Nanométeres ritkaföldfém anyagok, új erő az ipari forradalomban

Nanométeres ritkaföldfém anyagok, új erő az ipari forradalomban

A nanotechnológia egy új, interdiszciplináris terület, amelyet az 1980-as évek végén és az 1990-es évek elején fokozatosan fejlesztettek ki. Mivel nagy lehetőségek rejlenek benne új gyártási eljárások, új anyagok és új termékek létrehozására, az új évszázadban új ipari forradalmat indít el. A nanotudomány és a nanotechnológia jelenlegi fejlettségi szintje hasonló az 1950-es évek számítógépes és információs technológiájához. A legtöbb e terület iránt elkötelezett tudós azt jósolja, hogy a nanotechnológia fejlődése a technológia számos aspektusára kiterjedt és messzemenő hatással lesz. A tudósok úgy vélik, hogy furcsa tulajdonságai és egyedülálló teljesítménye van. A fő bezárási hatások, amelyek a ritkaföldfém nanoanyagok furcsa tulajdonságaihoz vezetnek, a fajlagos felületi hatás, a kis mérethatás, a felülethatás, az átlátszóság, az alagúthatás és a makroszkopikus kvantumhatás. Ezek a hatások különböztetik meg a nanorendszer fizikai tulajdonságait a hagyományos anyagokétól a fényben, elektromosságban, hőben és mágnesességben, és számos újdonságot mutatnak be. A jövőben három fő irányvonala van a tudósoknak a nanotechnológia kutatásának és fejlesztésének: előkészítés és alkalmazás. kiváló teljesítményű nanoanyagok; Különféle nanoeszközök és berendezések tervezése és előkészítése; A nanorégiók tulajdonságainak feltárása és elemzése. Jelenleg a nano ritkaföldfémek főként az alábbi alkalmazási irányokkal rendelkeznek, és alkalmazását a jövőben tovább kell fejleszteni.

Nanométer lantán-oxid (La2O3)

A nanométeres lantán-oxidot piezoelektromos anyagokra, elektrotermikus anyagokra, termoelektromos anyagokra, mágneses ellenállású anyagokra, lumineszcens anyagokra (kék por), hidrogéntároló anyagokra, optikai üvegekre, lézeranyagokra, különféle ötvözetanyagokra, szerves vegyi termékek előállítására szolgáló katalizátorokra és semlegesítő katalizátorokra alkalmazzák. Az autók kipufogógázaihoz és a fénykonverziós mezőgazdasági fóliákhoz nanométeres lantán-oxidhoz is alkalmaznak.

Nanométer cérium-oxid (CeO2)

A nano cérium-oxid fő felhasználási területei a következők: 1. Üvegadalékként a nano cérium-oxid képes elnyelni az ultraibolya és infravörös sugarakat, és az autóüvegen alkalmazzák. Nemcsak az ultraibolya sugarakat képes megakadályozni, hanem csökkenti az autó belsejében a hőmérsékletet is, így energiát takarít meg a légkondicionáló számára. 2. A nano cérium-oxid alkalmazása az autók kipufogógáz-tisztító katalizátorában hatékonyan megakadályozhatja, hogy nagy mennyiségű gépjármű kipufogógáz kerüljön a levegőbe.3. A nano-cérium-oxid felhasználható pigmentként a műanyagok színezésére, valamint a bevonat-, tinta- és papíriparban is. 4. A nano cérium-oxid polírozó anyagokban való alkalmazása széles körben elismert nagy pontosságú követelmény a szilícium lapkák és zafír egykristály hordozók polírozásánál.5. Ezenkívül a nano cérium-oxid hidrogéntároló anyagokhoz, termoelektromos anyagokhoz, nano cérium-oxid wolframelektródákhoz, kerámia kondenzátorokhoz, piezoelektromos kerámiákhoz, nano cérium-oxid szilícium-karbid csiszolóanyagokhoz, üzemanyagcellás nyersanyagokhoz, benzinkatalizátorokhoz, egyes állandó mágneses anyagokhoz is alkalmazható, különféle ötvözött acélok és színesfémek stb.

A nanométeres prazeodímium-oxid (Pr6O11)

A nanométeres prazeodímium-oxid fő felhasználási területei a következők: 1. Széles körben használják építőkerámiákban és napi használatú kerámiákban. Kerámia mázzal keverve színes máz készíthető belőle, de önmagában máz alatti pigmentként is használható. Az elkészített pigment világossárga, tiszta és elegáns tónusú. 2. Állandó mágnesek gyártására használják, és széles körben használják különféle elektronikus eszközökben és motorokban. 3. Kőolaj katalitikus krakkoláshoz használják. A katalízis aktivitása, szelektivitása és stabilitása javítható. 4. A nano-prazeodímium-oxid csiszoló polírozáshoz is használható. Emellett egyre kiterjedtebb a nanométeres prazeodímium-oxid alkalmazása az optikai szálak területén.

Nanométer neodímium-oxid (Nd2O3)

A nanométeres neodímium-oxid a ritkaföldfémek területén elfoglalt egyedülálló helyzete miatt évek óta a piac egyik leghíresebb pontja. A nano-neodímium-oxidot nem vastartalmú anyagokra is alkalmazzák. 1,5–2,5% nano-neodímium-oxid hozzáadása magnézium- vagy alumíniumötvözethez javíthatja az ötvözet magas hőmérsékletű teljesítményét, légtömörségét és korrózióállóságát, és széles körben használják repülőgép- és űrkutatásban. repüléshez szükséges anyagok. Ezenkívül a nano-neodímium-oxiddal adalékolt nano ittrium-alumínium-gránát rövidhullámú lézersugarat hoz létre, amelyet széles körben használnak 10 mm-nél kisebb vastagságú vékony anyagok hegesztésére és vágására az iparban. Az orvosi oldalon a nano-Nd _ 2O _ 3-mal adalékolt Nano-YAG lézert sebészeti sebek eltávolítására vagy sebek fertőtlenítésére használják sebészeti kések helyett. A nanométeres neodímium-oxidot üveg- és kerámiaanyagok, gumitermékek és adalékanyagok színezésére is használják.

Szamárium-oxid nanorészecskék (Sm2O3)

A nanoméretű szamárium-oxid fő felhasználási területei: a nanoméretű szamárium-oxid világossárga, amelyet kerámia kondenzátorokhoz és katalizátorokhoz alkalmaznak. Ezenkívül a nanoméretű szamárium-oxid nukleáris tulajdonságokkal rendelkezik, és felhasználható szerkezeti anyagként, árnyékoló anyagként és az atomenergetikai reaktor vezérlőanyagaként, így az atommaghasadás során keletkező hatalmas energia biztonságosan felhasználható. Az európium-oxid nanorészecskéket (Eu2O3) leginkább foszforokban használják. Az Eu3+ a vörös foszfor aktivátoraként, az Eu2+ pedig kék foszforként használatos. Az Y0O3:Eu3+ a legjobb foszfor a fényhatékonyság, a bevonat stabilitása, a visszanyerési költség stb. tekintetében, és széles körben használják a fényhatékonyság és a kontraszt javítása miatt. A közelmúltban a nano-europium-oxidot stimulált emissziós foszforként is használják új röntgensugaras orvosi diagnosztikai rendszerekhez. A nano-europium-oxid felhasználható színes lencsék és optikai szűrők gyártásához, mágneses buboréktároló eszközökhöz, és megmutathatja tehetségét az atomreaktorok vezérlőanyagai, árnyékolóanyagai és szerkezeti anyagai. A finom szemcsés gadolínium-európium-oxid (Y2O3:Eu3+) vörös foszfort nano ittrium-oxid (Y2O3) és nano-európium-oxid (Eu2O3) felhasználásával állítottuk elő. Amikor ritkaföldfém-háromszínű foszfor előállítására használták, azt találták, hogy:(a) jól és egyenletesen keverhető zöld és kék porral; b) jó bevonatteljesítmény; (c) Mivel a vörös por részecskemérete kicsi, a fajlagos felület növekszik és a lumineszcens részecskék száma növekszik, csökkenthető a vörös por mennyisége a ritkaföldfém háromszínű foszforokban, ami alacsonyabb költségeket eredményez.

Gadolínium-oxid nanorészecskék (Gd2O3)

Főbb felhasználási területei a következők: 1. Vízben oldódó paramágneses komplexe javíthatja az emberi test NMR képalkotó jelét az orvosi kezelés során. 2. Az alap kén-oxid speciális fényerejű oszcilloszkópcső és röntgenképernyő mátrixrácsaként használható. 3. A nano-gadolínium gallium gránátban lévő nano-gadolínium-oxid ideális egyetlen szubsztrát a mágneses buborékok memóriájához. 4. Ha nincs Camot cikluskorlát, akkor szilárd mágneses hűtőközegként használható. 5. Inhibitorként használják az atomerőművek láncreakciós szintjének szabályozására a nukleáris reakciók biztonsága érdekében. Ezenkívül a nano-gadolínium-oxid és a nano-lantán-oxid használata segít megváltoztatni az üvegesedési régiót és javítani az üveg termikus stabilitását. A nano-gadolínium-oxid kondenzátorok és röntgensugárzást erősítő képernyők gyártására is felhasználható. Jelenleg a világ nagy erőfeszítéseket tesz a nano-gadolínium-oxid és ötvözeteinek mágneses hűtésben való alkalmazásának fejlesztésére, és áttörést ért el.

Terbium-oxid nanorészecskék (Tb4O7)

A fő alkalmazási területek a következők: 1. A foszforokat zöld por aktivátoraként használják háromszínű foszforokban, mint például nano-terbium-oxiddal aktivált foszfátmátrix, nano-terbium-oxiddal aktivált szilikátmátrix és nano-terbium-oxiddal aktivált nano cérium-oxid-magnézium-aluminát mátrix oxid, amelyek gerjesztett állapotban mind zöld fényt bocsátanak ki. 2. Magneto-optikai tárolóanyagok, Az elmúlt években nano-terbium-oxid magneto-optikai anyagokat kutattak és fejlesztettek. A Tb-Fe amorf filmből készült magneto-optikai lemezt számítógépes tárolóelemként használják, és a tárolókapacitás 10-15-szörösére növelhető. 3. Magneto-optikai üveg, a nanométeres terbium-oxidot tartalmazó Faraday optikailag aktív üveg kulcsfontosságú anyag a rotátorok, izolátorok, anulátorok gyártásához, és széles körben használják a lézertechnológiában. A nanométeres terbium-oxid nanométeres diszprózium-oxidot főként szonárokban használják, és széles körben használják számos területen használják, mint például üzemanyag-befecskendező rendszer, folyadékszelep-vezérlés, mikropozicionálás, mechanikus működtető, mechanizmus és szárny repülőgép űrteleszkóp szabályozója.

Nano-dysprosium-oxid Dy2O3

A Dy2O3 nano-diszprózium-oxid fő felhasználási területei a következők:1. A nano-diszprózium-oxidot a foszfor aktivátoraként használják, a háromértékű nano-diszprozium-oxid pedig a háromszínű lumineszcens anyagok ígéretes aktiváló ionja, egyetlen lumineszcens központtal. Főleg két emissziós sávból áll, az egyik a sárga fényemisszió, a másik a kék fény emisszió, valamint a nano-diszprozium-oxiddal adalékolt lumineszcens anyagok használhatók háromszínű foszforként.2. A nanométeres dysprosium-oxid szükséges fém alapanyag a terfenol ötvözet előállításához nagy magnetostrikciós nano-terbium-oxiddal és nano-diszprózium-oxiddal, amely képes megvalósítani a mechanikai mozgás néhány pontos tevékenységét. 3. A nanométeres diszprózium-oxid fém mágneses-optikai tárolóanyagként használható nagy rögzítési sebességgel és olvasási érzékenységgel. 4. Nanométeres diszprózium-oxid lámpa előállításához használják. A nano-diszprózium-oxid lámpákban használt munkaanyag a nano-diszprózium-oxid, amelynek előnyei a nagy fényerő, a jó szín, a magas színhőmérséklet, a kis méret és a stabil ív. fényforrásként használják filmekhez és nyomtatáshoz. 5. A nanométeres diszprózium-oxidot nagy neutronbefogási keresztmetszete miatt neutronenergia-spektrum mérésére vagy neutronelnyelőként használják az atomenergia-iparban.

Ho2O3 nanométer

A nano-holmium-oxid fő felhasználási területei a következők: 1. A fémhalogén lámpa adalékaként a fémhalogén lámpa egyfajta gázkisülési lámpa, amelyet nagynyomású higanylámpa alapján fejlesztettek ki, és jellemzői hogy a bura tele van különféle ritkaföldfém-halogenidekkel. Jelenleg elsősorban ritkaföldfém-jodidokat használnak, amelyek gázkisüléskor különböző spektrumvonalakat bocsátanak ki. A nano-holmium-oxid lámpában alkalmazott munkaanyag a nano-holmium-oxid-jodid, amely az ívzónában magasabb fématom koncentrációt képes elérni, így jelentősen javítja a sugárzás hatékonyságát. 2. A nanométeres holmium-oxid ittrium-vas vagy ittrium-alumínium-gránát adalékaként használható; 3. A nano-holmium-oxid ittrium-vas-alumínium gránátként (Ho:YAG) használható, amely 2 μm lézert bocsát ki, és az emberi szövet 2 μm lézerrel való abszorpciós sebessége magas. Majdnem három nagyságrenddel magasabb, mint a Hd: YAG0. Ezért, ha a Ho:YAG lézert orvosi műveletekhez használják, akkor nemcsak a művelet hatékonyságát és pontosságát javíthatja, hanem a termikus sérülés területét is kisebb méretre csökkentheti. A nano-holmium-oxid kristály által generált szabad sugár képes eltávolítani a zsírt anélkül, hogy túlzott hőt generálna, ezáltal csökkentve az egészséges szövetek által okozott hőkárosodást. Beszámoltak arról, hogy a glaukóma nanométeres holmium-oxid lézerrel történő kezelése az Egyesült Államokban csökkentheti a fájdalmat sebészet. 4. A Terfenol-D magnetostrikciós ötvözetben kis mennyiségű nano méretű holmium-oxid is adagolható az ötvözet telítési mágnesezéséhez szükséges külső mező csökkentése érdekében.5. Ezen túlmenően a nano-holmium-oxiddal adalékolt optikai szál optikai kommunikációs eszközök, például optikai szálas lézerek, optikai szálerősítők, optikai szálas érzékelők stb. előállítására is használható. A mai gyors optikai szálas kommunikációban fontosabb szerepet fog játszani.

Nano Erbium(III)-oxid

A fő felhasználási területek a következők:

1. A nanométeres Erbium(III)-oxid fényemissziója 1550 nm-en különös jelentőséggel bír, mivel ez a hullámhossz pontosan a száloptikai kommunikáció optikai szálának minimális vesztesége. A 980 nm-en és 1480 nm-en lévő fénnyel való gerjesztést követően a nanométeres Erbium(III)-oxid ion a 4115/2 alapállapotból a 4113/2 nagyenergiájú állapotba megy át. Amikor az Er3+ nagy energiájú állapotban visszaáll az alapállapotba, 1550 nm hullámhosszú fényt bocsát ki. A kvarcszál különböző hullámhosszúságú fényt képes továbbítani, azonban a különböző optikai csillapítási arányok eltérőek, az 1550 nm-es frekvenciasávban a legalacsonyabb az optikai csillapítás (0,15 decibel kilométerenként) a kvarcszál átvitelében, ami majdnem az alsó csillapítási sebesség. Ezért, ha száloptikai kommunikációt használnak jelzőfényként 1550 nm-en, a fényveszteség minimálisra csökken. Ily módon, ha a megfelelő koncentrációjú nano-erbium(III)-oxidot a megfelelő mátrixba adalékoljuk, az erősítő a lézerelv szerint kompenzálni tudja a kommunikációs rendszer veszteségét. Ezért az 1550 nm-es optikai jelet felerősítő távközlési hálózatban a nano Erbium(III)-oxiddal adalékolt szálerősítő nélkülözhetetlen optikai eszköz. Jelenleg nano Erbium(III)-oxiddal adalékolt szilícium-dioxid szálas erősítő került kereskedelmi forgalomba. A jelentések szerint a haszontalan abszorpció elkerülése érdekében a nano Erbium(III)-oxid adalékolt mennyisége a szálban tíz-száz ppm. Az optikai szálas kommunikáció gyors fejlődése a nano Erbium(III)-oxid új alkalmazási területét nyitja meg.

2. A nanométeres Erbium(III)-oxiddal adalékolt lézerkristály és az 1730 nm-es lézer- és 1550 nm-es lézerteljesítménye biztonságos az emberi szem számára, jó légköri átviteli teljesítménnyel rendelkezik, erős füstáteresztő képességgel rendelkezik a csatatéren, jó a titkossága, nem könnyű lenni az ellenség észleli, és nagy kontrasztot mutatnak a katonai célpontok megvilágításakor. Katonai használatra készült egy hordozható lézeres távolságmérő, amely biztonságos az emberi szem számára.

3. Nanométer Erbium(III)-oxid hozzáadható az üveghez ritkaföldfém üveglézeranyag előállításához, amely jelenleg a legnagyobb kimenő impulzusenergiával és a legnagyobb kimeneti teljesítménnyel rendelkező szilárd lézeranyag.

4. Nanométer Az Erbium(III)-oxid ritkaföldfém-fel konverziós lézeranyagok aktivációs ionjaként is használható.

5. Az Erbium(III)-oxid nanométer szemüvegek és kristályüvegek színtelenítésére és színezésére is használható.

Nanométer ittrium-oxid (Y2O3)

A nano ittrium-oxid fő felhasználási területei a következők: 1. Adalékok acélhoz és színesfém ötvözetekhez. A FeCr ötvözet általában 0,5–4% nano ittrium-oxidot tartalmaz, ami növelheti ezeknek a rozsdamentes acéloknak az oxidációval szembeni ellenállását és alakíthatóságát Miután megfelelő mennyiségű nanométeres ittrium-oxidban gazdag kevert ritkaföldfémet adtak az MB26 ötvözethez, az ötvözet átfogó tulajdonságai nyilvánvalóan megváltoztak. tegnap javítva, képes helyettesíteni néhány közepes és erős alumíniumötvözetet a repülőgépek igénybevett alkatrészei számára; Kis mennyiségű ittrium-oxid nano-ritkaföldfém hozzáadása az Al-Zr ötvözethez javíthatja az ötvözet vezetőképességét; Az ötvözetet a legtöbb kínai huzalgyár átvette. Nano-itrium-oxidot adtak a rézötvözethez a vezetőképesség és a mechanikai szilárdság javítása érdekében. 2. Szilícium-nitrid kerámia anyag, amely 6% nano ittrium-oxidot és 2% alumíniumot tartalmaz. Motoralkatrészek fejlesztésére használható. 3. A fúrást, vágást, hegesztést és egyéb mechanikai feldolgozást nagyméretű alkatrészeken nano neodímium-oxid alumínium gránát lézersugárral végezzük, 400 watt teljesítménnyel. 4. Az Y-Al gránát egykristályból álló elektronmikroszkóp képernyő nagy fluoreszcencia fényerővel, alacsony szórt fény elnyelésével és jó magas hőmérséklettel és mechanikai kopásállósággal rendelkezik.5. A 90% nano-gadolínium-oxidot tartalmazó, nagy nanoméretű ittrium-oxid szerkezetű ötvözet alkalmazható repülésre és más olyan alkalmakra, amelyek alacsony sűrűséget és magas olvadáspontot igényelnek. 6. A 90% nano ittrium-oxidot tartalmazó, magas hőmérsékletű protonvezető anyagok nagy jelentőséggel bírnak a nagy hidrogénoldhatóságot igénylő üzemanyagcellák, elektrolitikus cellák és gázérzékelők gyártásában. Ezenkívül a nano-ittrium-oxidot magas hőmérsékletű permetezésnek ellenálló anyagként, az atomreaktorok üzemanyagának hígítójaként, állandó mágneses anyag adalékaként és getterként is használják az elektronikai iparban.

A nano ritkaföldfém-oxidok a fentieken kívül az emberi egészség és a környezet védelmét szolgáló ruházati anyagokban is felhasználhatók. A jelenlegi kutatóegységek közül mindegyiknek van bizonyos iránya: anti-ultraibolya sugárzás; A levegőszennyezés és az ultraibolya sugárzás hajlamos bőrbetegségekre és bőrrákokra; A környezetszennyezés megelőzése megnehezíti a szennyező anyagok megtapadását a ruházaton; A melegtartás irányában is vizsgálják.Mivel a bőr kemény és könnyen öregszik, esős napokon a leginkább hajlamos a penészre. A bőr nano ritkaföldfém cérium-oxiddal történő fehérítéssel puhítható, ami nem könnyen öregszik és penészesedik, és kényelmes viselet. Az elmúlt években a nano-bevonat anyagok is a nanoanyag-kutatások fókuszába kerültek, a fő kutatások pedig a funkcionális bevonatokra irányulnak. Az Egyesült Államokban 80 nm-es Y2O3 infravörös árnyékoló bevonatként használható. A hővisszaverés hatékonysága nagyon magas. A CeO2 magas törésmutatóval és nagy stabilitással rendelkezik. Ha nano ritkaföldfém ittrium-oxidot, nano lantán-oxidot és nano cérium-oxid port adnak a bevonathoz, a külső fal ellenáll az öregedésnek, mivel a külső falbevonat könnyen öregszik és leesik, mivel a festék napfénynek és ultraibolya sugárzásnak van kitéve. hosszú ideig, és cérium-oxid és ittrium-oxid hozzáadása után ellenáll az ultraibolya sugárzásnak. Ráadásul szemcsemérete nagyon nagy a kis és nano cérium-oxidot ultraibolya abszorberként használják, amelyet várhatóan a műanyag termékek ultraibolya sugárzás miatti öregedésének megakadályozására használnak, tartályok, autók, hajók, olajtároló tartályok stb., amelyek a legjobban megvédhetik a kültéri nagy hirdetőtáblákat és megakadályozza a penészedést, a nedvességet és a szennyeződést a belső falburkolatokhoz. Kis szemcsemérete miatt a por nem könnyen tapad a falra. Vízzel dörzsölhető. A ritkaföldfém-oxidok nano-oxidjainak számos felhasználási területe még mindig további kutatásra és fejlesztésre vár, és őszintén reméljük, hogy ragyogóbb jövője lesz.