Les matériaux nanométriques de terres rares, une nouvelle force dans la révolution industrielle

Les matériaux nanométriques de terres rares, une nouvelle force dans la révolution industrielle

La nanotechnologie est un nouveau domaine interdisciplinaire progressivement développé à la fin des années 1980 et au début des années 1990. Parce qu'elle a un grand potentiel pour créer de nouveaux processus de production, de nouveaux matériaux et de nouveaux produits, elle déclenchera une nouvelle révolution industrielle au cours du nouveau siècle. Le niveau de développement actuel des nanosciences et des nanotechnologies est similaire à celui de l'informatique et des technologies de l'information dans les années 1950. La plupart des scientifiques engagés dans ce domaine prédisent que le développement de la nanotechnologie aura un impact considérable sur de nombreux aspects de la technologie. Les scientifiques pensent qu'il possède des propriétés étranges et des performances uniques.Les principaux effets de confinement qui conduisent aux propriétés étranges des nanomatériaux de terres rares sont l'effet de surface spécifique, l'effet de petite taille, l'effet d'interface, l'effet de transparence, l'effet tunnel et l'effet quantique macroscopique. Ces effets rendent les propriétés physiques du nanosystème différentes de celles des matériaux conventionnels en matière de lumière, d'électricité, de chaleur et de magnétisme, et présentent de nombreuses caractéristiques nouvelles. À l'avenir, les scientifiques auront trois orientations principales pour rechercher et développer la nanotechnologie : la préparation et l'application. de nanomatériaux aux excellentes performances ; Concevoir et préparer divers nanodispositifs et équipements ; Détecter et analyser les propriétés des nano-régions. À l'heure actuelle, les nanoterres rares ont principalement les directions d'application suivantes, et leur application doit être développée davantage à l'avenir.

Oxyde de lanthane nanométrique (La2O3)

L'oxyde de lanthane nanométrique est appliqué aux matériaux piézoélectriques, aux matériaux électrothermiques, aux matériaux thermoélectriques, aux matériaux magnétorésistance, aux matériaux luminescents (poudre bleue), aux matériaux de stockage d'hydrogène, au verre optique, aux matériaux laser, à divers matériaux d'alliage, aux catalyseurs pour la préparation de produits chimiques organiques et aux catalyseurs pour la neutralisation. les gaz d'échappement des automobiles et les films agricoles de conversion de la lumière sont également appliqués à l'oxyde de lanthane nanométrique.

Oxyde de cérium nanométrique (CeO2)

Les principales utilisations du nano-oxyde de cérium sont les suivantes : 1. En tant qu'additif pour le verre, le nano-oxyde de cérium peut absorber les rayons ultraviolets et les rayons infrarouges et a été appliqué au verre automobile. Il peut non seulement empêcher les rayons ultraviolets, mais également réduire la température à l'intérieur de la voiture, économisant ainsi de l'électricité pour la climatisation. 2. L'application de nanooxyde de cérium dans le catalyseur de purification des gaz d'échappement des automobiles peut empêcher efficacement qu'une grande quantité de gaz d'échappement des automobiles ne soit rejetée dans l'air.3. L'oxyde de nano-cérium peut être utilisé dans les pigments pour colorer les plastiques, ainsi que dans les industries du revêtement, de l'encre et du papier. 4. L'application du nanooxyde de cérium dans les matériaux de polissage a été largement reconnue comme une exigence de haute précision pour le polissage des plaquettes de silicium et des substrats monocristallins de saphir.5. En outre, l'oxyde de nano-cérium peut également être appliqué aux matériaux de stockage d'hydrogène, aux matériaux thermoélectriques, aux électrodes de tungstène à l'oxyde de nano-cérium, aux condensateurs céramiques, aux céramiques piézoélectriques, aux abrasifs en carbure de silicium à l'oxyde de nano-cérium, aux matières premières pour piles à combustible, aux catalyseurs à essence, à certains matériaux magnétiques permanents, divers aciers alliés et métaux non ferreux, etc.

L'oxyde de praséodyme nanométrique (Pr6O11)

Les principales utilisations de l'oxyde de praséodyme nanométrique sont les suivantes : 1. Il est largement utilisé dans la céramique de construction et la céramique d'usage quotidien. Il peut être mélangé avec de la glaçure céramique pour créer une glaçure colorée et peut également être utilisé seul comme pigment sous glaçure. Le pigment préparé est jaune clair avec un ton pur et élégant. 2. Il est utilisé pour fabriquer des aimants permanents et est largement utilisé dans divers appareils électroniques et moteurs. 3. Il est utilisé pour le craquage catalytique du pétrole. L'activité, la sélectivité et la stabilité de la catalyse peuvent être améliorées. 4. L'oxyde de nano-praséodyme peut également être utilisé pour le polissage abrasif. De plus, l'application de l'oxyde de praséodyme nanométrique dans le domaine de la fibre optique est de plus en plus étendue.

Oxyde de néodyme nanométrique (Nd2O3)

L'oxyde de néodyme nanométrique est devenu un point chaud sur le marché depuis de nombreuses années en raison de sa position unique dans le domaine des terres rares. L'oxyde de nano-néodyme est également appliqué aux matériaux non ferreux. L'ajout de 1,5 % à 2,5 % d'oxyde de nano-néodyme dans un alliage de magnésium ou d'aluminium peut améliorer les performances à haute température, l'étanchéité à l'air et la résistance à la corrosion de l'alliage, et il est largement utilisé dans l'aérospatiale. matériel pour l'aviation. De plus, le grenat nano-yttrium-aluminium dopé à l'oxyde de nano-néodyme produit un faisceau laser à ondes courtes, largement utilisé pour souder et couper des matériaux minces d'une épaisseur inférieure à 10 mm dans l'industrie. Côté médical, le laser Nano-YAG dopé au nano-Nd _ 2O _ 3 est utilisé pour retirer les plaies chirurgicales ou désinfecter les plaies à la place des couteaux chirurgicaux. L'oxyde de néodyme nanométrique est également utilisé pour colorer les matériaux en verre et en céramique, les produits en caoutchouc et les additifs.

Nanoparticules d'oxyde de samarium (Sm2O3)

Les principales utilisations de l'oxyde de samarium nanométrique sont les suivantes : l'oxyde de samarium nanométrique est jaune clair et est appliqué aux condensateurs et catalyseurs en céramique. De plus, l'oxyde de samarium de taille nanométrique possède des propriétés nucléaires et peut être utilisé comme matériau de structure, matériau de protection et matériau de contrôle du réacteur à énergie atomique, de sorte que l'énorme énergie générée par la fission nucléaire puisse être utilisée en toute sécurité. Les nanoparticules d'oxyde d'europium (Eu2O3) sont principalement utilisées dans les phosphores. Eu3+ est utilisé comme activateur du phosphore rouge et Eu2+ est utilisé comme phosphore bleu. Y0O3:Eu3+ est le meilleur phosphore en termes d'efficacité lumineuse, de stabilité du revêtement, de coût de récupération, etc., et il est largement utilisé en raison de l'amélioration de l'efficacité lumineuse et du contraste. Récemment, l'oxyde de nano-europium est également utilisé comme phosphore à émission stimulée pour un nouveau système de diagnostic médical à rayons X. L'oxyde de nano-europium peut également être utilisé pour fabriquer des lentilles colorées et des filtres optiques, pour des dispositifs de stockage de bulles magnétiques, et peut également montrer ses talents dans matériaux de contrôle, matériaux de blindage et matériaux de structure des réacteurs atomiques. Le phosphore rouge à fines particules d'oxyde de gadolinium europium (Y2O3:Eu3+) a été préparé en utilisant du nano oxyde d'yttrium (Y2O3) et du nano oxyde d'europium (Eu2O3) comme matières premières. Lors de son utilisation pour préparer du phosphore tricolore de terres rares, il a été constaté que : (a) peut être bien et uniformément mélangé avec de la poudre verte et de la poudre bleue ; (b) Bonnes performances de revêtement ; (c) Étant donné que la taille des particules de poudre rouge est petite, que la surface spécifique augmente et que le nombre de particules luminescentes augmente, la quantité de poudre rouge dans les luminophores tricolores de terres rares peut être réduite, ce qui entraîne une diminution du coût.

Nanoparticules d'oxyde de gadolinium (Gd2O3)

Ses principales utilisations sont les suivantes : 1. Son complexe paramagnétique soluble dans l'eau peut améliorer le signal d'imagerie RMN du corps humain dans le cadre d'un traitement médical. 2. L'oxyde de soufre de base peut être utilisé comme grille matricielle du tube de l'oscilloscope et de l'écran à rayons X avec une luminosité spéciale. 3. L'oxyde de nano-gadolinium dans le grenat de nano-gadolinium et de gallium est un substrat unique idéal pour la mémoire à bulles magnétiques. 4. Lorsqu'il n'y a pas de limite de cycle Camot, il peut être utilisé comme moyen de refroidissement magnétique solide. 5. Il est utilisé comme inhibiteur pour contrôler le niveau de réaction en chaîne des centrales nucléaires afin de garantir la sécurité des réactions nucléaires. De plus, l'utilisation d'oxyde de nano-gadolinium et d'oxyde de nano-lanthane est utile pour modifier la région de vitrification et améliorer la stabilité thermique du verre. L'oxyde de nano-gadolinium peut également être utilisé pour fabriquer des condensateurs et des écrans intensificateurs de rayons X. À l'heure actuelle, le monde fait de grands efforts pour développer l'application de l'oxyde de nano-gadolinium et de ses alliages dans la réfrigération magnétique et a réalisé des progrès révolutionnaires.

Nanoparticules d'oxyde de terbium (Tb4O7)

Les principaux domaines d'application sont les suivants : 1. Les phosphores sont utilisés comme activateurs de poudre verte dans les phosphores tricolores, tels que la matrice de phosphate activée par l'oxyde de nano terbium, la matrice de silicate activée par l'oxyde de nano terbium et la matrice d'aluminate de magnésium à l'oxyde de nano cérium activée par le nano terbium. oxyde, qui émettent tous de la lumière verte à l’état excité. 2. Matériaux de stockage magnéto-optiques. Ces dernières années, des matériaux magnéto-optiques en oxyde de nano-terbium ont été recherchés et développés. Le disque magnéto-optique constitué d'un film amorphe Tb-Fe est utilisé comme élément de stockage informatique et la capacité de stockage peut être augmentée de 10 à 15 fois. 3. Le verre magnéto-optique, verre optiquement actif de Faraday contenant de l'oxyde de terbium nanométrique, est un matériau clé pour la fabrication de rotateurs, d'isolateurs, d'annuleurs et largement utilisé dans la technologie laser. L'oxyde de dysprosium nanométrique d'oxyde de terbium est principalement utilisé dans les sonars et a été largement utilisé. utilisé dans de nombreux domaines, tels que le système d'injection de carburant, le contrôle des vannes de liquide, le micro-positionnement, l'actionneur mécanique, le mécanisme et le régulateur d'aile du télescope spatial de l'avion.

Oxyde de nanodysprosium Dy2O3

Les principales utilisations de l'oxyde de dysprosium nano Dy2O3 sont :1. L'oxyde de nano-dysprosium est utilisé comme activateur du phosphore, et l'oxyde de nano-dysprosium trivalent est un ion activateur prometteur de matériaux luminescents tricolores avec un seul centre luminescent. Il se compose principalement de deux bandes d'émission, l'une est l'émission de lumière jaune, l'autre est l'émission de lumière bleue, et des matériaux luminescents dopés à l'oxyde de nano-dysprosium peuvent être utilisés comme phosphores tricolores.2. L'oxyde nanométrique de dysprosium est une matière première métallique nécessaire à la préparation d'un alliage de terfénol avec un grand alliage magnétostrictif d'oxyde de nano-terbium et d'oxyde de nano-dysprosium, qui peut réaliser certaines activités précises de mouvement mécanique. 3. Le métal d'oxyde de dysprosium nanométrique peut être utilisé comme matériau de stockage magnéto-optique avec une vitesse d'enregistrement et une sensibilité de lecture élevées. 4. Utilisé pour la préparation d'une lampe à oxyde de dysprosium nanométrique. La substance active utilisée dans la lampe à oxyde de dysprosium nanométrique est l'oxyde de nanodysprosium, qui présente les avantages d'une luminosité élevée, d'une bonne couleur, d'une température de couleur élevée, d'une petite taille et d'un arc stable, et a été utilisé comme source d'éclairage pour le cinéma et l'impression. 5. L'oxyde nanométrique de dysprosium est utilisé pour mesurer le spectre d'énergie des neutrons ou comme absorbeur de neutrons dans l'industrie de l'énergie atomique en raison de sa grande section transversale de capture de neutrons.

Ho2O3 Nanomètre

Les principales utilisations de l'oxyde de nano-holmium sont les suivantes : 1. En tant qu'additif de lampe halogène métallique, la lampe halogène métallique est une sorte de lampe à décharge gazeuse, développée sur la base d'une lampe au mercure à haute pression, et sa caractéristique est que l'ampoule est remplie de divers halogénures de terres rares. À l'heure actuelle, les iodures de terres rares sont principalement utilisés, qui émettent différentes raies spectrales lors des décharges de gaz. La substance active utilisée dans la lampe à oxyde de nano-holmium est l'iodure d'oxyde de nano-holmium, qui peut obtenir une concentration plus élevée d'atomes métalliques dans la zone d'arc, ainsi améliorant considérablement l'efficacité du rayonnement. 2. L'oxyde d'holmium nanométrique peut être utilisé comme additif du grenat d'yttrium de fer ou d'yttrium d'aluminium ; 3. L'oxyde de nano-holmium peut être utilisé comme grenat d'yttrium, de fer et d'aluminium (Ho:YAG), qui peut émettre un laser de 2 μm, et le taux d'absorption des tissus humains au laser de 2 μm est élevé. Il est presque trois ordres de grandeur supérieur à Hd : YAG0. Par conséquent, lors de l’utilisation du laser Ho:YAG pour des opérations médicales, il peut non seulement améliorer l’efficacité et la précision des opérations, mais également réduire la zone de dommages thermiques à une taille plus petite. Le faisceau libre généré par le cristal d'oxyde de nano-holmium peut éliminer les graisses sans générer de chaleur excessive, réduisant ainsi les dommages thermiques causés par les tissus sains. Il est rapporté que le traitement du glaucome avec un laser à oxyde d'holmium nanométrique aux États-Unis peut réduire la douleur de chirurgie. 4. Dans l'alliage magnétostrictif Terfenol-D, une petite quantité d'oxyde d'holmium de taille nanométrique peut également être ajoutée pour réduire le champ externe requis pour la magnétisation à saturation de l'alliage.5. De plus, la fibre optique dopée à l'oxyde de nano-holmium peut être utilisée pour fabriquer des dispositifs de communication optique tels que des lasers à fibre optique, des amplificateurs à fibre optique, des capteurs à fibre optique, etc. Elle jouera un rôle plus important dans la communication rapide par fibre optique d'aujourd'hui.

Oxyde de nano-erbium (III)

Les principales utilisations sont :

1. L'émission lumineuse de l'oxyde nanométrique d'Erbium(III) à 1 550 nm revêt une importance particulière, car cette longueur d'onde correspond exactement à la perte minimale de la fibre optique de la communication par fibre optique. Après avoir été excité par la lumière à 980 nm et 1 480 nm, l’ion oxyde nanométrique d’Erbium(III) passe de l’état fondamental 4115/2 à l’état de haute énergie 4113/2. Lorsque l'Er3+ dans l'état de haute énergie revient à l'état fondamental, il émet une lumière d'une longueur d'onde de 1 550 nm. La fibre de quartz peut transmettre de la lumière de différentes longueurs d'onde. Cependant, différents taux d'atténuation optique varient, la bande de fréquences de 1 550 nm ayant le taux d'atténuation optique le plus bas (0,15 décibels par kilomètre) dans la transmission par fibre de quartz, ce qui correspond presque au taux d'atténuation limite inférieur. Par conséquent, lorsque la communication par fibre optique est utilisée comme signal lumineux à 1 550 nm, la perte de lumière est minimisée. De cette manière, si la concentration appropriée d'oxyde de nano Erbium(III) est dopée dans la matrice appropriée, l'amplificateur peut compenser la perte dans le système de communication selon le principe du laser. Par conséquent, dans le réseau de télécommunication qui doit amplifier le signal optique de 1 550 nm, l’amplificateur à fibre dopée à l’oxyde nano Erbium(III) est un dispositif optique indispensable. À l'heure actuelle, un amplificateur à fibre de silice dopée à l'oxyde nano d'erbium (III) a été commercialisé. Il est rapporté que afin d'éviter une absorption inutile, la quantité dopante d'oxyde de nano Erbium (III) dans la fibre est de plusieurs dizaines à plusieurs centaines de ppm. Le développement rapide de la communication par fibre optique ouvrira un nouveau champ d’application du nanooxyde d’Erbium(III).

2. Le cristal laser dopé avec de l'oxyde nanométrique d'erbium (III) et son laser 1730 nm et sa sortie laser 1550 nm sont sans danger pour les yeux humains, ont de bonnes performances de transmission atmosphérique, ont une forte capacité de pénétration de la fumée sur le champ de bataille, une bonne confidentialité, ne sont pas faciles à être détectés par l'ennemi et présentent un contraste important lors de l'éclairage de cibles militaires. Un télémètre laser portable a été conçu pour un usage militaire, sans danger pour les yeux humains.

3. De l'oxyde nanométrique d'erbium (III) peut être ajouté au verre pour fabriquer un matériau laser en verre de terres rares, qui est le matériau laser solide avec la plus grande énergie d'impulsion de sortie et la puissance de sortie la plus élevée à l'heure actuelle.

4. L'oxyde nanométrique d'erbium (III) peut également être utilisé comme ion d'activation de matériaux laser à conversion ascendante de terres rares.

5. L'oxyde nanométrique d'erbium (III) peut également être utilisé dans la décoloration et la coloration des lunettes et du verre cristallin.

Oxyde d'yttrium nanométrique (Y2O3)

Les principales utilisations du nanooxyde d'yttrium sont les suivantes : 1. Additifs pour l'acier et les alliages non ferreux. L'alliage FeCr contient généralement 0,5 % à 4 % d'oxyde d'yttrium nanométrique, ce qui peut améliorer la résistance à l'oxydation et la ductilité de ces aciers inoxydables. Après avoir ajouté une quantité appropriée de terres rares mélangées riches en oxyde d'yttrium nanométrique dans l'alliage MB26, les propriétés complètes de l'alliage étaient évidemment amélioré hier,Il peut remplacer certains alliages d'aluminium moyens et résistants pour les composants sollicités des avions ; L'ajout d'une petite quantité de terres rares d'oxyde de nanoyttrium dans l'alliage Al-Zr peut améliorer la conductivité de l'alliage ; Cet alliage a été adopté par la plupart des usines de filage en Chine. De l'oxyde de nano-yttrium a été ajouté à l'alliage de cuivre pour améliorer la conductivité et la résistance mécanique. 2. Matériau céramique de nitrure de silicium contenant 6 % d'oxyde de nanoyttrium et 2 % d'aluminium. Il peut être utilisé pour développer des pièces de moteur. 3. Le perçage, la découpe, le soudage et d'autres traitements mécaniques sont effectués sur des composants à grande échelle à l'aide d'un faisceau laser à grenat d'aluminium et d'oxyde de nano-néodyme d'une puissance de 400 watts. 4. L'écran du microscope électronique composé de monocristal de grenat Y-Al a une luminosité de fluorescence élevée, une faible absorption de la lumière diffusée et une bonne résistance aux températures élevées et à l'usure mécanique.5. Un alliage à structure d'oxyde de nano-yttrium contenant 90 % d'oxyde de nano-gadolinium peut être appliqué à l'aviation et à d'autres occasions nécessitant une faible densité et un point de fusion élevé. 6. Les matériaux conducteurs de protons à haute température contenant 90 % d'oxyde de nanoyttrium sont d'une grande importance pour la production de piles à combustible, de cellules électrolytiques et de capteurs de gaz nécessitant une solubilité élevée de l'hydrogène. En outre, l'oxyde de nano-yttrium est également utilisé comme matériau résistant à la pulvérisation à haute température, diluant du combustible du réacteur atomique, additif du matériau à aimant permanent et getter dans l'industrie électronique.

En plus de ce qui précède, les nanooxydes de terres rares peuvent également être utilisés dans les vêtements pour les soins de santé humaine et la protection de l'environnement. Issues des unités de recherche actuelles, elles ont toutes certaines orientations : rayonnement anti-ultraviolet ; La pollution de l'air et les rayons ultraviolets sont sujets aux maladies et aux cancers de la peau ; La prévention de la pollution rend difficile l’adhésion des polluants aux vêtements ; Il est également étudié dans le sens d'un maintien anti-chaleur. Le cuir étant dur et facile à vieillir, il est plus sujet à la moisissure les jours de pluie. Le cuir peut être adouci par blanchiment avec de l'oxyde de cérium nano-terre rare, qui n'est pas facile à vieillir et à moisir, et il est confortable à porter. Ces dernières années, les matériaux nano-revêtements ont également fait l'objet de recherches sur les nanomatériaux, et la principale recherche se concentre sur les revêtements fonctionnels. Aux États-Unis, le Y2O3 de 80 nm peut être utilisé comme revêtement de protection infrarouge. L'efficacité de réflexion de la chaleur est très élevée. CeO2 a un indice de réfraction élevé et une grande stabilité. Lorsque de l'oxyde d'yttrium de terres rares nano, de l'oxyde de nano lanthane et de la poudre d'oxyde de nano cérium sont ajoutés au revêtement, le mur extérieur peut résister au vieillissement, car le revêtement du mur extérieur est facile à vieillir et à tomber car la peinture est exposée au soleil et aux rayons ultraviolets. pendant longtemps, et il peut résister aux rayons ultraviolets après avoir ajouté de l'oxyde de cérium et de l'oxyde d'yttrium. De plus, sa taille de particule est très petite et le nanooxyde de cérium est utilisé comme absorbeur d'ultraviolets, qui devrait être utilisé pour empêcher le vieillissement du plastique. produits dus à l'irradiation ultraviolette, aux réservoirs, aux automobiles, aux navires, aux réservoirs de stockage de pétrole, etc., qui peuvent mieux protéger les grands panneaux d'affichage extérieurs et prévenir la moisissure, l'humidité et la pollution des revêtements de murs intérieurs. En raison de la petite taille de ses particules, la poussière ne colle pas facilement au mur et peut être frottée avec de l'eau. Il existe encore de nombreuses utilisations des nanooxydes de terres rares qui doivent faire l’objet de recherches et de développements plus approfondis, et nous espérons sincèrement qu’elles auront un avenir plus brillant.