Materiali nanometrici delle terre rare, una nuova forza nella rivoluzione industriale

Materiali nanometrici delle terre rare, una nuova forza nella rivoluzione industriale

La nanotecnologia è un nuovo campo interdisciplinare sviluppato gradualmente tra la fine degli anni '80 e l'inizio degli anni '90. Poiché ha un grande potenziale per creare nuovi processi produttivi, nuovi materiali e nuovi prodotti, darà il via a una nuova rivoluzione industriale nel nuovo secolo. L’attuale livello di sviluppo della nanoscienza e della nanotecnologia è simile a quello dei computer e della tecnologia dell’informazione negli anni ’50. La maggior parte degli scienziati impegnati in questo campo prevede che lo sviluppo della nanotecnologia avrà un impatto ampio e di vasta portata su molti aspetti della tecnologia. Gli scienziati ritengono che abbia proprietà strane e prestazioni uniche. I principali effetti di confinamento che portano alle strane proprietà dei materiali nano terre rare sono l'effetto superficiale specifico, l'effetto di piccola dimensione, l'effetto di interfaccia, l'effetto di trasparenza, l'effetto tunnel e l'effetto quantistico macroscopico. Questi effetti rendono le proprietà fisiche del nanosistema diverse da quelle dei materiali convenzionali in termini di luce, elettricità, calore e magnetismo e presentano molte nuove caratteristiche. In futuro, ci sono tre direzioni principali in cui gli scienziati possono ricercare e sviluppare la nanotecnologia: preparazione e applicazione di nanomateriali con prestazioni eccellenti; Progettare e preparare vari dispositivi e apparecchiature nano; Rilevazione e analisi delle proprietà delle nanoregioni. Attualmente, le nano terre rare hanno principalmente le seguenti direzioni di applicazione e la loro applicazione dovrà essere ulteriormente sviluppata in futuro.

Ossido di lantanio nanometrico (La2O3)

L'ossido di lantanio nanometrico viene applicato a materiali piezoelettrici, materiali elettrotermici, materiali termoelettrici, materiali di magnetoresistenza, materiali luminescenti (polvere blu), materiali di stoccaggio dell'idrogeno, vetro ottico, materiali laser, vari materiali in lega, catalizzatori per la preparazione di prodotti chimici organici e catalizzatori per la neutralizzazione gli scarichi delle automobili e le pellicole agricole per la conversione della luce vengono applicati anche all'ossido di lantanio nanometrico.

Ossido di cerio nanometrico (CeO2)

Gli usi principali del nano ossido di cerio sono i seguenti: 1. Come additivo per vetro, il nano ossido di cerio può assorbire i raggi ultravioletti e i raggi infrarossi ed è stato applicato al vetro delle automobili. Non solo può prevenire i raggi ultravioletti, ma anche ridurre la temperatura all'interno dell'auto, risparmiando così elettricità per l'aria condizionata. 2. L'applicazione del nano ossido di cerio nel catalizzatore per la purificazione dei gas di scarico delle automobili può efficacemente impedire che una grande quantità di gas di scarico delle automobili venga scaricata nell'aria.3. L'ossido di nanocerio può essere utilizzato nei pigmenti per colorare la plastica e può anche essere utilizzato nell'industria dei rivestimenti, degli inchiostri e della carta. 4. L'applicazione del nano ossido di cerio nei materiali di lucidatura è stata ampiamente riconosciuta come un requisito di alta precisione per la lucidatura di wafer di silicio e substrati di cristallo singolo di zaffiro.5. Inoltre, il nano ossido di cerio può essere applicato anche a materiali di stoccaggio dell'idrogeno, materiali termoelettrici, elettrodi di tungsteno di nano ossido di cerio, condensatori ceramici, ceramiche piezoelettriche, abrasivi di carburo di silicio di nano ossido di cerio, materie prime per celle a combustibile, catalizzatori di benzina, alcuni materiali magnetici permanenti, vari acciai legati e metalli non ferrosi, ecc.

L'ossido di praseodimio nanometrico (Pr6O11)

Gli usi principali dell'ossido di praseodimio nanometrico sono i seguenti: 1. È ampiamente utilizzato nella costruzione di ceramiche e nella ceramica di uso quotidiano. Può essere miscelato con lo smalto ceramico per ottenere uno smalto colorato e può anche essere utilizzato da solo come pigmento sottosmalto. Il pigmento preparato è giallo chiaro dal tono puro ed elegante. 2. Viene utilizzato per produrre magneti permanenti ed è ampiamente utilizzato in vari dispositivi elettronici e motori. 3. Viene utilizzato per il cracking catalitico del petrolio. L'attività, la selettività e la stabilità della catalisi possono essere migliorate. 4. L'ossido di nano-praseodimio può essere utilizzato anche per la lucidatura abrasiva. Inoltre, l'applicazione dell'ossido di praseodimio nanometrico nel campo della fibra ottica è sempre più ampia.

Ossido di neodimio nanometrico (Nd2O3)

L'ossido di neodimio nanometrico è diventato da molti anni un punto caldo sul mercato grazie alla sua posizione unica nel campo delle terre rare. L'ossido di nano-neodimio viene applicato anche a materiali non ferrosi. L'aggiunta dell'1,5% ~ 2,5% di ossido di nano-neodimio nella lega di magnesio o alluminio può migliorare le prestazioni alle alte temperature, la tenuta all'aria e la resistenza alla corrosione della lega ed è ampiamente utilizzato come aerospaziale. materiale per l'aviazione. Inoltre, il granato di alluminio nano ittrio drogato con ossido di nano neodimio produce un raggio laser a onde corte, che è ampiamente utilizzato per la saldatura e il taglio di materiali sottili con spessore inferiore a 10 mm nell'industria. Dal punto di vista medico, il laser Nano-YAG drogato con nano-Nd _ 2O _ 3 viene utilizzato per rimuovere ferite chirurgiche o disinfettare le ferite al posto dei bisturi chirurgici. L'ossido di neodimio nanometrico viene utilizzato anche per colorare vetro e materiali ceramici, prodotti in gomma e additivi.

Nanoparticelle di ossido di samario (Sm2O3)

Gli usi principali dell'ossido di samario di dimensioni nanometriche sono: l'ossido di samario di dimensioni nanometriche è giallo chiaro, che viene applicato a condensatori e catalizzatori ceramici. Inoltre, l'ossido di samario di dimensioni nanometriche ha proprietà nucleari e può essere utilizzato come materiale strutturale, materiale schermante e materiale di controllo del reattore a energia atomica, in modo che l'enorme energia generata dalla fissione nucleare possa essere utilizzata in sicurezza. Le nanoparticelle di ossido di europio (Eu2O3) sono utilizzate principalmente nei fosfori. Eu3+ è utilizzato come attivatore del fosforo rosso e Eu2+ è utilizzato come fosforo blu. Y0O3:Eu3+ è il fosforo migliore in termini di efficienza luminosa, stabilità del rivestimento, costi di recupero, ecc. ed è ampiamente utilizzato per il miglioramento dell'efficienza luminosa e del contrasto. Recentemente, l'ossido di nano europio viene utilizzato anche come fosforo a emissione stimolata per un nuovo sistema di diagnosi medica a raggi X. L'ossido di nano europio può essere utilizzato anche per la produzione di lenti colorate e filtri ottici, per dispositivi di memorizzazione di bolle magnetiche e può anche mostrare il suo talento in materiali di controllo, materiali di schermatura e materiali strutturali di reattori atomici. Il fosforo rosso di ossido di gadolinio europio (Y2O3:Eu3+) a particelle fini è stato preparato utilizzando nano ossido di ittrio (Y2O3) e nano ossido di europio (Eu2O3) come materie prime. Quando lo si utilizza per preparare il fosforo tricolore delle terre rare, si è scoperto che: (a) può essere miscelato bene e uniformemente con polvere verde e polvere blu; (b) Buone prestazioni di rivestimento; (c) Poiché la dimensione delle particelle della polvere rossa è piccola, l'area superficiale specifica aumenta e il numero di particelle luminescenti aumenta, la quantità di polvere rossa nei fosfori tricolori delle terre rare può essere ridotta, con conseguente riduzione dei costi.

Nanoparticelle di ossido di gadolinio (Gd2O3)

I suoi usi principali sono i seguenti: 1. Il suo complesso paramagnetico idrosolubile può migliorare il segnale di imaging NMR del corpo umano nelle cure mediche. 2. L'ossido di zolfo base può essere utilizzato come griglia a matrice del tubo dell'oscilloscopio e dello schermo a raggi X con luminosità speciale. 3. L'ossido di nano-gadolinio nel granato di gallio nano-gadolinio è un substrato singolo ideale per la memoria a bolle magnetiche. 4. Quando non vi è alcun limite al ciclo Camot, può essere utilizzato come mezzo di raffreddamento magnetico solido. 5. Viene utilizzato come inibitore per controllare il livello di reazione a catena delle centrali nucleari per garantire la sicurezza delle reazioni nucleari. Inoltre, l'uso dell'ossido di nano-gadolinio e dell'ossido di nano-lantanio è utile per modificare la regione di vetrificazione e migliorare la stabilità termica del vetro. Il nano ossido di gadolinio può essere utilizzato anche per la produzione di condensatori e schermi di intensificazione dei raggi X. Attualmente, il mondo sta facendo grandi sforzi per sviluppare l'applicazione del nano-ossido di gadolinio e delle sue leghe nella refrigerazione magnetica e ha compiuto progressi rivoluzionari

Nanoparticelle di ossido di terbio (Tb4O7)

I principali campi di applicazione sono i seguenti: 1. I fosfori sono utilizzati come attivatori della polvere verde nei fosfori tricolori, come matrice di fosfato attivata da nano ossido di terbio, matrice di silicato attivata da nano ossido di terbio e matrice di alluminato di magnesio di nano ossido di cerio attivata da nano terbio ossido, che emettono tutti luce verde nello stato eccitato. 2. Materiali di memorizzazione magneto-ottici, negli ultimi anni sono stati ricercati e sviluppati materiali magneto-ottici di ossido di nano-terbio. Il disco magneto-ottico realizzato con pellicola amorfa Tb-Fe viene utilizzato come elemento di archiviazione del computer e la capacità di archiviazione può essere aumentata di 10~15 volte. 3. Il vetro magneto-ottico, il vetro otticamente attivo di Faraday contenente ossido di terbio nanometrico, è un materiale chiave per la realizzazione di rotatori, isolatori, anulatori e ampiamente utilizzato nella tecnologia laser. L'ossido di disprosio nanometrico di ossido di terbio nanometrico è utilizzato principalmente nel sonar ed è stato ampiamente utilizzato in molti campi, come il sistema di iniezione del carburante, il controllo della valvola del liquido, il microposizionamento, l'attuatore meccanico, il meccanismo e il regolatore dell'ala del telescopio spaziale dell'aereo.

Nano ossido di disprosio Dy2O3

Gli usi principali dell'ossido di nano disprosio Dy2O3 sono:1. L'ossido di nano-disprosio viene utilizzato come attivatore del fosforo e l'ossido di nano-disprosio trivalente è un promettente ione attivante di materiali luminescenti tricolori con un singolo centro luminescente. Consiste principalmente di due bande di emissione, una è l'emissione di luce gialla, l'altra è l'emissione di luce blu e i materiali luminescenti drogati con ossido di nano-disprosio possono essere utilizzati come fosfori tricolori.2. L'ossido di disprosio nanometrico è una materia prima metallica necessaria per preparare la lega di terfenolo con ossido di nano-terbio e ossido di nano-disprosio di grande lega magnetostrittiva, che può realizzare alcune attività precise di movimento meccanico. 3. L'ossido metallico di disprosio nanometrico può essere utilizzato come materiale di memorizzazione magneto-ottico con elevata velocità di registrazione e sensibilità di lettura. 4. Utilizzato per la preparazione della lampada nanometrica all'ossido di disprosio. La sostanza di lavoro utilizzata nella lampada all'ossido di nano disprosio è l'ossido di nano disprosio, che presenta i vantaggi di elevata luminosità, buon colore, elevata temperatura di colore, dimensioni ridotte e arco stabile, ed è stato utilizzato come fonte di illuminazione per film e stampa. 5. L'ossido di disprosio nanometrico viene utilizzato per misurare lo spettro energetico dei neutroni o come assorbitore di neutroni nell'industria dell'energia atomica a causa della sua ampia area della sezione trasversale di cattura dei neutroni.

Nanometro Ho2O3

Gli usi principali dell'ossido di nano-olmio sono i seguenti: 1. Come additivo della lampada alogena metallica, la lampada alogena metallica è un tipo di lampada a scarica di gas, sviluppata sulla base della lampada al mercurio ad alta pressione e la sua caratteristica è che il bulbo è riempito con vari alogenuri di terre rare. Attualmente vengono utilizzati principalmente ioduri di terre rare, che emettono diverse linee spettrali durante le scariche di gas. La sostanza di lavoro utilizzata nella lampada a ossido di nano-olmio è ioduro di ossido di nano-olmio, che può ottenere una maggiore concentrazione di atomi di metallo nella zona dell'arco, quindi migliorando notevolmente l'efficienza della radiazione. 2. L'ossido di olmio nanometrico può essere utilizzato come additivo di ferro ittrio o granato di alluminio ittrio; 3. L'ossido di nano-olmio può essere utilizzato come granato di ittrio-ferro-alluminio (Ho:YAG), che può emettere laser da 2μm e il tasso di assorbimento del tessuto umano nel laser da 2μm è elevato. È quasi tre ordini di grandezza superiore a Hd: YAG0. Pertanto, quando si utilizza il laser Ho:YAG per operazioni mediche, non solo è possibile migliorare l'efficienza e la precisione operativa, ma anche ridurre l'area del danno termico a dimensioni inferiori. Il raggio libero generato dal cristallo di ossido di nano olmio può eliminare il grasso senza generare calore eccessivo, riducendo così il danno termico causato dai tessuti sani. È stato riferito che il trattamento del glaucoma con laser a ossido di olmio nanometrico negli Stati Uniti può ridurre il dolore di chirurgia. 4. Nella lega magnetostrittiva Terfenol-D, è possibile aggiungere anche una piccola quantità di ossido di olmio di dimensioni nanometriche per ridurre il campo esterno richiesto per la magnetizzazione di saturazione della lega.5. Inoltre, la fibra ottica drogata con ossido di nano-olmio può essere utilizzata per realizzare dispositivi di comunicazione ottica come laser a fibra ottica, amplificatori a fibra ottica, sensori a fibra ottica, ecc. Giocherà un ruolo più importante nella comunicazione rapida in fibra ottica di oggi.

Ossido di nanoerbio (III).

Gli usi principali sono:

1. L'emissione di luce dell'ossido di Erbio(III) nanometrico a 1550 nm è di particolare importanza, poiché questa lunghezza d'onda è esattamente la perdita minima della fibra ottica della comunicazione in fibra ottica. Dopo essere stato eccitato dalla luce a 980 nm e 1480 nm, lo ione ossido di Erbio (III) nanometrico passa dallo stato fondamentale 4115/2 allo stato ad alta energia 4113/2. Quando l'Er3+ nello stato ad alta energia ritorna allo stato fondamentale, emette luce con una lunghezza d'onda di 1550 nm. La fibra di quarzo può trasmettere luce di varie lunghezze d'onda, tuttavia, variano i diversi tassi di attenuazione ottica, con la banda di frequenza di 1550 nm che ha il tasso di attenuazione ottica più basso (0,15 decibel per chilometro) nella trasmissione della fibra di quarzo, che è quasi il tasso di attenuazione limite inferiore. Pertanto, quando si utilizza la comunicazione in fibra ottica come segnale luminoso a 1550 nm, la perdita di luce è ridotta al minimo. In questo modo, se la concentrazione appropriata di nano ossido di Erbio(III) viene drogata nella matrice appropriata, l'amplificatore può compensare la perdita nel sistema di comunicazione secondo il principio del laser. Pertanto, nella rete di telecomunicazioni che deve amplificare il segnale ottico a 1550 nm, l'amplificatore in fibra drogata con ossido di nano Erbio (III) è un dispositivo ottico indispensabile. Attualmente è stato commercializzato un amplificatore in fibra di silice drogata con ossido di nano Erbio (III). È stato riferito che, al fine di evitare un assorbimento inutile, la quantità di drogaggio di nano ossido di Erbio (III) nella fibra è di decine o centinaia di ppm. Il rapido sviluppo della comunicazione in fibra ottica aprirà un nuovo campo di applicazione del nano ossido di Erbio (III).

2. Il cristallo laser drogato con ossido di Erbio (III) nanometrico e il suo laser da 1730 nm e l'uscita laser da 1550 nm sono sicuri per gli occhi umani, hanno buone prestazioni di trasmissione atmosferica, hanno una forte capacità di penetrazione del fumo sul campo di battaglia, buona riservatezza, non sono facili da essere rilevati dal nemico e hanno un ampio contrasto quando illuminano obiettivi militari. Per uso militare è stato realizzato un telemetro laser portatile, sicuro per gli occhi umani.

3. L'ossido nanometrico di Erbio (III) può essere aggiunto al vetro per produrre materiale laser in vetro di terre rare, che è il materiale laser solido con la più grande energia di impulso in uscita e la più alta potenza di uscita attualmente.

4. L'ossido nanometrico di Erbio (III) può essere utilizzato anche come ione di attivazione di materiali laser di conversione con terre rare.

5. L'ossido nanometrico di Erbio (III) può essere utilizzato anche nella decolorazione e colorazione di occhiali e vetro cristallino.

Ossido di ittrio nanometrico (Y2O3)

Gli usi principali dell'ossido di nanoittrio sono i seguenti: 1. Additivi per acciaio e leghe non ferrose. La lega FeCr contiene solitamente lo 0,5%~4% di nano ossido di ittrio, che può migliorare la resistenza all'ossidazione e la duttilità di questi acciai inossidabili. Dopo aver aggiunto una quantità adeguata di terre rare miste ricche di ossido di ittrio nanometrico nella lega MB26, le proprietà complete della lega erano ovviamente migliorato ieri, può sostituire alcune leghe di alluminio medie e resistenti per i componenti sollecitati degli aerei; L'aggiunta di una piccola quantità di terra rara di ossido di nano ittrio nella lega Al-Zr può migliorare la conduttività della lega; La lega è stata adottata dalla maggior parte delle fabbriche di filo in Cina. L'ossido di nano-ittrio è stato aggiunto alla lega di rame per migliorare la conduttività e la resistenza meccanica. 2. Materiale ceramico in nitruro di silicio contenente il 6% di ossido di nanoittrio e il 2% di alluminio. Può essere utilizzato per sviluppare parti di motori. 3. La foratura, il taglio, la saldatura e altre lavorazioni meccaniche vengono eseguite su componenti di grandi dimensioni utilizzando un raggio laser a granato di alluminio con ossido di neodimio nano con una potenza di 400 watt. 4. Lo schermo del microscopio elettronico composto da un singolo cristallo di granato Y-Al ha un'elevata luminosità della fluorescenza, un basso assorbimento della luce diffusa e una buona resistenza alle alte temperature e all'usura meccanica.5. La lega con struttura ad alto contenuto di nano ossido di ittrio contenente il 90% di nano ossido di gadolinio può essere applicata all'aviazione e ad altre occasioni che richiedono bassa densità e alto punto di fusione. 6. I materiali conduttivi protonici ad alta temperatura contenenti il ​​90% di ossido di nanoittrio sono di grande importanza per la produzione di celle a combustibile, celle elettrolitiche e sensori di gas che richiedono un'elevata solubilità dell'idrogeno. Inoltre, l'ossido di nano-ittrio viene utilizzato anche come materiale resistente alla spruzzatura ad alta temperatura, diluente del combustibile per reattori atomici, additivo di materiale a magnete permanente e getter nell'industria elettronica.

Oltre a quanto sopra, i nanoossidi di terre rare possono essere utilizzati anche nei materiali di abbigliamento per la cura della salute umana e la protezione dell'ambiente. Dalle attuali unità di ricerca, tutte hanno determinate direzioni: radiazioni anti-ultraviolette; L’inquinamento atmosferico e le radiazioni ultraviolette sono soggetti a malattie della pelle e tumori della pelle; La prevenzione dell’inquinamento rende difficile l’adesione degli agenti inquinanti agli indumenti; È anche in fase di studio nella direzione della conservazione del calore. Poiché la pelle è dura e facile da invecchiare, è più soggetta alla muffa nei giorni di pioggia. La pelle può essere ammorbidita mediante sbiancamento con ossido di cerio nano-terre rare, che non è facile da invecchiare e ammuffire, ed è comodo da indossare. Negli ultimi anni, i materiali di nanorivestimento sono stati anche al centro della ricerca sui nanomateriali e la ricerca principale si concentra sui rivestimenti funzionali. Y2O3 con 80 nm negli Stati Uniti può essere utilizzato come rivestimento di protezione dagli infrarossi. L'efficienza di riflessione del calore è molto elevata. CeO2 ha un alto indice di rifrazione e un'elevata stabilità. Quando al rivestimento vengono aggiunti nano ossido di ittrio di terre rare, nano ossido di lantanio e nano polvere di ossido di cerio, la parete esterna può resistere all'invecchiamento, poiché il rivestimento della parete esterna è facile da invecchiare e cadere perché la vernice è esposta alla luce solare e ai raggi ultravioletti per lungo tempo e può resistere ai raggi ultravioletti dopo aver aggiunto ossido di cerio e ossido di ittrio. Inoltre, la sua dimensione delle particelle è molto piccola e il nano ossido di cerio viene utilizzato come assorbitore ultravioletto, che dovrebbe essere utilizzato per prevenire l'invecchiamento della plastica prodotti dovuti all'irradiazione ultravioletta, serbatoi, automobili, navi, serbatoi di stoccaggio dell'olio, ecc., che possono proteggere al meglio i grandi cartelloni pubblicitari esterni e prevenire muffe, umidità e inquinamento per i rivestimenti delle pareti interne. A causa delle sue piccole dimensioni delle particelle, la polvere non si attacca facilmente al muro e può essere rimossa con acqua. Ci sono ancora molti usi dei nano ossidi di terre rare da approfondire e sviluppare, e speriamo sinceramente che abbiano un futuro più brillante.