Nanometriset harvinaisten maametallien materiaalit, uusi voima teollisessa vallankumouksessa

Nanometriset harvinaisten maametallien materiaalit, uusi voima teollisessa vallankumouksessa

Nanoteknologia on uusi monitieteinen ala, jota kehitettiin vähitellen 1980-luvun lopulla ja 1990-luvun alussa. Koska sillä on suuret mahdollisuudet luoda uusia tuotantoprosesseja, uusia materiaaleja ja uusia tuotteita, se käynnistää uuden teollisen vallankumouksen uudella vuosisadalla. Nanotieteen ja nanoteknologian nykyinen kehitystaso on samanlainen kuin tietokone- ja tietotekniikan 1950-luvulla. Useimmat tälle alalle sitoutuneet tutkijat ennustavat, että nanoteknologian kehityksellä on laaja ja kauaskantoinen vaikutus moniin teknologian näkökohtiin. Tutkijat uskovat, että sillä on outoja ominaisuuksia ja ainutlaatuinen suorituskyky, tärkeimmät rajoitusvaikutukset, jotka johtavat nanoharvinaisten maametallien oudoihin ominaisuuksiin, ovat spesifinen pintavaikutus, pienikokoinen vaikutus, rajapintavaikutus, läpinäkyvyysvaikutus, tunneliefekti ja makroskooppinen kvanttiefekti. Nämä vaikutukset tekevät nanojärjestelmän fysikaalisista ominaisuuksista erilaisia ​​kuin perinteisten materiaalien valossa, sähkössä, lämmössä ja magnetismissa ja tarjoavat monia uusia ominaisuuksia.Tulevaisuudessa tutkijoilla on kolme pääsuuntaa nanoteknologian tutkimukseen ja kehittämiseen: valmistelu ja soveltaminen nanomateriaaleista erinomaisella suorituskyvyllä; Suunnittele ja valmistele erilaisia ​​nanolaitteita ja -laitteita; Nanoalueiden ominaisuuksien havaitseminen ja analysointi. Tällä hetkellä nanoharvinaisilla maametallilla on pääasiassa seuraavat käyttösuunnat, ja sen sovellusta on kehitettävä edelleen tulevaisuudessa.

Lantaanioksidin nanometri (La2O3)

Nanometrilantaanioksidia levitetään pietsosähköisiin materiaaleihin, sähkötermisiin materiaaleihin, lämpösähköisiin materiaaleihin, magneettiresistanssimateriaaleihin, luminoiviin materiaaleihin (sininen jauhe), vedyn varastointimateriaaleihin, optiseen lasiin, lasermateriaaleihin, erilaisiin seosmateriaaleihin, katalyytteihin orgaanisten kemiallisten tuotteiden valmistukseen ja neutralointikatalyytteihin autojen pakokaasujen ja valokonversioiden maatalouskalvoja käytetään myös nanometrin lantaanioksidiin.

Nanometri ceriumoksidi (CeO2)

Nanoceriumoksidin pääasialliset käyttötarkoitukset ovat seuraavat: 1. Lasin lisäaineena nanoceriumoksidi voi absorboida ultraviolettisäteitä ja infrapunasäteitä, ja sitä on käytetty autolasiin. Se ei voi vain estää ultraviolettisäteitä, vaan myös vähentää lämpötilaa auton sisällä, mikä säästää sähköä ilmastointiin. 2. Nano ceriumoksidin käyttö autojen pakokaasujen puhdistuskatalysaattorissa voi tehokkaasti estää suuren määrän autojen pakokaasua pääsemästä ilmaan.3. Nano-seriumoksidia voidaan käyttää pigmentissä muovien värjäämiseen, ja sitä voidaan käyttää myös päällystys-, muste- ja paperiteollisuudessa. 4. Nano-seriumoksidin käyttö kiillotusmateriaaleissa on laajalti tunnustettu korkean tarkkuuden vaatimuksena piikiekkojen ja safiiri-yksikidealustojen kiillotuksessa.5. Lisäksi nanoceriumoksidia voidaan käyttää myös vedyn varastointimateriaaleihin, lämpösähköisiin materiaaleihin, nanoceriumoksidivolframielektrodeihin, keraamisiin kondensaattoreihin, pietsosähköiseen keramiikkaan, nanoceriumoksidipiikarbidihioma-aineisiin, polttokennoraaka-aineisiin, bensiinikatalyytteihin, joihinkin kestomagneettisiin materiaaleihin, erilaiset seosteräkset ja ei-rautametallit jne.

Nanometrinen praseodyymioksidi (Pr6O11)

Nanometrisen praseodyymioksidin pääkäytöt ovat seuraavat: 1. Sitä käytetään laajalti rakennuskeramiikassa ja päivittäisessä käytössä olevassa keramiikassa. Sitä voidaan sekoittaa keraamiseen lasitteeseen värillisenä lasitteena, ja sitä voidaan käyttää myös yksinään aluspinnan pigmenttinä. Valmistettu pigmentti on vaaleankeltaista puhtaan ja tyylikkään sävyisenä. 2. Sitä käytetään kestomagneettien valmistukseen ja sitä käytetään laajasti erilaisissa elektronisissa laitteissa ja moottoreissa. 3. Sitä käytetään öljyn katalyyttiseen krakkaukseen. Katalyysin aktiivisuutta, selektiivisyyttä ja stabiilisuutta voidaan parantaa. 4. Nanopraseodyymioksidia voidaan käyttää myös hankaavaan kiillotukseen. Lisäksi nanometrisen praseodyymioksidin käyttö optisten kuitujen alalla on yhä laajempaa.

Nanometri neodyymioksidi (Nd2O3)

Nanometrineodyymioksidista on tullut kuuma piste markkinoilla useiden vuosien ajan ainutlaatuisen asemansa vuoksi harvinaisten maametallien alalla. Nanoneodyymioksidia käytetään myös ei-rautapitoisiin materiaaleihin. 1,5–2,5 % nanoneodyymioksidin lisääminen magnesium- tai alumiiniseokseen voi parantaa seoksen suorituskykyä korkeissa lämpötiloissa, ilmatiiviyttä ja korroosionkestävyyttä, ja sitä käytetään laajalti ilmailuna. materiaalia lentokäyttöön. Lisäksi nano-yttrium-alumiinigranaatti, joka on seostettu nano-neodyymioksidilla, tuottaa lyhytaaltoisen lasersäteen, jota käytetään laajalti ohuiden, alle 10 mm paksujen materiaalien hitsaukseen ja leikkaamiseen teollisuudessa. Lääketieteellisellä puolella nano-Nd _ 2O _ 3:lla seostettua Nano-YAG laseria käytetään kirurgisten haavojen poistamiseen tai haavojen desinfiointiin kirurgisten veitsien sijaan. Nanometria neodyymioksidia käytetään myös lasin ja keraamisten materiaalien, kumituotteiden ja lisäaineiden värjäämiseen.

Samariumoksidin nanohiukkaset (Sm2O3)

Nanokokoisen samariumoksidin pääasialliset käyttötarkoitukset ovat: nanokokoinen samariumoksidi on vaaleankeltainen, jota käytetään keraamisiin kondensaattoreihin ja katalyytteihin. Lisäksi nanokokoisella samariumoksidilla on ydinominaisuuksia, ja sitä voidaan käyttää atomienergiareaktorin rakennemateriaalina, suojamateriaalina ja ohjausmateriaalina, jotta ydinfission tuottamaa valtavaa energiaa voidaan käyttää turvallisesti. Europiumoksidinanohiukkasia (Eu2O3) käytetään enimmäkseen loisteaineina. Eu3+:aa käytetään punaisen loisteaineen aktivaattorina ja Eu2+:aa sinisenä loisteaineena. Y0O3:Eu3+ on paras loisteaine valotehokkuudessa, pinnoitteen stabiilisuudessa, talteenottokustannuksissa jne., ja sitä käytetään laajalti valotehokkuuden ja kontrastin parantamisen vuoksi. Viime aikoina nanoeuropiumoksidia on käytetty myös stimuloituneena emissioloisteaineena uudessa lääketieteellisessä röntgendiagnostiikkajärjestelmässä. Nanoeuropiumoksidia voidaan käyttää myös värillisten linssien ja optisten suodattimien valmistukseen, magneettikuplien säilytyslaitteisiin, ja se voi myös näyttää kykynsä atomireaktorien ohjausmateriaalit, suojamateriaalit ja rakennemateriaalit. Hienohiukkasista gadoliniumeuropiumoksidia (Y2O3:Eu3+) olevaa punaista loisteainetta valmistettiin käyttämällä raaka-aineina nano-yttriumoksidia (Y2O3) ja nanoeuropiumoksidia (Eu2O3). Kun sitä käytettiin harvinaisten maametallien kolmivärisen loisteaineen valmistukseen, havaittiin, että:(a) voidaan sekoittaa hyvin ja tasaisesti vihreän ja sinisen jauheen kanssa; (b) Hyvä pinnoitteen suorituskyky; (c) Koska punaisen jauheen hiukkaskoko on pieni, ominaispinta-ala kasvaa ja luminoivien hiukkasten määrä kasvaa, punaisen jauheen määrää harvinaisten maametallien kolmiväriloisteaineissa voidaan vähentää, mikä johtaa alhaisempiin kustannuksiin.

Gadoliinioksidin nanohiukkaset (Gd2O3)

Sen pääasialliset käyttötarkoitukset ovat seuraavat: 1. Sen vesiliukoinen paramagneettinen kompleksi voi parantaa ihmiskehon NMR-kuvaussignaalia lääketieteellisessä hoidossa. 2. Perusrikkioksidia voidaan käyttää oskilloskooppiputken ja röntgennäytön matriisiverkkona erityisellä kirkkaudella. 3. Nanogadoliniumoksidi galliumgranaattinano-gadoliinissa on ihanteellinen yksittäinen substraatti magneettikuplamuistiin. 4. Kun Camot-syklin rajaa ei ole, sitä voidaan käyttää kiinteänä magneettisena jäähdytysaineena. 5. Sitä käytetään estäjänä ohjaamaan ydinvoimalaitosten ketjureaktiotasoa ydinreaktioiden turvallisuuden varmistamiseksi. Lisäksi nano-gadoliniumoksidin ja nano-lantaanioksidin käyttö auttaa muuttamaan lasitusaluetta ja parantamaan lasin lämpöstabiilisuutta. Nanogadoliniumoksidia voidaan käyttää myös kondensaattoreiden ja röntgensäteitä tehostavien näyttöjen valmistukseen. Tällä hetkellä maailma pyrkii kehittämään nano-gadoliniumoksidin ja sen seosten soveltamista magneettiseen jäähdytykseen, ja se on edistynyt läpimurtoasioissa

Terbiumoksidinanohiukkaset (Tb4O7)

Tärkeimmät sovellusalueet ovat seuraavat: 1. Fosforeja käytetään vihreän jauheen aktivaattoreina kolmivärisissä loisteaineissa, kuten nanoterbiumoksidilla aktivoitu fosfaattimatriisi, nanoterbiumoksidilla aktivoitu silikaattimatriisi ja nanoterbiumoksidilla aktivoitu nanoceriumoksidi magnesiumaluminaattimatriisi oksideja, jotka kaikki säteilevät vihreää valoa virittyneessä tilassa. 2. Magneto-optiset säilytysmateriaalit, Viime vuosina nano-terbiumoksidin magneto-optisia materiaaleja on tutkittu ja kehitetty. Tb-Fe amorfisesta kalvosta valmistettua magneto-optista levyä käytetään tietokoneen tallennuselementtinä, ja tallennuskapasiteettia voidaan lisätä 10-15 kertaa. 3. Magneto-optinen lasi, Faradayn optisesti aktiivinen lasi, joka sisältää nanometrin terbiumoksidia, on avainmateriaali rotaattorien, isolaattorien, anulaattorien valmistuksessa ja sitä käytetään laajalti lasertekniikassa. Nanometriterbiumoksidin nanometrin dysprosiumoksidia käytetään pääasiassa kaikuluotaimissa, ja sitä on käytetty laajalti käytetään monilla aloilla, kuten polttoaineen ruiskutusjärjestelmä, nesteventtiilin ohjaus, mikro-asento, mekaaninen toimilaite, mekanismi ja lentokoneen avaruusteleskoopin siipesäädin.

Nanodysprosiumoksidi Dy2O3

Dy2O3-nano-dysprosiumoksidin tärkeimmät käyttötarkoitukset ovat:1. Nano-dysprosiumoksidia käytetään fosforin aktivaattorina, ja kolmiarvoinen nano-dysprosiumoksidi on lupaava aktivoiva ioni kolmivärisistä luminoivista materiaaleista, joissa on yksi luminoiva keskus. Se koostuu pääosin kahdesta emissiokaistasta, joista toinen on keltaisen valon emissio, toinen on sinistä valoa, ja luminoivia materiaaleja, jotka on seostettu nano-dysprosiumoksidilla, voidaan käyttää kolmivärisinä loisteaineina.2. Nanometrinen dysprosiumoksidi on välttämätön metalliraaka-aine valmistettaessa Terfenol-seosta suuren magnetostriktiivisen lejeerinkin kanssa nano-terbiumoksidilla ja nano-dysprosiumoksidilla, joka voi toteuttaa joitain tarkkoja mekaanisen liikkeen toimintoja. 3. Nanometriä dysprosiumoksidimetallia voidaan käyttää magneto-optisena tallennusmateriaalina, jolla on suuri tallennusnopeus ja lukuherkkyys. 4. Käytetään nanometrin dysprosiumoksidilampun valmistukseen. Nano-dysprosiumoksidilampussa käytetty työaine on nano-dysprosiumoksidi, jonka etuna on korkea kirkkaus, hyvä väri, korkea värilämpötila, pieni koko ja vakaa kaari. käytetään valonlähteenä elokuvissa ja tulostuksessa. 5. Nanometrillä varustettua dysprosiumoksidia käytetään neutronien energiaspektrin mittaamiseen tai neutronien absorboijana atomienergiateollisuudessa sen suuren neutronien sieppauspoikkipinta-alan vuoksi.

Ho2O3 nanometri

Nanoholmiumoksidin pääasialliset käyttötarkoitukset ovat seuraavat: 1. Metallihalogeenilampun lisäaineena metallihalogeenilamppu on eräänlainen kaasupurkauslamppu, joka on kehitetty korkeapaineisen elohopealampun pohjalta ja jonka ominaisuus on että sipuli on täynnä erilaisia ​​harvinaisten maametallien halogenideja. Tällä hetkellä käytetään pääasiassa harvinaisten maametallien jodeja, jotka lähettävät erilaisia ​​spektriviivoja kaasupurkauksissa. Nanoholmiumoksidilampussa käytettävä työaine on nano-holmiumoksidijodidi, jolla voidaan saada korkeampi metalliatomipitoisuus kaarivyöhykkeellä, jolloin parantaa huomattavasti säteilytehoa. 2. Nanometriholmiumoksidia voidaan käyttää yttriumraudan tai yttrium-alumiinigranaatin lisäaineena; 3. Nanoholmiumoksidia voidaan käyttää yttriumrauta-alumiinigranaattina (Ho:YAG), joka voi lähettää 2 μm laseria, ja ihmiskudoksen absorptionopeus 2 μm laseriin on korkea. Se on lähes kolme suuruusluokkaa korkeampi kuin Hd: YAG0. Siksi, kun Ho:YAG-laseria käytetään lääketieteelliseen käyttöön, se ei voi vain parantaa toiminnan tehokkuutta ja tarkkuutta, vaan myös pienentää lämpövaurioalueen pienempään kokoon. Nanoholmiumoksidikiteen tuottama vapaa säde voi poistaa rasvaa tuottamatta liiallista lämpöä, mikä vähentää terveiden kudosten aiheuttamia lämpövaurioita. On raportoitu, että glaukooman hoito nanometrin holmiumoksidilaserilla Yhdysvalloissa voi vähentää kipua leikkaus. 4. Magnetostriktiiviseen seokseen Terfenol-D voidaan lisätä myös pieni määrä nanokokoista holmiumoksidia vähentämään seoksen kyllästysmagnetoitumiseen vaadittavaa ulkoista kenttää.5. Lisäksi nano-holmiumoksidilla seostettua optista kuitua voidaan käyttää optisten viestintälaitteiden, kuten valokuitulaserien, optisten kuituvahvistimien, valokuituanturien jne. valmistukseen. Sillä tulee olemaan entistä tärkeämpi rooli nykypäivän nopeassa valokuituviestinnässä.

Nanoerbium(III)oksidi

Tärkeimmät käyttötarkoitukset ovat:

1. Nanometrisen Erbium(III)oksidin valoemissio aallonpituudella 1550 nm on erityisen tärkeä, koska tämä aallonpituus on täsmälleen kuituoptisen viestinnän optisen kuidun pienin häviö. Valon virittämisen jälkeen aallonpituudella 980 nm ja 1480 nm nanometrinen Erbium(III)oksidi-ioni siirtyy perustilasta 4115/2 korkeaenergiseen tilaan 4113/2. Kun Er3+ suuren energian tilassa siirtyy takaisin perustilaan, se lähettää valoa aallonpituudella 1550 nm. Kvartsikuitu voi lähettää valoa eri aallonpituuksilla, mutta erilaiset optiset vaimennussuhteet vaihtelevat, ja 1550 nm:n taajuuskaistalla on alhaisin optinen vaimennusnopeus (0,15 desibeliä kilometriä kohden) kvartsikuidun lähetyksessä, mikä on lähes vaimennusnopeuden alaraja. Siksi, kun valokuituviestintää käytetään signaalivalona 1550 nm:ssä, valohäviö on minimoitu. Tällä tavalla, jos sopiva pitoisuus nano Erbium(III)oksidia seostetaan sopivaan matriisiin, vahvistin voi kompensoida viestintäjärjestelmän häviön laserperiaatteen mukaisesti. Siksi tietoliikenneverkossa, jonka on vahvistettava 1550 nm:n optista signaalia, nano Erbium(III)oksidilla seostettu kuituvahvistin on välttämätön optinen laite. Tällä hetkellä nano Erbium(III)oksidilla seostettu piidioksidikuituvahvistin on kaupallistettu. On raportoitu, että turhan absorption välttämiseksi nano Erbium(III)-oksidin dopingmäärä kuidussa on kymmeniä - satoja ppm. Optisen kuituviestinnän nopea kehitys avaa nano Erbium(III)oksidille uuden sovellusalueen.

2. Nanometrisellä Erbium(III)oksidilla seostettu laserkide ja sen 1730 nm laser- ja 1550 nm laserlähtö ovat turvallisia ihmissilmille, niillä on hyvä ilmakehän siirtokyky, vahva savunläpäisykyky taistelukentälle, hyvä luottamuksellisuus, ei ole helppo olla vihollinen havaitsee, ja niillä on suuri kontrasti sotilaallisia kohteita valaettaessa. Sotilaskäyttöön on tehty kannettava laseretäisyysmittari, joka on turvallinen ihmissilmälle.

3. Nanometri Erbium(III)oksidia voidaan lisätä lasiin harvinaisten maametallien lasilasermateriaalin valmistamiseksi, joka on kiinteä lasermateriaali, jolla on suurin lähtöpulssienergia ja suurin lähtöteho tällä hetkellä.

4. Nanometri Erbium(III)oksidia voidaan käyttää myös harvinaisten maametallien ylösmuuntolasermateriaalien aktivointiionina.

5. Nanometri Erbium(III)oksidia voidaan käyttää myös silmälasien ja kidelasien värinpoistoon ja värjäämiseen.

Nanometri yttriumoksidi (Y2O3)

Nano-yttriumoksidin pääasialliset käyttötarkoitukset ovat seuraavat: 1. Teräksen ja ei-rautametalliseosten lisäaineet. FeCr-seos sisältää tavallisesti 0,5–4 % nano-yttriumoksidia, mikä voi parantaa näiden ruostumattomien terästen hapettumisenkestävyyttä ja sitkeyttä Kun MB26-seokseen oli lisätty sopiva määrä sekoitettua harvinaista maametallia, jossa on runsaasti nanometrin yttriumoksidia, seoksen kattavat ominaisuudet olivat selvästikin parannettu eilen, se voi korvata joitain keskikokoisia ja vahvoja alumiiniseoksia lentokoneiden rasittaville osille; Pienen määrän nano-yttriumoksidiharvinaisen maametallin lisääminen Al-Zr-seokseen voi parantaa seoksen johtavuutta; Suurin osa Kiinan lankatehtaista on ottanut metalliseoksen käyttöön. Nano-yttriumoksidia lisättiin kupariseokseen johtavuuden ja mekaanisen lujuuden parantamiseksi. 2. Keraaminen piinitridimateriaali, joka sisältää 6 % nano-yttriumoksidia ja 2 % alumiinia. Sitä voidaan käyttää moottorin osien kehittämiseen. 3. Poraus, leikkaus, hitsaus ja muut mekaaniset työstötyöt suoritetaan laajamittaisille komponenteille käyttämällä nanoneodyymioksidialumiinigranaattilaserisädettä, jonka teho on 400 wattia. 4. Y-Al-granaattiyksikiteestä koostuvalla elektronimikroskoopin näytöllä on korkea fluoresenssin kirkkaus, pieni hajavalon absorptio ja hyvä korkean lämpötilan kestävyys ja mekaaninen kulumiskestävyys. Korkean nanotason yttriumoksidirakennelejeerinki, joka sisältää 90 % nanogadoliinioksidia, voidaan käyttää ilmailussa ja muissa tilanteissa, joissa vaaditaan alhainen tiheys ja korkea sulamispiste. 6. Korkean lämpötilan protoneja johtavilla materiaaleilla, jotka sisältävät 90 % nano-yttriumoksidia, on suuri merkitys korkeaa vetylukoisuutta vaativien polttokennojen, elektrolyyttikennojen ja kaasuanturien valmistuksessa. Lisäksi nano-yttriumoksidia käytetään myös korkean lämpötilan ruiskutuksenkestävänä materiaalina, atomireaktorin polttoaineen laimentimena, kestomagneettimateriaalin lisäaineena ja sitojana elektroniikkateollisuudessa.

Edellä mainittujen lisäksi harvinaisten maametallien nanooksideja voidaan käyttää myös vaatetusmateriaaleissa ihmisten terveydenhuoltoon ja ympäristönsuojeluun. Nykyisistä tutkimusyksiköistä niillä kaikilla on tietyt suunnat: ultraviolettisäteilyä estävä; Ilmansaasteet ja ultraviolettisäteily ovat alttiita ihosairauksille ja ihosyöville; Saastumisen ehkäiseminen vaikeuttaa saasteiden tarttumista vaatteisiin; Sitä tutkitaan myös lämpösäilyvyyden suuntaan. Koska nahka on kovaa ja helposti ikääntyvää, se on alttiimmin homeelle sadepäivinä. Nahkaa voidaan pehmentää valkaisemalla nanoharvinaisen maametallin ceriumoksidilla, joka ei ole helppo vanhentua ja homehtua, ja se on mukava käyttää. Nanopinnoitemateriaalit ovat viime vuosina olleet myös nanomateriaalitutkimuksen painopisteenä, ja päätutkimus keskittyy toiminnallisiin pinnoitteisiin. Y2O3:a 80nm Yhdysvalloissa voidaan käyttää infrapunasuojapinnoitteena. Heijastavan lämmön tehokkuus on erittäin korkea. CeO2:lla on korkea taitekerroin ja korkea stabiilisuus. Kun pinnoitteeseen lisätään harvinaisen maametallin nano-yttriumoksidia, nanolantaanioksidia ja nanoceriumoksidijauhetta, ulkoseinä kestää ikääntymistä, koska ulkoseinäpinnoite on helppo vanhentua ja irtoaa, koska maali altistuu auringonvalolle ja ultraviolettisäteille. pitkään, ja se kestää ultraviolettisäteitä ceriumoksidin ja yttriumoksidin lisäämisen jälkeen. Lisäksi sen hiukkaskoko on hyvin pieni, ja nanoceriumoksidia käytetään ultraviolettisäteilyn absorboijana, jota odotetaan käytettävän muovin ikääntymisen estämiseen. Ultraviolettisäteilystä johtuvat tuotteet, säiliöt, autot, laivat, öljysäiliöt jne., jotka voivat parhaiten suojata ulkona olevia suuria mainostauluja ja estää hometta, kosteutta ja saastumista sisäseinien pinnoitteissa. Pienen hiukkaskoonsa vuoksi pölyä ei ole helppo tarttua seinään. Ja se voidaan puhdistaa vedellä. Harvinaisten maametallien nanooksidien käyttötarkoituksia on edelleen monia tutkittavana ja kehitettävänä, ja toivomme vilpittömästi, että sillä on loistava tulevaisuus.