلم آمورف Tb-Fe به عنوان عنصر ذخیره سازی کامپیوتر استفاده می شود و ظرفیت ذخیره سازی را می توان 10 تا 15 برابر افزایش داد. 3. شیشه مغناطیسی نوری، شیشه فعال نوری فارادی حاوی نانومتر اکسید تربیوم، یک ماده کلیدی برای ساخت روتور، جداکننده، انولاتور است و به طور گسترده در فناوری لیزر استفاده می شود. در بسیاری از زمینه ها مانند سیستم تزریق سوخت، کنترل سوپاپ مایع، موقعیت یابی میکرو، محرک مکانیکی، مکانیسم و تنظیم کننده بال تلسکوپ فضایی هواپیما استفاده می شود. کاربردهای اصلی نانو اکسید دیسپروزیم Dy2O3 عبارتند از: 1. اکسید نانو دیسپروزیم به عنوان فعال کننده فسفر استفاده می شود و اکسید نانو دیسپروزیم سه ظرفیتی یک یون فعال کننده امیدوار کننده از مواد شب تاب سه رنگ با یک مرکز درخشان است. عمدتاً از دو نوار گسیلی تشکیل شده است، یکی تابش نور زرد، دیگری تابش نور آبی است، و مواد شب تاب دوپ شده با اکسید نانو دیسپروزیم می توانند به عنوان فسفرهای سه رنگ استفاده شوند. نانومتری اکسید دیسپروزیم یک ماده خام فلزی ضروری برای تهیه آلیاژ ترفنول با آلیاژ مغناطیسی بزرگ نانو اکسید تربیوم و اکسید نانو دیسپروزیم است که می تواند برخی از فعالیت های دقیق حرکت مکانیکی را انجام دهد. 3. فلز اکسید دیسپروزیم نانومتری را می توان به عنوان ماده ذخیره سازی مغناطیسی نوری با سرعت ضبط بالا و حساسیت خواندن استفاده کرد. 4. برای تهیه لامپ نانومتری اکسید دیسپروزیم استفاده می شود. ماده کار مورد استفاده در لامپ نانو اکسید دیسپروزیم، نانو اکسید دیسپروزیم است که دارای مزایای روشنایی بالا، رنگ خوب، دمای رنگ بالا، اندازه کوچک و قوس پایدار است و به عنوان منبع نور برای فیلم و چاپ استفاده می شود. 5. نانومتری اکسید دیسپروزیم برای اندازه گیری طیف انرژی نوترون یا به عنوان جاذب نوترون در صنعت انرژی اتمی به دلیل سطح مقطع بزرگ جذب نوترون استفاده می شود.

Ho _ 2O _ 3 نانومتر

کاربردهای اصلی نانو اکسید هولمیوم به شرح زیر است: 1. لامپ هالوژن فلزی به عنوان افزودنی لامپ هالوژن فلزی نوعی لامپ تخلیه گاز است که بر اساس لامپ جیوه ای پرفشار ساخته شده است و ویژگی آن که لامپ با هالیدهای خاکی کمیاب مختلف پر شده است. در حال حاضر، یدیدهای کمیاب خاکی عمدتاً مورد استفاده قرار می‌گیرند که خطوط طیفی متفاوتی را هنگام تخلیه گاز منتشر می‌کنند. ماده عامل مورد استفاده در لامپ اکسید هولمیوم نانو یدید اکسید هولمیوم است که می‌تواند غلظت اتم فلز بالاتری را در ناحیه قوس به دست آورد. راندمان تابش را تا حد زیادی بهبود می بخشد. 2. نانومتری اکسید هولمیوم را می توان به عنوان افزودنی آهن ایتریم یا گارنت آلومینیوم ایتریوم استفاده کرد. 3. نانو اکسید هولمیوم را می توان به عنوان گارنت آلومینیوم ایتریم آهن (Ho:YAG) استفاده کرد که می تواند لیزر 2μm ساطع کند و نرخ جذب بافت انسانی به لیزر 2μm بالا است. تقریباً سه مرتبه بزرگتر از Hd است: YAG0. بنابراین، هنگام استفاده از لیزر Ho:YAG برای عملیات پزشکی، نه تنها می تواند کارایی و دقت عملیات را بهبود بخشد، بلکه ناحیه آسیب حرارتی را به اندازه کوچکتر کاهش می دهد. پرتو آزاد تولید شده توسط کریستال نانو اکسید هولمیوم می تواند چربی را بدون ایجاد گرمای بیش از حد از بین ببرد و در نتیجه آسیب حرارتی ناشی از بافت های سالم را کاهش دهد. گزارش شده است که درمان گلوکوم با لیزر نانومتری اکسید هولمیوم در ایالات متحده می تواند درد را کاهش دهد. عمل جراحی. 4. در آلیاژ مغناطیسی ترفنول-D، مقدار کمی از اکسید هولمیوم در اندازه نانو نیز می تواند اضافه شود تا میدان خارجی مورد نیاز برای مغناطش اشباع آلیاژ کاهش یابد. علاوه بر این می توان از فیبر نوری دوپ شده با نانو اکسید هولمیوم برای ساخت وسایل ارتباطی نوری مانند لیزر فیبر نوری، تقویت کننده فیبر نوری، سنسور فیبر نوری و ... استفاده کرد که نقش مهم تری در ارتباطات سریع فیبر نوری امروزی ایفا خواهد کرد.

نانومتر اکسید ایتریم (Y2O3)

کاربردهای اصلی نانو اکسید ایتریم به شرح زیر است: 1. مواد افزودنی برای فولاد و آلیاژهای غیر آهنی. آلیاژ FeCr معمولاً حاوی 0.5٪ تا 4٪ نانو اکسید ایتریم است که می تواند مقاومت اکسیداسیون و شکل پذیری این فولادهای ضد زنگ را افزایش دهد پس از افزودن مقدار مناسب خاک کمیاب مخلوط غنی از نانومتر اکسید ایتریم به آلیاژ MB26، خواص جامع آلیاژ به وضوح مشخص شد. دیروز بهبود یافته است، می تواند جایگزین برخی از آلیاژهای آلومینیوم متوسط و قوی برای اجزای تحت فشار هواپیما شود. افزودن مقدار کمی خاک کمیاب نانو اکسید ایتریم به آلیاژ Al-Zr می تواند رسانایی آلیاژ را بهبود بخشد. این آلیاژ توسط اکثر کارخانه های سیم در چین پذیرفته شده است. برای بهبود رسانایی و استحکام مکانیکی، نانو اکسید ایتریم به آلیاژ مس اضافه شد. 2. مواد سرامیکی نیترید سیلیکون حاوی 6٪ نانو اکسید ایتریم و 2٪ آلومینیوم. می توان از آن برای توسعه قطعات موتور استفاده کرد. 3. حفاری، برش، جوشکاری و سایر پردازش های مکانیکی بر روی قطعات در مقیاس بزرگ با استفاده از پرتو لیزر گارنت آلومینیوم اکسید نئودیمیم نانو با توان 400 وات انجام می شود. 4. صفحه نمایش میکروسکوپ الکترونی متشکل از تک کریستال گارنت Y-A دارای روشنایی فلورسانس بالا، جذب کم نور پراکنده، و مقاومت در برابر دمای بالا و مقاومت در برابر سایش مکانیکی است. آلیاژ ساختار اکسید ایتریم نانو بالا حاوی 90 درصد نانو اکسید گادولینیوم را می توان برای حمل و نقل هوایی و موارد دیگر که به چگالی کم و نقطه ذوب بالا نیاز دارند، استفاده کرد. 6. مواد رسانای پروتون با دمای بالا حاوی 90% نانو اکسید ایتریم برای تولید سلول های سوختی، سلول های الکترولیتی و حسگرهای گاز که به حلالیت هیدروژن بالا نیاز دارند، اهمیت زیادی دارند. علاوه بر این، نانو اکسید ایتریم به عنوان ماده مقاوم در برابر پاشش در دمای بالا، رقیق کننده سوخت راکتور اتمی، افزودنی مواد مغناطیس دائم و گیرنده در صنایع الکترونیک نیز استفاده می شود.

علاوه بر موارد فوق، نانو اکسیدهای خاکی کمیاب نیز می توانند در مواد لباس برای مراقبت از سلامت انسان و حفاظت از محیط زیست استفاده شوند. از واحدهای تحقیقاتی فعلی، همه آنها جهت های خاصی دارند: تابش ضد اشعه ماوراء بنفش. آلودگی هوا و اشعه ماوراء بنفش مستعد ابتلا به بیماری های پوستی و سرطان پوست هستند. پیشگیری از آلودگی چسبیدن آلاینده ها به لباس را دشوار می کند. از آنجایی که چرم سخت و آسان پیر می شود، در روزهای بارانی بیشتر مستعد کپک زدن است. چرم را می توان با سفید کردن با اکسید سریم خاک کمیاب نانو نرم کرد که به راحتی پیر نمی شود و کپک زدگی می کند و پوشیدن آن راحت است. در سال‌های اخیر، مواد نانو پوشش نیز مورد توجه تحقیقات نانو مواد قرار گرفته‌اند و تحقیقات اصلی بر روی پوشش‌های کاربردی متمرکز است. Y2O3 با 80 نانومتر در ایالات متحده می تواند به عنوان پوشش محافظ مادون قرمز استفاده شود. راندمان انعکاس گرما بسیار بالا است. CeO2 دارای ضریب شکست بالا و پایداری بالایی است. هنگامی که نانو اکسید ایتریوم خاکی کمیاب، نانو اکسید لانتانیم و پودر نانو اکسید سریم به پوشش اضافه می شود، دیوار بیرونی می تواند در برابر پیری مقاومت کند، زیرا پوشش دیوار بیرونی به راحتی پیر می شود و می ریزد زیرا رنگ در معرض نور خورشید و اشعه ماوراء بنفش قرار می گیرد. برای مدت طولانی می تواند در برابر اشعه ماوراء بنفش پس از افزودن اکسید سریم و اکسید ایتریم مقاومت کند. علاوه بر این، اندازه ذرات آن بسیار کوچک است و از نانو اکسید سریم به عنوان جاذب اشعه ماوراء بنفش استفاده می شود که انتظار می رود از آن برای جلوگیری از پیری پلاستیک استفاده شود. محصولات ناشی از تابش اشعه ماوراء بنفش، مخازن، خودروها، کشتی ها، مخازن ذخیره نفت و غیره، که می توانند به بهترین وجه از بیلبوردهای بزرگ در فضای باز محافظت کنند و از کپک زدن، رطوبت و آلودگی برای پوشش های دیوار داخلی جلوگیری کنند. به دلیل اندازه ذرات کوچک آن، گرد و غبار به راحتی به دیوار نمی چسبد و می توان آن را با آب تمیز کرد. هنوز کاربردهای زیادی از نانو اکسیدهای خاکی کمیاب برای تحقیق و توسعه بیشتر وجود دارد و ما صمیمانه امیدواریم که آینده درخشان تری داشته باشد.