Нанометрлік сирек жер материалдары, өнеркәсіптік революцияның жаңа күші

Нанометрлік сирек жер материалдары, өнеркәсіптік революцияның жаңа күші

Нанотехнология – 1980 жылдардың соңы мен 1990 жылдардың басында біртіндеп дамып келе жатқан жаңа пәнаралық сала. Оның жаңа өндіріс процестерін, жаңа материалдар мен жаңа өнімдерді жасау мүмкіндігі зор болғандықтан, ол жаңа ғасырда жаңа өнеркәсіптік революцияны бастайды. Наноғылым мен нанотехнологияның қазіргі даму деңгейі 1950 жылдардағы компьютерлік және ақпараттық технологиялармен ұқсас. Осы салаға берілген ғалымдардың көпшілігі нанотехнологияның дамуы технологияның көптеген аспектілеріне кең және ауқымды әсер етеді деп болжайды. Ғалымдар оның таңғаларлық қасиеттері мен бірегей өнімділігі бар деп санайды.Нано сирек жер материалдарының оғаш қасиеттеріне әкелетін негізгі оқшаулау эффектілері - спецификалық беттік эффект, шағын өлшемді эффект, интерфейс әсері, мөлдірлік әсері, туннель эффектісі және макроскопиялық кванттық эффект. Бұл әсерлер наножүйенің физикалық қасиеттерін жарық, электр, жылу және магнетизмдегі кәдімгі материалдардан ерекшелендіреді және көптеген жаңа мүмкіндіктерді ұсынады. Болашақта ғалымдардың нанотехнологияны зерттеу және дамыту үшін үш негізгі бағыты бар: дайындау және қолдану тамаша өнімділігі бар наноматериалдардың; Түрлі нано құрылғылар мен жабдықтарды жобалау және дайындау; Нано-аймақтардың қасиеттерін анықтау және талдау. Қазіргі уақытта нано сирек жер негізінен келесі қолдану бағыттарына ие және оны қолдану болашақта одан әрі дамытуды қажет етеді.

Нанометр лантан оксиді (La2O3)

Нанометрлік лантан оксиді пьезоэлектрлік материалдарға, электротермиялық материалдарға, термоэлектрлік материалдарға, магнитке төзімді материалдарға, люминесцентті материалдарға (көк ұнтақ), сутегі сақтау материалдарына, оптикалық шыныға, лазерлік материалдарға, әртүрлі легирленген материалдарға, органикалық химиялық өнімдерді дайындауға арналған катализаторларға және бейтараптандыруға арналған катализаторларға қолданылады. нанометрлік лантан оксидіне автомобиль шығарындылары және жеңіл конверсиялық ауылшаруашылық пленкалары да қолданылады.

Нанометрлік церий оксиді (CeO2)

Наноцерий оксидінің негізгі қолданылуы төмендегідей: 1. Шыны қоспасы ретінде наноцерий оксиді ультракүлгін сәулелер мен инфрақызыл сәулелерді сіңіре алады және автомобиль шынысына қолданылады. Ол ультракүлгін сәулелердің алдын алып қана қоймайды, сонымен қатар көлік ішіндегі температураны төмендетеді, осылайша кондиционерлеу үшін электр энергиясын үнемдейді. 2. Автокөлік пайдаланылған газдарды тазарту катализаторында наноцерий оксидін қолдану автомобиль пайдаланылған газдың ауаға шығарылуын тиімді болдырмайды.3. Нано-церий оксидін пигментте пластикті бояу үшін қолдануға болады, сонымен қатар бояу, бояу және қағаз өнеркәсібінде де қолдануға болады. 4. Наноцерий оксидін жылтырату материалдарында қолдану кремний пластиналары мен сапфир монокристалды субстраттарды жылтырату үшін жоғары дәлдік талабы ретінде кеңінен танылды.5. Сонымен қатар, наноцерий оксиді сутегі сақтау материалдарына, термоэлектрлік материалдарға, наноцерий оксиді вольфрам электродтарына, керамикалық конденсаторларға, пьезоэлектрлік керамикаға, наноцерий оксиді кремний карбиді абразивтерге, жанармай жасушаларының шикізаттарына, бензиннің тұрақты магниттік материалдарына, кейбіреулеріне қолданылуы мүмкін. әртүрлі легирленген болаттар мен түсті металдар және т.б.

Нанометрлік празеодим оксиді (Pr6O11)

Нанометрлік празеодим оксидінің негізгі қолданылуы төмендегідей: 1. Ол құрылыс керамикасында және күнделікті қолданылатын керамикада кеңінен қолданылады. Оны түрлі-түсті глазурь жасау үшін керамикалық глазурьмен араластыруға болады, сонымен қатар тек глазурь пигменті ретінде пайдалануға болады. Дайындалған пигмент таза және талғампаз реңкпен ашық сары. 2. Тұрақты магниттер жасау үшін қолданылады және әртүрлі электронды құрылғылар мен қозғалтқыштарда кеңінен қолданылады. 3. Мұнай каталитикалық крекинг үшін қолданылады. Катализдің белсенділігін, селективтілігін және тұрақтылығын жақсартуға болады. 4. Нано-празеодим оксиді абразивті жылтырату үшін де пайдаланылуы мүмкін. Сонымен қатар, оптикалық талшықтар саласында нанометрлік празеодим оксидінің қолданылуы барған сайын кеңейді. Нанометрлік неодим оксиді (Nd2O3) Нанометрлік неодим оксиді сирек кездесетін металдар саласындағы бірегей позициясына байланысты көптеген жылдар бойы нарықта ыстық нүктеге айналды. Нано-неодим оксиді түсті материалдарға да қолданылады. Магний немесе алюминий қорытпасына 1,5% ~ 2,5% нанонеодим тотығын қосу қорытпаның жоғары температуралық өнімділігін, ауа өткізбейтіндігін және коррозияға төзімділігін жақсартады және ол аэроғарыш ретінде кеңінен қолданылады. авиацияға арналған материал. Сонымен қатар, нано неодим оксиді қосылған нано иттрий алюминий гранаты қысқа толқынды лазер сәулесін шығарады, ол өнеркәсіпте қалыңдығы 10 мм-ден төмен жұқа материалдарды дәнекерлеу және кесу үшін кеңінен қолданылады. Медициналық жағынан, nano-Nd _ 2O _ 3 қоспасы бар Nano-YAG лазері хирургиялық пышақтардың орнына хирургиялық жараларды жою немесе жараларды дезинфекциялау үшін қолданылады. Нанометрлік неодим оксиді шыны мен керамикалық материалдарды, резеңке бұйымдарды және қоспаларды бояу үшін де қолданылады.

Самарий оксиді нанобөлшектері (Sm2O3)

Нано өлшемді самарий оксидінің негізгі қолданылуы: нано өлшемді самарий оксиді ашық сары, ол керамикалық конденсаторлар мен катализаторларға қолданылады. Сонымен қатар, нано өлшемді самарий оксиді ядролық қасиеттерге ие және құрылымдық материал, қорғаныс материалы және атом энергиясы реакторының басқару материалы ретінде пайдаланылуы мүмкін, осылайша ядролық ыдырау нәтижесінде пайда болатын үлкен энергия қауіпсіз пайдаланылуы мүмкін. Еуропий оксидінің нанобөлшектері (Eu2O3) көбіне люминофорларда қолданылады. Eu3+ қызыл фосфордың активаторы ретінде, ал Eu2+ көк фосфор ретінде қолданылады. Y0O3:Eu3+ - жарық тиімділігі, жабын тұрақтылығы, қалпына келтіру құны және т.б. бойынша ең жақсы фосфор және ол жарық тиімділігі мен контрастты жақсартуға байланысты кеңінен қолданылады. Жақында наноевропий оксиді жаңа рентгендік медициналық диагностика жүйесі үшін ынталандырылған шығарынды фосфоры ретінде де қолданылады. Нано-еуропий оксиді түрлі-түсті линзалар мен оптикалық сүзгілер жасау үшін, магниттік көпіршікті сақтау құрылғылары үшін де қолданыла алады, сонымен қатар өзінің талантын көрсете алады. бақылау материалдары, қорғаныс материалдары және атомдық реакторлардың құрылымдық материалдары. Шикізат ретінде наноиттрий оксиді (Y2O3) және наноевропий оксиді (Eu2O3) пайдалану арқылы ұсақ бөлшек гадолиний еуропий оксиді (Y2O3:Eu3+) қызыл фосфор дайындалды. Оны сирек жер үш түсті люминофорын дайындау үшін пайдаланған кезде мыналар анықталды: (а) жасыл ұнтақ пен көк ұнтақпен жақсы және біркелкі араласуы мүмкін; (b) жабынның жақсы өнімділігі; (c) Қызыл ұнтақтың бөлшектерінің өлшемі кішкентай болғандықтан, меншікті бетінің ауданы ұлғаяды және люминесцентті бөлшектердің саны артады, сирек жер үш түсті люминофорларындағы қызыл ұнтақтың мөлшерін азайтуға болады, нәтижесінде құны төмен болады.

Гадолиний оксидінің нанобөлшектері (Gd2O3)

Оның негізгі қолданылуы төмендегідей: 1. Оның суда еритін парамагниттік кешені медициналық емдеуде адам денесінің ЯМР бейнелеу сигналын жақсарта алады. 2. Негізгі күкірт оксидін осциллограф түтігінің матрицалық торы және ерекше жарықтығы бар рентгендік экран ретінде пайдалануға болады. 3. Нано-гадолиний галлий гранатындағы нано-гадолиний оксиді магниттік көпіршікті жады үшін тамаша жалғыз субстрат болып табылады. 4. Camot циклінің шегі болмаса, оны қатты магнитті салқындату ортасы ретінде пайдалануға болады. 5. Ядролық реакциялардың қауіпсіздігін қамтамасыз ету үшін атом электр станцияларының тізбекті реакция деңгейін бақылау үшін ингибитор ретінде қолданылады. Сонымен қатар, нано-гадолиний оксиді мен нано-лантан оксидін пайдалану шыныдан тазарту аймағын өзгертуге және шынының термиялық тұрақтылығын жақсартуға көмектеседі. Наногадолиний оксиді конденсаторлар мен рентгендік күшейтетін экрандарды өндіру үшін де пайдаланылуы мүмкін. Қазіргі уақытта әлем магниттік тоңазытқышта нано-гадолиний оксиді мен оның қорытпаларын қолдануды дамытуға үлкен күш салуда және серпінді прогреске қол жеткізді.

Тербия оксидінің нанобөлшектері (Tb4O7)

Негізгі қолдану өрістері төмендегідей: 1. Фосфорлар нанотербий оксидімен белсендірілген фосфат матрицасы, нанотербий оксидімен белсендірілген силикатты матрица және наноцерий оксиді магний алюминат матрицасы арқылы белсендірілген үш түсті люминофорлардағы жасыл ұнтақтың активаторлары ретінде пайдаланылады. оксид, олардың барлығы қозғалған күйде жасыл жарық шығарады. 2. Магниттік-оптикалық сақтау материалдары.Соңғы жылдары нано-тербиум тотығы магнитті-оптикалық материалдар зерттеліп, әзірленді. Компьютерді сақтау элементі ретінде Tb-Fe аморфты пленкадан жасалған магниттік-оптикалық диск қолданылады, ал сақтау сыйымдылығын 10~15 есе арттыруға болады. 3. Магниттік-оптикалық шыны, Фарадей оптикалық белсенді шыны құрамында нанометрлік тербий оксиді бар, ротаторлар, изоляторлар, ануляторлар жасау үшін негізгі материал болып табылады және лазерлік технологияда кеңінен қолданылады. Нанометрлік тербий оксиді нанометр диспрозия оксиді негізінен сонарда қолданылады және кеңінен таралған. жанармай бүрку жүйесі, сұйық клапанды басқару, микропозициялау, механикалық жетек, әуе кемесінің ғарыштық телескопының механизмі және қанат реттеушісі сияқты көптеген салаларда қолданылады. Dy2O3 нано диспрозия оксидінің негізгі қолданылуы: 1. Нано-диспрозий оксиді фосфордың активаторы ретінде пайдаланылады, ал үш валентті нано-диспрозия оксиді бір люминесцентті центрі бар үш түсті люминесцентті материалдардың перспективті белсендіруші ионы болып табылады. Ол негізінен екі сәулелену жолағынан тұрады, біреуі сары жарық сәулеленуі, екіншісі көк жарық сәулеленуі және үш түсті люминофорлар ретінде нано-диспрозий оксидімен легирленген люминесцентті материалдарды пайдалануға болады.2. Нанометрлік диспрозия оксиді - бұл механикалық қозғалыстың кейбір нақты әрекеттерін жүзеге асыра алатын үлкен магнитостриктивтік қорытпасы нано-тербия оксиді және нано-диспрозий оксиді бар терфенол қорытпасын дайындау үшін қажетті металл шикізаты. 3. Нанометрлік диспрозия оксиді металын жазу жылдамдығы және оқу сезімталдығы жоғары магнитті-оптикалық сақтау материалы ретінде пайдалануға болады. 4. Нанометрлік диспрозия оксиді шамын дайындау үшін қолданылады. Нано диспрозия оксиді шамында қолданылатын жұмыс заты жоғары жарықтылық, жақсы түс, жоғары түс температурасы, шағын өлшем және тұрақты доғаның артықшылықтары бар нано диспрозия оксиді болып табылады. фильм және басып шығару үшін жарық көзі ретінде пайдаланылады. 5. Нанометрлік диспрозия оксиді нейтрондық энергия спектрін өлшеу үшін немесе нейтронды ұстау қимасының үлкен ауданына байланысты атом энергетикасында нейтрон жұтқышы ретінде пайдаланылады.

Ho _ 2O _ 3 нанометр

Нано-гольмий оксидінің негізгі қолданылуы келесідей: 1. Металл галогендік шамның қоспасы ретінде металл галоген шамы жоғары қысымды сынапты шам негізінде жасалған газ разрядты шамның бір түрі болып табылады және оның сипаттамасы шамның әртүрлі сирек жер галогенидтерімен толтырылғаны. Қазіргі уақытта, негізінен, сирек жер йодидтері пайдаланылады, олар газ разрядтары кезінде әртүрлі спектрлік сызықтарды шығарады. Нано-гольмий оксиді шамында қолданылатын жұмыс заты - доға аймағында жоғары металл атомының концентрациясын алуға болатын нано-голмий оксиді йодиді, осылайша радиацияның тиімділігін айтарлықтай арттырады. 2. Нанометрлік гольмий оксиді иттрий теміріне немесе иттрий алюминий гранатының қоспасы ретінде пайдаланылуы мүмкін; 3. Нано-голмий оксиді иттрий темір алюминий гранаты (Ho:YAG) ретінде пайдаланылуы мүмкін, ол 2 мкм лазерді шығара алады және адам тінінің 2 мкм лазерге сіңіру жылдамдығы жоғары. Бұл Hd шамасынан үш рет дерлік жоғары: YAG0. Сондықтан, Ho:YAG лазерін медициналық операция үшін пайдаланған кезде ол жұмыс тиімділігі мен дәлдігін жақсартып қана қоймай, термиялық зақымдану аймағын кішірек өлшемге дейін азайта алады. Наноголмий оксидінің кристалы тудыратын бос сәуле майды шамадан тыс жылуды тудырмай жоя алады, осылайша сау тіндердің термиялық зақымдануын азайтады. Америка Құрама Штаттарында глаукоманы нанометрлік гольмий оксиді лазерімен емдеу ауырсынуды азайтады деп хабарланады. хирургия. 4. Терфенол-D магнитостриктивтік қорытпасында қорытпаның қанығу магниттелуіне қажетті сыртқы өрісті азайту үшін наноөлшемді гольмий оксидінің аз мөлшерін қосуға болады.5. Сонымен қатар, нано-голмий оксиді қосылған оптикалық талшықты оптикалық талшықты лазерлер, оптикалық талшықты күшейткіштер, оптикалық талшықты сенсорлар және т.б. сияқты оптикалық байланыс құрылғыларын жасау үшін пайдалануға болады. Ол бүгінгі жылдам оптикалық талшықты байланыста маңыздырақ рөл атқарады.

Нанометр иттрий оксиді (Y2O3)

Наноиттрий оксидінің негізгі қолданылуы төмендегідей: 1. Болат және түсті қорытпаларға арналған қоспалар. FeCr қорытпасында әдетте 0,5% ~ 4% наноиттрий оксиді бар, бұл тот баспайтын болаттардың тотығуға төзімділігі мен икемділігін арттырады. MB26 қорытпасына нанометрлік иттрий оксидіне бай аралас сирек жерді тиісті мөлшерде қосқаннан кейін қорытпаның жан-жақты қасиеттері анық болды. кеше жетілдірілген, ол ұшақтың кернеулі компоненттері үшін кейбір орташа және күшті алюминий қорытпаларын алмастыра алады; Al-Zr қорытпасына сирек жер наноиттрий оксидінің аз мөлшерін қосу қорытпаның өткізгіштігін жақсарта алады; Қорытпаны Қытайдағы сым зауыттарының көпшілігі қабылдаған. Өткізгіштігі мен механикалық беріктігін жақсарту үшін мыс қорытпасына нано-иттрий оксиді қосылды. 2. Құрамында 6% наноиттрий оксиді және 2% алюминий бар кремний нитриді керамикалық материал. Оны қозғалтқыш бөлшектерін жасау үшін пайдалануға болады. 3. Бұрғылау, кесу, дәнекерлеу және басқа да механикалық өңдеу 400 ватт қуаты бар нанонеодим оксиді алюминий гранат лазер сәулесін қолдану арқылы ауқымды компоненттерде жүзеге асырылады. 4. Y-Al гранат монокристалынан тұратын электронды микроскоп экраны жоғары флуоресценция жарықтығына, шашыраңқы жарықтың төмен жұтылуына және жақсы жоғары температураға және механикалық тозуға төзімділікке ие.5. Құрамында 90% наногадолиний оксиді бар жоғары нано иттрий оксиді құрылымының қорытпасын авиацияға және төмен тығыздық пен жоғары балқу температурасын қажет ететін басқа жағдайларда қолдануға болады. 6. Құрамында 90% наноиттрий оксиді бар жоғары температуралы протон өткізгіш материалдар отын элементтерін, электролиттік элементтерді және сутегінің жоғары ерігіштігін қажет ететін газ датчиктерін өндіру үшін үлкен маңызға ие. Сонымен қатар, нано-иттрий оксиді жоғары температураға тозаңдауға төзімді материал, атомдық реактор отынының еріткіші, тұрақты магнитті материалдың қоспасы және электронды өнеркәсіпте алу құралы ретінде де қолданылады.

Жоғарыда айтылғандардан басқа, сирек жердің нано оксидтері адам денсаулығы мен қоршаған ортаны қорғау үшін киім материалдарында да қолданылуы мүмкін. Қазіргі зерттеу бөлімшелерінен олардың барлығының белгілі бір бағыттары бар: ультракүлгін сәулелерге қарсы; Ауаның ластануы және ультракүлгін сәулелену тері ауруларына және тері ісіктеріне бейім; Ластанудың алдын алу ластаушы заттардың киімге жабысуын қиындатады; Ол сондай-ақ жылынуды болдырмау бағытында зерттелуде. Былғары қатты және оңай қартаюға болатындықтан, жаңбырлы күндері көгеруге бейім. Теріні нано сирек жер церий оксидімен ағарту арқылы жұмсартуға болады, ол қартаюға және көгеруге оңай емес және киюге ыңғайлы. Соңғы жылдары нано-жабын материалдары да нано-материалдарды зерттеудің басты бағыты болып табылады және негізгі зерттеулер функционалды жабындарға бағытталған. Құрама Штаттардағы 80 нм Y2O3 инфрақызыл экрандаушы жабын ретінде пайдаланылуы мүмкін. Жылуды көрсету тиімділігі өте жоғары. CeO2 жоғары сыну көрсеткішіне және жоғары тұрақтылыққа ие. Қаптамаға нано сирек жер иттрий оксиді, нанолантан оксиді және наноцерий оксиді ұнтағы қосылған кезде сыртқы қабырға қартаюға төтеп бере алады, себебі сыртқы қабырға жабыны қартаюға және бояуға күн сәулесі мен ультракүлгін сәулелердің әсеріне ұшырағандықтан құлап кетуі мүмкін. ұзақ уақыт бойы және ол церий оксиді мен иттрий оксидін қосқаннан кейін ультракүлгін сәулелерге төтеп бере алады. Сонымен қатар, оның бөлшектерінің мөлшері өте кішкентай және наноцерий оксиді пластиктің қартаюын болдырмау үшін қолданылатын ультракүлгін сіңіргіш ретінде пайдаланылады. сыртқы үлкен билбордтарды жақсы қорғай алатын және ішкі қабырға жабындары үшін көгерудің, ылғалдың және ластанудың алдын алатын ультракүлгін сәулеленуге байланысты өнімдер, цистерналар, автомобильдер, кемелер, мұнай сақтау цистерналары және т.б. Шағын бөлшектер болғандықтан, шаңды қабырғаға жабыстыру оңай емес. Оны сумен сүртуге болады. Нано сирек жер оксидтерін одан әрі зерттеу және дамыту үшін әлі де көп қолдану бар және біз оның жарқын болашағы болады деп шын жүректен үміттенеміз.