ננוטכנולוגיה היא תחום בינתחומי מתפתח שהתפתח בהדרגה בסוף שנות ה-80 ותחילת שנות ה-90. בשל הפוטנציאל העצום שלו ליצור תהליכי ייצור, חומרים ומוצרים חדשים, הוא יחולל מהפכה תעשייתית חדשה במאה החדשה. רמת הפיתוח הנוכחית של ננו-מדע וננו-טכנולוגיה דומה לזו של טכנולוגיית מחשבים ומידע בשנות ה-50. רוב המדענים המחויבים לתחום זה צופים שלפיתוח הננוטכנולוגיה תהיה השפעה רחבה ועמוקה על היבטים רבים של הטכנולוגיה. מדענים מאמינים שיש לו תכונות מוזרות ותכונות ייחודיות, ואת ההשפעות המגבילות העיקריות שמובילות לתכונות המוזרות של ננואדמה נדירהחומרים כוללים אפקט משטח ספציפי, אפקט בגודל קטן, אפקט ממשק, אפקט שקיפות, אפקט מנהור ואפקט קוונטי מקרוסקופי. השפעות אלה הופכות את התכונות הפיזיקליות של מערכות ננו לשונות מחומרים קונבנציונליים, כגון אור, חשמל, חום ומגנטיות, וכתוצאה מכך תכונות חדשות רבות. ישנם שלושה כיוונים עיקריים עבור מדענים עתידיים לחקור ולפתח ננוטכנולוגיה: הכנה ויישום של ננו-חומרים בעלי ביצועים גבוהים; לתכנן ולהכין מכשירים וציוד ננו שונים; זיהוי וניתוח המאפיינים של אזורי ננו. נכון לעכשיו, יש בעיקר כמה כיווני יישום עבור ננואדמה נדירהs, והשימושים העתידיים בננוכדורי אדמה נדיריםצריך לפתח עוד יותר.
תחמוצת ננו לנטנוםמיושם על חומרים פיזואלקטריים, חומרים אלקטרו-תרמיים, חומרים תרמו-אלקטריים, חומרים מגנו-רזיסטיים, חומרים זוהרים (אבקה כחולה) חומרים לאחסון מימן, זכוכית אופטית, חומרי לייזר, חומרי סגסוגת שונים, זרזים להכנת מוצרים כימיים אורגניים וזרזים לנטרול פליטת רכב. סרטים חקלאיים המרה קלה מוחלים גם עלתחמוצת ננו לנטנום.
השימושים העיקריים שלננו צריהכוללים: 1. כתוסף זכוכית,ננו צריהיכול לספוג קרני אולטרה סגול ואינפרא אדום והוא הוחל על זכוכית לרכב. לא רק שהוא יכול למנוע קרינה אולטרה סגולה, אלא גם להפחית את הטמפרטורה בתוך המכונית, ובכך לחסוך בחשמל למיזוג אוויר. 2. היישום שלתחמוצת ננו צריוםזרזים לטיהור פליטות רכב יכולים למנוע ביעילות כמות גדולה של גז פליטה לרכב להיפלט לאוויר. 3.תחמוצת ננו צריוםניתן ליישם על פיגמנטים לצבע פלסטיק וניתן להשתמש בו גם בתעשיות כמו ציפויים, דיו ונייר. 4. היישום שלננו צריהבחומרי ליטוש זכה להכרה נרחבת כדרישת דיוק גבוהה לליטוש פרוסות סיליקון ומצעי ספיר קריסטל בודדים. 5. בנוסף,ננו צריהניתן ליישם גם על חומרים לאחסון מימן, חומרים תרמו-אלקטריים,ננו צריהאלקטרודות טונגסטן, קבלים קרמיים, קרמיקה פיזואלקטרית,ננו צריה סיליקון קרבידחומרים שוחקים, חומרי גלם לתאי דלק, זרזי בנזין, חומרים מסוימים של מגנט קבוע, פלדות מסגסוגת שונות ומתכות לא ברזליות.
ננומטרתחמוצת פרסאודימיום (Pr6O11)
השימושים העיקריים שלתחמוצת ננו פרסאודימיוםכוללים: 1. זה נמצא בשימוש נרחב בבניית קרמיקה וקרמיקה יומיומית. ניתן לערבב אותו עם זיגוג קרמי כדי ליצור זיגוג צבעוני, או יכול לשמש כפיגמנט תת-זיגוג בלבד. הפיגמנט המיוצר הוא צהוב בהיר, בעל גוון צבע טהור ואלגנטי. 2. משמש לייצור מגנטים קבועים, בשימוש נרחב במכשירים אלקטרוניים ומנועים שונים. 3. משמש לפיצוח קטליטי של נפט, זה יכול לשפר פעילות קטליטית, סלקטיביות ויציבות. 4.תחמוצת ננו פרסאודימיוםיכול לשמש גם לליטוש שוחק. בנוסף, השימוש בתחמוצת ננו פרסאודימיוםגם בתחום הסיבים האופטיים הופכת נפוצה יותר ויותר.
ננומטר תחמוצת ניאודימיום (Nd2O3)
ננומטר תחמוצת ניאודימיוםאלמנט הפך לנושא חם של תשומת לב בשוק במשך שנים רבות בשל מיקומו הייחודי באדמה נדירהשָׂדֶה.ננומטר תחמוצת ניאודימיוםמיושם גם על חומרי מתכת לא ברזליים. הוספת 1.5% עד 2.5%תחמוצת ננו ניאודימיוםמגנזיום או סגסוגות אלומיניום יכולים לשפר את הביצועים בטמפרטורה גבוהה, אטימות האוויר ועמידות הקורוזיה של הסגסוגת, והוא נמצא בשימוש נרחב כחומר תעופה וחלל. בנוסף, נופך אלומיניום ננו איטריום מסומםתחמוצת ננו ניאודימיוםe מייצר קרני לייזר גלים קצרים, הנמצאות בשימוש נרחב בתעשייה לריתוך וחיתוך חומרים דקים בעובי של פחות מ-10 מ"מ. בפרקטיקה רפואית, ננואלומיניום איטריוםלייזרים נופך מסוממיםתחמוצת ננו ניאודימיוםמשמשים במקום סכינים כירורגיות להסרת פצעים ניתוחיים או חיטוי.תחמוצת ננו ניאודימיוםמשמש גם לצביעת זכוכית וחומרים קרמיים, כמו גם למוצרי גומי ותוספים.
השימושים העיקריים שלתחמוצת סמריום בקנה מידה ננוטיכוללים את צבעו הצהוב הבהיר, המשמש בקבלים וזרזים קרמיים. בנוסף,תחמוצת ננו סמריוםיש גם תכונות גרעיניות והוא יכול לשמש כחומר מבני, חומר מיגון וחומר בקרה לכורים אטומיים, מה שמאפשר ניצול בטוח של האנרגיה העצומה שנוצרת מביקוע גרעיני.
ננומטריתחמוצת אירופיום (Eu2O3)
תחמוצת אירופיום בקנה מידה ננומטרימשמש בעיקר באבקות ניאון. Eu3+ משמש כמפעיל עבור זרחנים אדומים, ו-Eu2+ משמש עבור זרחנים כחולים. כיום, Y0O3: Eu3+ הוא הזרחן הטוב ביותר עבור יעילות זוהר, יציבות ציפוי והחזר עלויות. בנוסף, עם שיפורים בטכנולוגיות כגון שיפור יעילות זוהר וניגודיות, הוא נמצא בשימוש נרחב. לָאַחֲרוֹנָה,תחמוצת ננו אירופיוםשימש גם כזרחן פליטה מגורה במערכות אבחון רפואיות חדשות של קרני רנטגן. תחמוצת ננו אירופיום יכולה לשמש גם לייצור עדשות צבעוניות ומסננים אופטיים, עבור התקני אחסון בועות מגנטיות, וחומרי בקרה, חומרי מיגון וחומרי מבנה של כורים אטומיים. אבקת פלורסנט אדומה מסוג גדוליניום אירופיום (Y2O3Eu3+) הוכנה באמצעותתחמוצת ננו איטריום (Y2O3) ותחמוצת ננו אירופיום (Eu2O3) כחומרי גלם. בעת הכנהאדמה נדירהאבקת טריקולור ניאון, נמצא כי: (א) היא יכולה להתערבב היטב עם אבקה ירוקה ואבקה כחולה; (ב) ביצועי ציפוי טובים; (ג) בשל גודל החלקיקים הקטן של אבקה אדומה, שטח הפנים הספציפי גדל, ומספר החלקיקים הזוהרים גדל, מה שיכול להפחית את כמות האבקה האדומה בשימושאדמה נדירהזרחן טריקולור, וכתוצאה מכך ירידה בעלות.
השימושים העיקריים שלו כוללים: 1. הקומפלקס הפראמגנטי המסיס במים שלו יכול לשפר את אות הדמיית התהודה המגנטית (NMR) של גוף האדם ביישומים רפואיים. 2. תחמוצות גופרית בסיס יכולות לשמש כרשתות מטריצה עבור שפופרות אוסילוסקופ בהירות מיוחדות ומסכי קרינה רנטגן. 3. התחמוצת ננו גדוליניום in תחמוצת ננו גדוליניוםנופך גליום הוא מצע יחיד אידיאלי לזיכרון זיכרון בועות מגנטי. 4. כאשר אין מגבלה על מחזור קמוט, ניתן להשתמש בו כמדיום קירור מגנטי במצב מוצק. 5. משמש כמעכב לבקרת רמת תגובת השרשרת של תחנות כוח גרעיניות כדי להבטיח את בטיחותן של תגובות גרעיניות. בנוסף, השימוש בתחמוצת ננו גדוליניוםוננו תחמוצת לנתנום ביחד עוזרים לשנות את אזור המעבר של הזכוכית ולשפר את היציבות התרמית של הזכוכית.תחמוצת ננו גדוליניוםיכול לשמש גם לייצור קבלים ומסכים להעצמת קרני רנטגן. כיום נעשים מאמצים ברחבי העולם לפתח את היישום שלתחמוצת ננו גדוליניוםוהסגסוגות שלו בקירור מגנטי, ונעשו פריצות דרך.
ננומטרתחמוצת טרביום (Tb4O7)
תחומי היישום העיקריים כוללים: 1. אבקת פלורסנט משמשת כמפעיל לאבקה ירוקה בשלושה אבקות ניאון צבעוניים, כגון מטריצת פוספט המופעלת על ידיתחמוצת ננו טרביום, מטריצת סיליקט מופעלת על ידיתחמוצת ננו טרביום, ומטריצת ננו צריום מגנזיום אלומינאט המופעלת על ידיתחמוצת ננו טרביום, כולם פולטים אור ירוק במצב נרגש. 2. בשנים האחרונות נערך מחקר ופיתוח בנושאתחמוצת ננו טרביוםחומרים מגנטו-אופטיים מבוססים לאחסון מגנטו-אופטי. דיסק מגנטו-אופטי שפותח באמצעות סרט דק אמורפי מסוג Tb-Fe כרכיב אחסון למחשב יכול להגדיל את קיבולת האחסון פי 10-15. 3. זכוכית מגנטו אופטית, זכוכית סיבובית Faraday המכילהתחמוצת ננו טרביום, הוא חומר מפתח המשמש בייצור של מסובבים, מבודדים וצלצולים בשימוש נרחב בטכנולוגיית לייזר.תחמוצת ננו טרביוםוננו דיספרוסיום תחמוצת ברזל שימשו בעיקר בסונאר והיו בשימוש נרחב בתחומים שונים, החל ממערכות הזרקת דלק, בקרת שסתומי נוזל, מיצוב מיקרו ועד מפעילים מכניים, מנגנונים ורוסת כנפיים למטוסים וטלסקופי חלל.
השימושים העיקריים שלתחמוצת ננו דיספרוזיום (Dy2O3) תחמוצת ננו דיספרוזיוםהם: 1.תחמוצת ננו דיספרוזיוםמשמש כמפעיל אבקת ניאון, וטריוולנטיתחמוצת ננו דיספרוזיוםהוא יון הפעלה מבטיח למרכז זוהר יחיד בעל שלושה צבעים ראשוניים של חומר זוהר. הוא מורכב בעיקר משתי פסי פליטות, האחד הוא פליטת אור צהוב, והשני הוא פליטת אור כחול. החומר הזוהר מסומםתחמוצת ננו דיספרוזיוםיכול לשמש כאבקה פלואורסצנטית בשלושה צבעים ראשוניים. 2.תחמוצת ננו דיספרוזיוםהוא חומר גלם מתכת הכרחי להכנת סגסוגת מגנטוסטריקטית גדולהתחמוצת ננו טרביוםסגסוגת תחמוצת ברזל ננו דיספרוזיום (Terfenol), שיכולה לאפשר כמה תנועות מכניות מדויקות. 3.תחמוצת ננו דיספרוזיוםמתכת יכולה לשמש כחומר אחסון מגנטו-אופטי עם מהירות הקלטה גבוהה ורגישות קריאה. 4. משמש להכנתתחמוצת ננו דיספרוזיוםמנורות, חומר העבודה המשמשתחמוצת ננו דיספרוזיוםמנורות הואתחמוצת ננו דיספרוזיום. לסוג זה של מנורה יש יתרונות כמו בהירות גבוהה, צבע טוב, טמפרטורת צבע גבוהה, גודל קטן וקשת יציבה. הוא שימש כמקור תאורה לסרטים, הדפסה ויישומי תאורה אחרים. 5. בשל שטח החתך הגדול לכידת נויטרונים שלתחמוצת ננו דיספרוזיום, הוא משמש בתעשיית האנרגיה האטומית למדידת ספקטרום נויטרונים או כבולם נויטרונים.
השימושים העיקריים שלתחמוצת ננו הולמיוםכוללים: 1. כתוסף למנורות מתכת הליד. מנורות מתכת הליד הן סוג של מנורת פריקת גז שפותחה על בסיס מנורות כספית בלחץ גבוה, המאופיינת במילוי הנורה במגווןאדמה נדירההלידים. נכון לעכשיו, השימוש העיקרי הואאדמה נדירהיודיד, הפולט צבעים ספקטרליים שונים במהלך פריקת גז. חומר העבודה המשמש ב-תחמוצת ננו הולמיוםהמנורה היא יודתחמוצת ננו הולמיום, שיכול להשיג ריכוז גבוה של אטומי מתכת באזור הקשת, מה שמשפר מאוד את יעילות הקרינה. 2.תחמוצת ננו הולמיוםיכול לשמש כתוסף לברזל איטריום אואלומיניום איטריוםנוֹפֶך; 3.תחמוצת ננו הולמיוםיכול לשמש כנופך אלומיניום ברזל איטריום (Ho: YAG) כדי לפלוט לייזר של 2 מיקרומטר, רקמה אנושית על 2 מיקרומטר קצב הספיגה של לייזר m גבוה, כמעט שלושה סדרי גודל גבוה מזה של Hd: YAG0. אז כשמשתמשים בלייזר Ho: YAG לניתוחים רפואיים, לא רק שניתן לשפר את היעילות והדיוק הניתוחיים, אלא גם את אזור הנזק התרמי ניתן להקטין לגודל קטן יותר. האלומה החופשית שנוצרה על ידיתחמוצת ננו הולמיוםגבישים יכולים לסלק שומן מבלי ליצור חום מוגזם, ובכך להפחית נזק תרמי לרקמות בריאות. מדווח כי השימוש בתחמוצת ננו הולמיוםלייזרים בארצות הברית לטיפול בגלאוקומה יכולים להפחית את הכאב של חולים שעוברים ניתוח. 4. בסגסוגת המגנטוסטריקטיבה Terfenol D, כמות קטנה שלתחמוצת ננו הולמיוםניתן להוסיף גם כדי לצמצם את השדה החיצוני הנדרש למגנטיזציה של הרוויה של הסגסוגת. 5. בנוסף, ניתן לייצר מכשירי תקשורת אופטיים כגון לייזרים סיבים, מגברי סיבים וחיישני סיבים באמצעות סיבים מסוממים עםתחמוצת ננו הולמיום, שימלא תפקיד חשוב יותר בהתפתחות המהירה של תקשורת סיבים אופטיים כיום.
השימושים העיקריים שלתחמוצת ננו ארביוםכוללים: 1. לפליטת האור של Er3+ב-1550nm יש משמעות מיוחדת, שכן אורך גל זה ממוקם בדיוק באיבוד הנמוך ביותר של סיבים אופטיים בתקשורת סיבים אופטיים. לאחר ריגוש באור באורך גל של 980nm1480nm,תחמוצת ננו ארביוםיונים (Er3+) עוברים ממצב קרקע 4115/2 למצב אנרגיה גבוהה 4113/2, ופולטים אור באורך גל של 1550nm כאשר Er3+ במצב אנרגיה גבוהה עובר חזרה למצב הקרקע, סיבים אופטיים קוורץ יכולים להעביר אורכי גל שונים של אור , אך קצב ההנחתה האופטי משתנה. פס התדרים של 1550nm של האור הוא בעל קצב הנחתה אופטי הנמוך ביותר (0.15 דציבלים לקילומטר) בהעברת סיבים אופטיים קוורץ, שהוא כמעט הגבול התחתון של קצב הנחתה. לכן, כאשר תקשורת סיבים אופטיים משמשת כאור אות ב-1550nm, אובדן האור ממוזער. בדרך זו, אם ריכוז מתאים שלתחמוצת ננו ארביוםמסומם לתוך מטריצה מתאימה, המגבר יכול לפצות על הפסדים במערכות תקשורת על בסיס עקרון הלייזר. לכן, ברשתות תקשורת הדורשות הגברה של אותות אופטיים של 1550nm,תחמוצת ננו ארביוםמגברי סיבים מסוממים הם מכשירים אופטיים חיוניים. כַּיוֹם,תחמוצת ננו ארביוםמגברי סיבי סיליקה מסוממים כבר ממוסחרים. על פי הדיווחים, על מנת למנוע ספיגה חסרת תועלת, כמות הסימום של תחמוצת ננו ארביום בסיבים אופטיים נעה בין עשרות למאות עמודים לדקה. ההתפתחות המהירה של תקשורת סיבים אופטיים תפתח תחומים חדשים ליישום שלתחמוצת ננו ארביום. 2. בנוסף, גבישי לייזר מסוממיםתחמוצת ננו ארביוםוהלייזרים של 1730 ננומטר ו-1550 ננומטר בטוחים לעיניים אנושיות, עם ביצועי שידור אטמוספריים טובים, יכולת חדירה חזקה לעשן בשדה הקרב, סודיות טובה ואינם מזוהים בקלות על ידי אויבים. ניגודיות הקרינה על מטרות צבאיות היא גדולה יחסית, ופותח מד טווח לייזר נייד לבטיחות עין אנושית לשימוש צבאי. 3. ניתן להוסיף Er3+ לזכוכית להכנהאדמה נדירהחומרי לייזר מזכוכית, שהוא כיום חומר הלייזר במצב מוצק עם אנרגיית פולס הפלט והספק המוצא הגבוהים ביותר. 4. Er3+ יכול לשמש גם כיון הפעלה לחומרי לייזר להמרה מעלה של אדמה נדירה. 5. בנוסף,תחמוצת ננו ארביוםיכול לשמש גם להפחתת צבע וצביעה של עדשות משקפיים וזכוכית גבישית.
תחמוצת איטריום ננומטרית (Y2O3)
השימושים העיקריים שלתחמוצת ננו איטריוםכוללים: 1. תוספים לפלדה וסגסוגות לא ברזליות. סגסוגות FeCr מכילות בדרך כלל 0.5% עד 4%תחמוצת ננו איטריום, אשר יכול לשפר את עמידות החמצון ואת המשיכות של פלדות אל חלד אלה; לאחר הוספת כמות מתאימה של עשירתחמוצת ננו איטריוםמְעוּרָבאדמה נדירהלסגסוגת MB26, הביצועים הכוללים של הסגסוגת השתפרו משמעותית, והיא יכולה להחליף כמה סגסוגות אלומיניום בחוזק בינוני עבור רכיבים נושאי עומס במטוסים; הוספת כמות קטנה של ננו איטריוםתחמוצת אדמה נדירהלסגסוגת Al Zr יכולה לשפר את המוליכות של הסגסוגת; סגסוגת זו אומצה על ידי רוב מפעלי החוטים המקומיים; מוֹסִיףתחמוצת ננו איטריוםלסגסוגות נחושת משפר מוליכות וחוזק מכני. 2. מכיל 6%תחמוצת ננו איטריוםניתן להשתמש בחומר קרמי מאלומיניום 2% סיליקון ניטריד לפיתוח רכיבי מנוע. 3. השתמש ב-400 וואטתחמוצת ננו ניאודימיוםקרן לייזר נופך אלומיניום לביצוע עיבוד מכני כגון קידוח, חיתוך וריתוך על רכיבים גדולים. 4. מסך הניאון של מיקרוסקופ האלקטרונים המורכב מפרוסות גביש בודדות Y-Al נופך בעל בהירות פלואורסצנטית גבוהה, ספיגה נמוכה של אור מפוזר, עמידות טובה בפני טמפרטורה גבוהה ובלאי מכני. 5. גבוהתחמוצת ננו איטריוםסגסוגות מובנות המכילות עד 90%תחמוצת ננו גדוליניוםיכול לשמש בתעופה ויישומים אחרים הדורשים צפיפות נמוכה ונקודת התכה גבוהה. 6. חומרים מוליכים פרוטונים בטמפרטורה גבוהה המכילים עד 90%תחמוצת ננו איטריוםהם בעלי משמעות רבה לייצור תאי דלק, תאים אלקטרוליטים ורכיבי חישת גז הדורשים מסיסות מימן גבוהה. בנוסף,תחמוצת ננו איטריוםמשמש גם כחומר ריסוס בטמפרטורה גבוהה, מדלל לדלק בכור אטומי, תוסף לחומרי מגנט קבוע וכמשאב בתעשיית האלקטרוניקה.
בנוסף לאמור לעיל, ננותחמוצות אדמה נדירותיכול לשמש גם בחומרי לבוש עם ביצועים בריאותיים וסביבתיים. מיחידת המחקר הנוכחית, לכולם יש כיוון מסוים: עמידות לקרינה אולטרה סגולה; זיהום אוויר וקרינה אולטרה סגולה מועדים למחלות עור וסרטן; מניעת זיהום מקשה על היצמדות מזהמים לבגדים; מחקר מתנהל גם בתחום הבידוד התרמי. בשל הקשיות וההזדקנות הקלה של העור, הוא נוטה ביותר לכתמי עובש בימים גשומים. נסחף פנימה עם ננותחמוצת צריום של אדמה נדירהיכול להפוך את העור לרך יותר, פחות נוטה להזדקנות ועובש, וגם נוח מאוד ללבישה. חומרי ציפוי ננו היו נושא חם גם במחקר ננו-חומרים בשנים האחרונות, כשהדגש העיקרי הוא על ציפויים פונקציונליים. ארצות הברית משתמשת ב-80 ננומטרY2O3כציפוי מגן אינפרא אדום, בעל יעילות גבוהה בהחזרת חום.CeO2בעל מקדם שבירה גבוה ויציבות גבוהה. כַּאֲשֵׁרננו תחמוצת איטריום אדמה נדירה, ננו תחמוצת לנתנום ותחמוצת ננו צריוםאבקה מתווספות לציפוי, הקיר החיצוני יכול להתנגד להזדקנות. מכיוון שציפוי הקיר החיצוני נוטה להזדקן וליפול עקב חשיפת הצבע לקרני השמש האולטרה סגולות וחשיפה ארוכת טווח לרוח ולשמש, תוספת שלתחמוצת צריוםותחמוצת איטריוםיכול להתנגד לקרינה אולטרה סגולה, וגודל החלקיקים שלו קטן מאוד.תחמוצת ננו צריוםמשמש כבולם האולטרה סגול, הוא צפוי לשמש למניעת הזדקנות מוצרי פלסטיק עקב קרינה אולטרה סגולה, כמו גם הזדקנות UV של טנקים, מכוניות, ספינות, מיכלי אחסון נפט וכו', ולמלא תפקיד בשלטי חוצות גדולים בחוץ
ההגנה הטובה ביותר היא לציפוי הקיר הפנימי למניעת עובש, לחות וזיהום, שכן גודל החלקיקים שלו קטן מאוד, מה שמקשה על דבק אבק לקיר וניתן לנגב אותו במים. יש עדיין שימושים רבים לננותחמוצות אדמה נדירותשזקוקים למחקר ופיתוח נוספים, ואנו מקווים בכנות שיהיה לו מחר מבריק יותר.
זמן פרסום: נובמבר-03-2023