レアアース酸化物を使用した蛍光ガラスの製造
レアアース酸化物を使用した蛍光ガラスの製造
触媒、ガラス製造、照明、冶金などの既存の産業は、長年にわたってレアアース元素を使用してきました。このような産業を合わせると、世界の総消費量の 59% を占めます。現在、バッテリー合金、セラミック、永久磁石などの新しい高成長分野でも、残りの 41% を占める希土類元素が使用されています。 ガラス製造の分野では、希土類酸化物が長年研究されてきました。より具体的には、これらの化合物の添加によりガラスの特性がどのように変化するか。ドロスバッハというドイツの科学者は、1800 年代にガラスを脱色するための希土類酸化物の混合物の特許を取得し、製造したときにこの研究を始めました。 他の希土類酸化物を含む粗製の形態ではあったものの、これがセリウムの最初の商業利用となった。セリウムは、1912 年にイギリスのクルックスによって、色を与えることなく紫外線吸収に優れていることが示されました。保護メガネとして非常に便利です。 エルビウム、イッテルビウム、およびネオジムは、ガラスで最も広く使用されている希土類元素です。光通信ではエルビウムドープシリカファイバーが広く使用されています。工学材料の加工にはイッテルビウムがドープされたシリカファイバーが使用され、慣性閉じ込め核融合に使用されるガラスレーザーにはネオジムがドープされたものが使用されます。ガラスの蛍光特性を変更できることは、ガラスにおける REO の最も重要な用途の 1 つです。 蛍光ガラスは、可視光下では普通に見え、特定の波長で励起すると鮮やかな色を発するという点で独特で、医療画像処理や生物医学研究から、試験媒体、トレースおよびアートガラスエナメルまで、多くの用途に使用されています。 溶融中にガラスマトリックスに直接組み込まれた REO を使用すると、蛍光を持続させることができます。蛍光コーティングのみを施した他のガラス素材は故障することがよくあります。 製造中に、構造内に希土類イオンが導入されると、光学ガラスの蛍光が発生します。入ってくるエネルギー源を使用してこれらの活性イオンを直接励起すると、REE の電子は励起状態に引き上げられます。より長い波長とより低いエネルギーの発光は、励起状態を基底状態に戻します。 これは、無機ガラス微小球をバッチに挿入して、多数の製品タイプの製造元とロット番号を識別できるため、工業プロセスにおいて特に役立ちます。 製品の輸送は微小球の影響を受けませんが、紫外線がバッチに照射されると特定の色の光が生成され、材料の出所を正確に判断することができます。これは、粉末、プラスチック、紙、液体など、あらゆる種類の材料で可能です。 さまざまな REO の正確な比率、粒子サイズ、粒子サイズ分布、化学組成、蛍光特性、色、磁気特性、放射能などのパラメーターの数を変更することにより、微小球には膨大な多様性が提供されます。 また、ガラスから蛍光微小球を製造することは、様々な程度に REO をドープでき、高温、高応力に耐え、化学的に不活性であるため、有利です。ポリマーと比較して、それらはこれらすべての分野で優れているため、製品中ではるかに低い濃度で使用できます。 シリカガラス中の REO の溶解度が比較的低いことは、特にドーピング濃度が平衡溶解度より高い場合、希土類クラスターの形成につながる可能性があるため、潜在的な制限の 1 つであり、クラスターの形成を抑制するための特別な措置が必要です。
投稿時間: 2021 年 11 月 29 日