חומרי אדמה נדירים ננומטריים, כוח חדש במהפכה התעשייתית

ננוטכנולוגיה היא תחום בינתחומי חדש שפותח בהדרגה בסוף שנות ה-80 ותחילת שנות ה-90. מכיוון שיש לו פוטנציאל גדול ליצור תהליכי ייצור חדשים, חומרים חדשים ומוצרים חדשים, הוא יניע מהפכה תעשייתית חדשה במאה החדשה. רמת הפיתוח הנוכחית של ננו-מדע וננו-טכנולוגיה דומה לזו של טכנולוגיית מחשב ומידע בשנות ה-50. רוב המדענים המחויבים לתחום זה חוזים שלפיתוח הננוטכנולוגיה תהיה השפעה רחבה ומרחיקת לכת על היבטים רבים של הטכנולוגיה. מדענים מאמינים שיש לו תכונות מוזרות וביצועים ייחודיים, השפעות הכליאה העיקריות שמובילות לתכונות המוזרות של חומרי אדמה נדירים בננו הן אפקט משטח ספציפי, אפקט בגודל קטן, אפקט ממשק, אפקט שקיפות, אפקט מנהרה ואפקט קוונטי מקרוסקופי. השפעות אלו הופכות את התכונות הפיזיקליות של מערכת הננו לשונות מאלו של חומרים קונבנציונליים באור, חשמל, חום ומגנטיות, ומציגות תכונות חדשות רבות. בעתיד, ישנם שלושה כיוונים עיקריים עבור מדענים לחקור ולפתח ננוטכנולוגיה: הכנה ויישום של ננו חומרים עם ביצועים מצוינים; לתכנן ולהכין מכשירים וציוד ננו שונים; איתור וניתוח המאפיינים של ננו-אזורים. נכון לעכשיו, לננו אדמה נדירה יש בעיקר את כיווני היישום הבאים, ויש לפתח עוד את היישום שלו בעתיד.

תחמוצת לנתנום ננומטרית (La2O3)

תחמוצת לנטנום ננומטרית מיושמת על חומרים פיזואלקטריים, חומרים אלקטרו-תרמיים, חומרים תרמו-אלקטריים, חומרים עמידים במגנטים, חומרים זוהרים (אבקה כחולה), חומרים לאחסון מימן, זכוכית אופטית, חומרי לייזר, חומרי סגסוגת שונים, זרזים להכנת מוצרים כימיים אורגניים וזרזים לנטרול. פליטת מכוניות וסרטים חקלאיים בהמרה קלה מיושמים גם על תחמוצת לנטנום ננומטרית.

ננומטר תחמוצת צריום (CeO2)

השימושים העיקריים של תחמוצת ננו סריום הם כדלקמן: 1. כתוסף זכוכית, תחמוצת ננו סריום יכולה לספוג קרניים אולטרה סגולות וקרני אינפרא אדום, והוא הוחל על זכוכית רכב. זה לא רק יכול למנוע קרניים אולטרה סגולות, אלא גם להפחית את הטמפרטורה בתוך המכונית, ובכך לחסוך בחשמל למיזוג אוויר. 2. היישום של תחמוצת ננו cerium בזרז טיהור פליטה של מכוניות יכול למנוע ביעילות כמות גדולה של גז פליטה של מכוניות להיפלט לאוויר.3. ניתן להשתמש בתחמוצת ננו-צריום בפיגמנט לצבע פלסטיק, וכן ניתן להשתמש בתעשיות ציפוי, דיו ונייר. 4. היישום של תחמוצת ננו cerium בחומרי ליטוש הוכר באופן נרחב כדרישת דיוק גבוהה לליטוש פרוסות סיליקון ותשתיות ספיר קריסטל בודדות.5. בנוסף, ניתן ליישם ננו תחמוצת סריום גם על חומרי אחסון מימן, חומרים תרמו-אלקטריים, אלקטרודות טונגסטן ננו צריום אוקסיד, קבלים קרמיים, קרמיקה פיזואלקטרית, חומרים שוחקים ננו צריום אוקסיד סיליקון קרביד, חומרי גלם לתאי דלק, זרזי בנזין קבועים, כמה חומרים מגנטיים קבועים, פלדות סגסוגת שונות ומתכות לא ברזליות וכו'.

ננומטר תחמוצת פרסאודימיום (Pr6O11)

השימושים העיקריים של תחמוצת פרסאודימיום ננומטרית הם כדלקמן: 1. הוא נמצא בשימוש נרחב בבניית קרמיקה וקרמיקה לשימוש יומיומי. ניתן לערבב אותו עם זיגוג קרמי כדי ליצור זיגוג צבעוני, וניתן להשתמש בו גם כפיגמנט תת-זיגוג בלבד. הפיגמנט המוכן הוא צהוב בהיר עם גוון טהור ואלגנטי. 2. הוא משמש לייצור מגנטים קבועים ונמצא בשימוש נרחב במכשירים ומנועים אלקטרוניים שונים. 3. הוא משמש לפיצוח קטליטי של נפט. ניתן לשפר את הפעילות, הסלקטיביות והיציבות של הקטליזה. 4. ניתן להשתמש בתחמוצת ננו-פראזודימיום גם לליטוש שוחק. בנוסף, היישום של תחמוצת פרסאודימיום ננומטרית בתחום הסיבים האופטיים הוא נרחב יותר ויותר. תחמוצת נאודיום ננומטרית (Nd2O3) תחמוצת ניאודימיום ננומטרית הפכה לנקודה חמה בשוק במשך שנים רבות בגלל מיקומה הייחודי בתחום כדורי הארץ הנדירים. תחמוצת ננו-נאודימיום מיושמת גם על חומרים לא ברזליים. הוספת תחמוצת ננו-נאודימיום של 1.5% ~ 2.5% לתוך מגנזיום או סגסוגת אלומיניום יכולה לשפר את ביצועי הטמפרטורה הגבוהה, אטימות האוויר ועמידות הקורוזיה של הסגסוגת, והיא נמצאת בשימוש נרחב כחלל חומר לתעופה. בנוסף, נופך אלומיניום ננו איטריום המסומם בננו תחמוצת נאודיום מייצר קרן לייזר עם גלים קצרים, הנמצאת בשימוש נרחב לריתוך וחיתוך חומרים דקים בעובי מתחת ל-10 מ"מ בתעשייה. בצד הרפואי, לייזר ננו-YAG מסומם בננו-Nd _ 2O _ 3 משמש להסרת פצעי ניתוח או חיטוי פצעים במקום סכינים ניתוחיות. תחמוצת ניאודימיום ננומטרית משמשת גם לצביעת זכוכית וחומרים קרמיים, מוצרי גומי ותוספים.

חלקיקי תחמוצת סמריון (Sm2O3)

השימושים העיקריים של תחמוצת סמריום בגודל ננו הם: תחמוצת סמריום בגודל ננו היא צהוב בהיר, אשר מיושם על קבלים וזרזים קרמיים. בנוסף, תחמוצת סמריום בגודל ננו היא בעלת תכונות גרעיניות, והיא יכולה לשמש כחומר מבני, חומר מיגון וחומר בקרה של כור אנרגיה אטומית, כך שניתן להשתמש בבטחה באנרגיה העצומה שנוצרת מביקוע גרעיני. ננו-חלקיקים של תחמוצת אירופיום (Eu2O3) משמשים בעיקר בזרחן. Eu3+ משמש כמפעיל של זרחן אדום, ו- Eu2+ משמש כזרחן כחול. Y0O3:Eu3+ הוא הזרחן הטוב ביותר ביעילות האור, יציבות הציפוי, עלות השחזור וכו', והוא נמצא בשימוש נרחב בגלל שיפור יעילות האור והניגודיות. לאחרונה, תחמוצת ננו אירופיום משמשת גם כזרחן פליטה מגורה עבור מערכת אבחון רפואית חדשה של קרני רנטגן. תחמוצת ננו-אירופיום יכולה לשמש גם לייצור עדשות צבעוניות ומסננים אופטיים, עבור התקני אחסון בועות מגנטיות, ויכולה גם להראות את כישרונותיה ב חומרי בקרה, חומרי מיגון וחומרים מבניים של כורים אטומיים. הזרחן האדום מסוג גדוליניום אירופיום (Y2O3:Eu3+) הוכן על ידי שימוש בתחמוצת ננו איטריום (Y2O3) וננו תחמוצת אירופיום (Eu2O3) כחומרי גלם. כאשר השתמשו בו להכנת זרחן טריקולור אדמה נדירה, נמצא כי: (א) ניתן לערבב בצורה טובה ואחידה עם אבקה ירוקה ואבקה כחולה; (ב) ביצועי ציפוי טובים; (ג) מכיוון שגודל החלקיקים של אבקה אדומה קטן, שטח הפנים הספציפי גדל ומספר החלקיקים הזוהרים גדל, ניתן להפחית את כמות האבקה האדומה בזרחנים תלת-צבעוניים של אדמה נדירה, וכתוצאה מכך עלות נמוכה יותר.

ננו-חלקיקים של תחמוצת גדוליניום (Gd2O3)

השימושים העיקריים שלו הם כדלקמן: 1. הקומפלקס הפראמגנטי המסיס במים שלו יכול לשפר את אות הדמיית ה-NMR של גוף האדם בטיפול רפואי. 2. תחמוצת גופרית בסיס יכולה לשמש כרשת מטריצה של צינור אוסילוסקופ ומסך רנטגן עם בהירות מיוחדת. 3. תחמוצת ננו-גדוליניום בנופף ננו-גדוליניום גליום הוא מצע יחיד אידיאלי לזיכרון בועות מגנטיות. 4. כאשר אין מגבלת מחזור Camot, זה יכול לשמש כמדיום קירור מגנטי מוצק. 5. הוא משמש כמעכב לשליטה ברמת תגובת השרשרת של תחנות כוח גרעיניות כדי להבטיח את בטיחותן של תגובות גרעיניות. בנוסף, השימוש בתחמוצת ננו-גדוליניום ותחמוצת ננו-לנתנום מועיל לשנות את אזור הזגוג ולשפר את היציבות התרמית של זכוכית. תחמוצת הננו גדוליניום יכולה לשמש גם לייצור קבלים ומסכים מעצימים קרני רנטגן. כיום, העולם עושה מאמצים רבים לפתח את היישום של תחמוצת ננו-גדוליניום וסגסוגותיו בקירור מגנטי, ועשה התקדמות פורצת דרך

חלקיקי ננו-תחמוצת טרביום (Tb4O7)

תחומי היישום העיקריים הם כדלקמן: 1. זרחנים משמשים כמפעילים של אבקה ירוקה בזרחן טריקולור, כגון מטריצת פוספט המופעלת על ידי תחמוצת ננו טרביום, מטריצת סיליקט המופעלת על ידי תחמוצת ננו טרביום ומטריצת ננו צריום תחמוצת מגנזיום אלומינאט המופעלת על ידי ננו טרביום. תחמוצת, שכולן פולטות אור ירוק במצב נרגש. 2. חומרי אחסון מגנטו-אופטיים, בשנים האחרונות נחקרו ופותחו חומרים מגנטו-אופטיים של תחמוצת ננו-טרביום. הדיסק המגנטו-אופטי העשוי מסרט אמורפי Tb-Fe משמש כאלמנט אחסון במחשב, וניתן להגדיל את קיבולת האחסון פי 10~15. 3. זכוכית מגנטו-אופטית, זכוכית פעילה אופטית של Faraday המכילה תחמוצת טרביום ננומטרית, היא חומר מפתח לייצור מסובבים, מבודדים, מבטלים ונמצאת בשימוש נרחב בטכנולוגיית לייזר. ננומטר תחמוצת טרביום ננומטרית תחמוצת דיספרוזיום משמשת בעיקר בסונאר, והייתה בשימוש נרחב משמש בתחומים רבים, כגון מערכת הזרקת דלק, בקרת שסתומי נוזל, מיקום מיקרו, מפעיל מכני, מנגנון ווסת כנף של טלסקופ חלל מטוסים. השימושים העיקריים של תחמוצת ננו דיספרוזיום Dy2O3 הם: 1. תחמוצת ננו-דיספרוסיום משמשת כמפעיל של זרחן, ותחמוצת ננו-דיספרוסיום משולשת היא יון הפעלה מבטיח של חומרים זוהרים תלת-צבעוניים עם מרכז זוהר יחיד. הוא מורכב בעיקר משתי פסי פליטה, האחד הוא פליטת אור צהוב, השני הוא פליטת אור כחול, וחומרים זוהרים המסוימים בתחמוצת ננו-דיספרוסיום יכולים לשמש כזרחנים משולשים.2. תחמוצת דיספרוזיום ננומטרית היא חומר גלם מתכת הכרחי להכנת סגסוגת טרפנול עם תחמוצת ננו-טרביום מסגסוגת מגנטוסטריקטית גדולה ותחמוצת ננו-דיספרוסיום, שיכולות לממש כמה פעילויות מדויקות של תנועה מכנית. 3. מתכת תחמוצת דיספרוזיום ננומטרית יכולה לשמש כחומר אחסון מגנטו-אופטי עם מהירות הקלטה גבוהה ורגישות קריאה. 4. משמש להכנת מנורת תחמוצת דיספרוזיום ננומטרית. חומר העבודה המשמש במנורת תחמוצת ננו דיספרוסיום הוא תחמוצת ננו דיספרוזיום, שיש לו את היתרונות של בהירות גבוהה, צבע טוב, טמפרטורת צבע גבוהה, גודל קטן וקשת יציבה. משמש כמקור תאורה לסרט והדפסה. 5. תחמוצת דיספרוזיום ננומטרית משמשת למדידת ספקטרום אנרגיית נויטרונים או כבולם נויטרונים בתעשיית האנרגיה האטומית בגלל שטח החתך הגדול שלו לכידת נויטרונים.

הו _ 2O _ 3 ננומטר

השימושים העיקריים של תחמוצת ננו-הולמיום הם כתוסף של מנורת הלוגן מתכת, מנורת הלוגן מתכת היא מעין מנורת פריקת גז, אשר פותחה על בסיס מנורת כספית בלחץ גבוה, והמאפיין שלה הוא שהנורה מלאה בהלידי אדמה נדירים שונים. כיום, משתמשים בעיקר ביודי אדמה נדירים, אשר פולטים קווים ספקטרליים שונים בעת פריקת גז. החומר הפועל במנורת תחמוצת ננו-הולמיום הוא יודיד ננו-הולמיום, שיכול להשיג ריכוז אטומי מתכת גבוה יותר באזור הקשת, ובכך משפר מאוד את יעילות הקרינה. 2. תחמוצת הולמיום ננומטרית יכולה לשמש כתוסף של ברזל איטריום או נופך אלומיניום איטריום; 3. תחמוצת ננו-הולמיום יכולה לשמש כנופך ברזל איטריום מאלומיניום (Ho:YAG), שיכול לפלוט לייזר של 2 מיקרומטר, וקצב הספיגה של רקמה אנושית ללייזר 2 מיקרומטר גבוה. זה גבוה כמעט בשלושה סדרי גודל מ-Hd: YAG0. לכן, בעת שימוש בלייזר Ho:YAG לתפעול רפואי, זה לא רק יכול לשפר את יעילות הפעולה והדיוק, אלא גם להפחית את אזור הנזק התרמי לגודל קטן יותר. הקרן החופשית שנוצרת על ידי גביש ננו הולמיום תחמוצת יכולה לסלק שומן מבלי ליצור חום מוגזם, ובכך להפחית את הנזק התרמי הנגרם על ידי רקמות בריאות. מדווח כי הטיפול בגלאוקומה בלייזר הולמיום תחמוצת ננומטר בארה"ב יכול להפחית את הכאב של כִּירוּרגִיָה. 4. בסגסוגת מגנטוסטריקטיבה Terfenol-D, ניתן להוסיף גם כמות קטנה של תחמוצת הולמיום בגודל ננו כדי להפחית את השדה החיצוני הנדרש למגנטיזציה רוויה של הסגסוגת.5. בנוסף, סיבים אופטיים מסוממים בננו-הולמיום אוקסיד יכולים לשמש לייצור התקני תקשורת אופטיים כגון לייזרים סיבים אופטיים, מגברי סיבים אופטיים, חיישני סיבים אופטיים וכו'. זה ימלא תפקיד חשוב יותר בתקשורת המהירה של סיבים אופטיים של ימינו.

ננומטרי תחמוצת איטריום (Y2O3)

השימושים העיקריים של תחמוצת ננו איטריום הם כדלקמן: 1. תוספים לפלדה וסגסוגות לא ברזליות. סגסוגת FeCr מכילה בדרך כלל 0.5% ~ 4% ננו תחמוצת איטריום, שיכולה לשפר את עמידות החמצון ואת המשיכות של פלדות אל-חלד אלה לאחר הוספת כמות נאותה של אדמה נדירה מעורבת עשירה בננומטרי תחמוצת איטריום לסגסוגת MB26, התכונות המקיפות של הסגסוגת היו ללא ספק. השתפר אתמול, זה יכול להחליף כמה סגסוגות אלומיניום בינוניות וחזקות עבור הרכיבים הלחוצים של מטוסים; הוספת כמות קטנה של ננו איטריום אוקסיד אדמה נדירה לתוך סגסוגת Al-Zr יכולה לשפר את המוליכות של הסגסוגת; הסגסוגת אומצה על ידי רוב מפעלי החוטים בסין. תחמוצת ננו-איטריום הוספה לסגסוגת נחושת כדי לשפר את המוליכות והחוזק המכני. 2. חומר קרמי סיליקון ניטריד המכיל 6% תחמוצת ננו איטריום ו-2% אלומיניום. ניתן להשתמש בו לפיתוח חלקי מנוע. 3. קידוח, חיתוך, ריתוך ועיבודים מכניים אחרים מתבצעים על רכיבים בקנה מידה גדול על ידי שימוש בקרן לייזר נופך אלומיניום נאנודימיום אוקסיד בהספק של 400 וואט. 4. מסך מיקרוסקופ האלקטרונים המורכב מגריסטל יחיד מסוג Y-Al בעל בהירות פלואורסצנטית גבוהה, קליטה נמוכה של אור מפוזר, ועמידות טובה בטמפרטורה גבוהה ועמידות בפני שחיקה מכנית.5. ניתן ליישם סגסוגת מבנה תחמוצת איטריום ננו גבוהה המכילה 90% תחמוצת ננו גדוליניום וניתנת ליישום בתעופה ובאירועים אחרים הדורשים צפיפות נמוכה ונקודת התכה גבוהה. 6. חומרים מוליכים פרוטונים בטמפרטורה גבוהה המכילים 90% תחמוצת ננו איטריום הם בעלי משמעות רבה לייצור תאי דלק, תאים אלקטרוליטיים וחיישני גז הדורשים מסיסות מימן גבוהה. בנוסף, תחמוצת ננו-יטטריום משמשת גם כחומר עמיד להתזה בטמפרטורה גבוהה, מדלל של דלק כור אטומי, תוסף של חומר מגנט קבוע וגטר בתעשייה האלקטרונית.

בנוסף לאמור לעיל, ניתן להשתמש בתחמוצות אדמה נדירות של ננו גם בחומרי לבוש לשמירה על בריאות האדם והגנת הסביבה. מיחידות המחקר הנוכחיות, לכולם יש כיוונים מסוימים: קרינה אנטי אולטרה סגולה; זיהום אוויר וקרינה אולטרה סגולה מועדים למחלות עור וסרטן עור; מניעת זיהום מקשה על היצמדות מזהמים לבגדים; זה גם נחקר בכיוון של שמירה נגד חום. מכיוון שעור קשה וקל ליישן, הוא נוטה ביותר לטחב בימים גשומים. ניתן לרכך את העור על ידי הלבנה בננו תחמוצת cerium אדמה נדירה, שאינה קלה ליישון וטחב, והיא נוחה ללבישה. בשנים האחרונות, חומרי ציפוי ננו נמצאים במוקד גם מחקר ננו-חומרים, ועיקר המחקר מתמקד בציפויים פונקציונליים. Y2O3 עם 80nm בארצות הברית יכול לשמש כציפוי מגן אינפרא אדום. היעילות של החזרת חום גבוהה מאוד. ל-CeO2 מקדם שבירה גבוה ויציבות גבוהה. כאשר מוסיפים לציפוי ננו תחמוצת איטריום אדמה נדירה, תחמוצת ננו לנתנום ואבקת תחמוצת ננו סריום, הקיר החיצוני יכול להתנגד להזדקנות, מכיוון שקל להזדקן ולנשור את ציפוי הקיר החיצוני מכיוון שהצבע חשוף לאור שמש ולקרני אולטרה סגול. במשך זמן רב, והוא יכול להתנגד לקרני אולטרה סגול לאחר הוספת תחמוצת צריום ותחמוצת איטריום. יתר על כן, גודל החלקיקים שלו קטן מאוד, וננו תחמוצת סריום משמשת כבולם אולטרה סגול, אשר צפוי לשמש למניעת הזדקנות הפלסטיק מוצרים הנובעים מקרינה אולטרה סגולה, טנקים, מכוניות, ספינות, מיכלי אחסון נפט וכו', שיכולים להגן בצורה הטובה ביותר על שלטי חוצות גדולים חיצוניים ולמנוע טחב, לחות וזיהום עבור ציפוי קירות פנים. בגלל גודל החלקיקים הקטן שלו, אבק לא קל להידבק לקיר. וניתן לקרצף אותו במים. יש עדיין שימושים רבים בתחמוצות אדמה נדירות של ננו שצריך לחקור ולפתח עוד, ואנו מקווים מאוד שיהיה לה עתיד מזהיר יותר.