Nanometrowe materiały ziem rzadkich, nowa siła rewolucji przemysłowej

Nanometrowe materiały ziem rzadkich, nowa siła rewolucji przemysłowej

Nanotechnologia to nowa, interdyscyplinarna dziedzina, która rozwijała się stopniowo na przełomie lat 80. i 90. XX wieku. Ponieważ ma ogromny potencjał do tworzenia nowych procesów produkcyjnych, nowych materiałów i nowych produktów, zapoczątkowuje nową rewolucję przemysłową w nowym stuleciu. Obecny poziom rozwoju nanonauki i nanotechnologii jest podobny do poziomu komputerów i technologii informatycznych w latach pięćdziesiątych XX wieku. Większość naukowców zajmujących się tą dziedziną przewiduje, że rozwój nanotechnologii będzie miał szeroki i dalekosiężny wpływ na wiele aspektów technologii. Naukowcy uważają, że ma on dziwne właściwości i wyjątkową wydajność. Głównymi efektami zamknięcia, które prowadzą do dziwnych właściwości nano materiałów ziem rzadkich, są efekt specyficznej powierzchni, efekt małego rozmiaru, efekt interfejsu, efekt przezroczystości, efekt tunelu i makroskopowy efekt kwantowy. Efekty te sprawiają, że właściwości fizyczne nanoukładu różnią się od właściwości materiałów konwencjonalnych pod względem światła, elektryczności, ciepła i magnetyzmu oraz przedstawiają wiele nowatorskich cech. W przyszłości naukowcy mają trzy główne kierunki badań i rozwoju nanotechnologii: przygotowanie i zastosowanie nanomateriałów o doskonałych parametrach; Projektować i przygotowywać różne nanourządzenia i sprzęt; Wykrywanie i analiza właściwości nanoregionów. Obecnie nano ziemia rzadka ma głównie następujące kierunki zastosowań, a jej zastosowanie wymaga dalszego rozwoju w przyszłości.

Nanometrowy tlenek lantanu (La2O3)

Nanometrowy tlenek lantanu stosuje się do materiałów piezoelektrycznych, materiałów elektrotermicznych, materiałów termoelektrycznych, materiałów magnetooporowych, materiałów luminescencyjnych (niebieski proszek), materiałów do magazynowania wodoru, szkła optycznego, materiałów laserowych, różnych materiałów stopowych, katalizatorów do wytwarzania organicznych produktów chemicznych i katalizatorów do neutralizacji spaliny samochodowe i folie rolnicze konwertujące światło są również stosowane do nanometrowego tlenku lantanu.

Nanometrowy tlenek ceru (CeO2)

Główne zastosowania nanotlenku ceru są następujące: 1. Nanotlenek ceru, jako dodatek do szkła, może absorbować promienie ultrafioletowe i podczerwone, jest stosowany do szyb samochodowych. Może nie tylko zapobiegać promieniom ultrafioletowym, ale także obniżać temperaturę wewnątrz samochodu, oszczędzając w ten sposób energię elektryczną do klimatyzacji. 2. Zastosowanie nanotlenku ceru w katalizatorze oczyszczania spalin samochodowych może skutecznie zapobiegać uwalnianiu do powietrza dużej ilości spalin samochodowych.3. Nanoc-tlenek ceru można stosować w pigmentach do barwienia tworzyw sztucznych, a także w przemyśle powłokowym, atramentowym i papierniczym. 4. Zastosowanie nanotlenku ceru w materiałach polerskich zostało powszechnie uznane za wymóg wymagający dużej precyzji w przypadku polerowania płytek krzemowych i podłoży monokrystalicznych szafiru.5. Ponadto nanotlenek ceru można również stosować do materiałów magazynujących wodór, materiałów termoelektrycznych, elektrod wolframowych z nanotlenkiem ceru, kondensatorów ceramicznych, ceramiki piezoelektrycznej, materiałów ściernych z nanotlenkiem ceru węglika krzemu, surowców do ogniw paliwowych, katalizatorów benzynowych, niektórych materiałów z magnesem trwałym, różne stale stopowe i metale nieżelazne itp.

Nanometrowy tlenek prazeodymu (Pr6O11)

Główne zastosowania nanometrowego tlenku prazeodymu są następujące: 1. Jest szeroko stosowany w ceramice budowlanej i ceramice codziennego użytku. Można go mieszać z szkliwem ceramicznym w celu uzyskania kolorowej glazury, a także można go stosować samodzielnie jako pigment podszkliwny. Przygotowany pigment ma barwę jasnożółtą o czystym i eleganckim odcieniu. 2. Służy do produkcji magnesów trwałych i jest szeroko stosowany w różnych urządzeniach elektronicznych i silnikach. 3. Służy do krakingu katalitycznego ropy naftowej. Można poprawić aktywność, selektywność i stabilność katalizy. 4. Nanotlenek prazeodymu można również stosować do polerowania ściernego. Ponadto zastosowanie nanometrycznego tlenku prazeodymu w dziedzinie światłowodów jest coraz szersze.

Nanometrowy tlenek neodymu (Nd2O3)

Nanometrowy tlenek neodymu od wielu lat cieszy się dużym zainteresowaniem na rynku ze względu na swoją wyjątkową pozycję w dziedzinie pierwiastków ziem rzadkich. Nanotlenek neodymu stosuje się również do materiałów nieżelaznych. Dodanie 1,5% ~ 2,5% nano tlenku neodymu do stopu magnezu lub aluminium może poprawić działanie stopu w wysokich temperaturach, szczelność i odporność na korozję i jest szeroko stosowany w przemyśle lotniczym materiał dla lotnictwa. Ponadto granat nanoitrowo-aluminiowy domieszkowany nanotlenkiem neodymu wytwarza krótkofalową wiązkę laserową, która jest szeroko stosowana w przemyśle do spawania i cięcia cienkich materiałów o grubości poniżej 10 mm. W medycynie laser Nano-YAG domieszkowany nano-Nd _ 2O _ 3 zamiast noży chirurgicznych służy do usuwania ran chirurgicznych lub dezynfekcji ran. Nanometrowy tlenek neodymu stosowany jest także do barwienia materiałów szklanych i ceramicznych, wyrobów gumowych oraz dodatków.

Nanocząsteczki tlenku samaru (Sm2O3)

Główne zastosowania nano tlenku samaru to: Nanotlenek samaru ma kolor jasnożółty i jest nakładany na ceramiczne kondensatory i katalizatory. Ponadto nanotlenek samaru ma właściwości jądrowe i może być stosowany jako materiał konstrukcyjny, materiał ekranujący i materiał kontrolny reaktora energii atomowej, dzięki czemu można bezpiecznie wykorzystać ogromną energię wytwarzaną w wyniku rozszczepienia jądrowego. Nanocząstki tlenku europu (Eu2O3) są najczęściej stosowane w luminoforach. Eu3+ stosuje się jako aktywator czerwonego luminoforu, a Eu2+ stosuje się jako luminofor niebieski. Y0O3:Eu3+ to najlepszy luminofor pod względem skuteczności świetlnej, stabilności powłoki, kosztów odzyskiwania itp. i jest szeroko stosowany ze względu na poprawę wydajności świetlnej i kontrastu. Ostatnio nanotlenek europu jest również stosowany jako luminofor o stymulowanej emisji w nowym systemie diagnostyki medycznej promieniami rentgenowskimi. Nanotlenek europu może być również stosowany do produkcji kolorowych soczewek i filtrów optycznych, do urządzeń do przechowywania pęcherzyków magnetycznych, a także może wykazać się swoimi talentami w materiały kontrolne, materiały osłonowe i materiały konstrukcyjne reaktorów atomowych. Drobnocząsteczkowy czerwony luminofor gadolinowo-europejski (Y2O3:Eu3+) przygotowano przy użyciu nanotlenku itru (Y2O3) i nanotlenku europu (Eu2O3) jako surowców. Stosując go do przygotowania trójkolorowego luminoforu ziem rzadkich, stwierdzono, że: (a) można go dobrze i równomiernie zmieszać z zielonym i niebieskim proszkiem; (b) Dobra wydajność powłoki; (c) Ponieważ wielkość cząstek czerwonego proszku jest mała, zwiększa się powierzchnia właściwa i wzrasta liczba cząstek luminescencyjnych, można zmniejszyć ilość czerwonego proszku w trójkolorowych luminoforach ziem rzadkich, co skutkuje niższymi kosztami.

Nanocząsteczki tlenku gadolinu (Gd2O3)

Jego główne zastosowania są następujące: 1. Jego rozpuszczalny w wodzie kompleks paramagnetyczny może poprawić sygnał obrazowania NMR ludzkiego ciała w leczeniu. 2. Podstawowy tlenek siarki może być stosowany jako siatka matrycowa lampy oscyloskopowej i ekranu rentgenowskiego o specjalnej jasności. 3. Tlenek nanogadolinu w granacie nanogadolinowo-galowym jest idealnym pojedynczym substratem dla pamięci bańki magnetycznej. 4. Gdy nie ma limitu cyklu Camot, może być stosowany jako stałe magnetyczne medium chłodzące. 5. Służy jako inhibitor do kontrolowania poziomu reakcji łańcuchowej w elektrowniach jądrowych w celu zapewnienia bezpieczeństwa reakcji jądrowych. Ponadto zastosowanie nanotlenku gadolinu i nanotlenku lantanu jest pomocne w zmianie obszaru zeszklenia i poprawie stabilności termicznej szkła. Nanotlenek gadolinu można również stosować do produkcji kondensatorów i ekranów wzmacniających promieniowanie rentgenowskie. Obecnie świat czyni ogromne wysiłki w celu opracowania zastosowania nanotlenku gadolinu i jego stopów w chłodnictwie magnetycznym i dokonał przełomowego postępu

Nanocząstki tlenku terbu (Tb4O7)

Główne obszary zastosowań są następujące: 1. Fosfory stosuje się jako aktywatory zielonego proszku w luminoforach trójkolorowych, takich jak matryca fosforanowa aktywowana nanotlenkiem terbu, matryca krzemianowa aktywowana nanotlenkiem terbu i nanotlenek ceru, matryca glinianu magnezu aktywowana nanoterbem tlenek, z których wszystkie w stanie wzbudzonym emitują zielone światło. 2. Magnetooptyczne materiały magazynujące. W ostatnich latach badano i opracowywano materiały magnetooptyczne z nanotlenkiem terbu. Dysk magnetooptyczny wykonany z amorficznej folii Tb-Fe służy jako element pamięci komputera, a pojemność pamięci można zwiększyć 10–15 razy. 3. Szkło magnetooptyczne, szkło aktywne optycznie Faradaya zawierające nanometrowy tlenek terbu, jest kluczowym materiałem do produkcji rotatorów, izolatorów, annulatorów i jest szeroko stosowane w technologii laserowej. Nanometrowy tlenek terbu, nanometrowy tlenek dysprozu, jest stosowany głównie w sonarach i jest szeroko stosowany stosowane w wielu dziedzinach, takich jak układ wtrysku paliwa, sterowanie zaworami cieczy, mikropozycjonowanie, siłownik mechaniczny, mechanizm i regulator skrzydeł kosmicznego teleskopu samolotu.

Nanotlenek dysprozu Dy2O3

Główne zastosowania nano tlenku dysprozu Dy2O3 to: 1. Nanotlenek dysprozu stosowany jest jako aktywator fosforu, a trójwartościowy tlenek nanodysprozu jest obiecującym jonem aktywującym trójkolorowe materiały luminescencyjne z pojedynczym centrum luminescencyjnym. Składa się głównie z dwóch pasm emisyjnych, jedno to emisja światła żółtego, drugie to emisja światła niebieskiego, a materiały luminescencyjne domieszkowane tlenkiem nanodysproru mogą być stosowane jako luminofory trójkolorowe.2. Nanometrowy tlenek dysprozu jest niezbędnym surowcem metalowym do przygotowania stopu terfenolu z dużym magnetostrykcyjnym stopem nanotlenku terbu i nanotlenku dysprozu, które mogą realizować pewne precyzyjne działania ruchu mechanicznego. 3. Nanometrowy tlenek dysprozu może być stosowany jako magnetooptyczny materiał magazynujący o dużej prędkości zapisu i czułości odczytu. 4. Stosowany do przygotowania nanometrowej lampy z tlenkiem dysprozu. Substancją roboczą stosowaną w lampie z nano tlenkiem dysprozu jest nanotlenek dysprozu, który ma zalety: wysoką jasność, dobry kolor, wysoką temperaturę barwową, mały rozmiar i stabilny łuk, i został używany jako źródło światła do kliszy i druku. 5. Nanometrowy tlenek dysprozu służy do pomiaru widma energii neutronów lub jako absorber neutronów w przemyśle energii atomowej ze względu na duży obszar przekroju poprzecznego wychwytu neutronów.

Nanometr Ho2O3

Główne zastosowania tlenku nano-holmu są następujące: 1. Metalowa lampa halogenowa, będąca dodatkiem do metalowej lampy halogenowej, jest rodzajem gazowej lampy wyładowczej opracowanej na bazie wysokoprężnej lampy rtęciowej, a jej charakterystyka jest że żarówka jest wypełniona różnymi halogenkami metali ziem rzadkich. Obecnie stosuje się głównie jodki metali ziem rzadkich, które podczas wyładowań gazowych emitują różne linie widmowe. Substancją roboczą stosowaną w lampie nano-tlenkowej jest jodek nano-tlenku holmu, który może uzyskać wyższe stężenie atomów metalu w strefie łuku, dzięki czemu znacznie poprawiając efektywność promieniowania. 2. Nanometrowy tlenek holmu można stosować jako dodatek do granatu itrowo-żelazowego lub itrowo-glinowego; 3. Tlenek nanoholmu może być stosowany jako granat itrowo-żelazowo-aluminiowy (Ho:YAG), który może emitować laser 2 μm, a współczynnik absorpcji tkanki ludzkiej przez laser 2 μm jest wysoki. Jest prawie o trzy rzędy wielkości wyższy niż Hd: YAG0. Dlatego też, stosując laser Ho:YAG do operacji medycznych, można nie tylko poprawić efektywność i dokładność operacji, ale także zmniejszyć obszar uszkodzeń termicznych do mniejszych rozmiarów. Swobodna wiązka generowana przez kryształ nano tlenku holmu może eliminować tłuszcz bez wytwarzania nadmiernego ciepła, zmniejszając w ten sposób uszkodzenia termiczne powodowane przez zdrowe tkanki. Donoszono, że leczenie jaskry za pomocą nanometrowego lasera tlenku holmu w Stanach Zjednoczonych może zmniejszyć ból chirurgia. 4. Do stopu magnetostrykcyjnego Terfenol-D można również dodać niewielką ilość nanotlenku holmu w celu zmniejszenia pola zewnętrznego wymaganego do namagnesowania stopu w stanie nasycenia.5. Ponadto światłowód domieszkowany nanotlenkiem holmu można wykorzystać do produkcji urządzeń komunikacji optycznej, takich jak lasery światłowodowe, wzmacniacze światłowodowe, czujniki światłowodowe itp. Odegra on ważniejszą rolę we współczesnej szybkiej komunikacji światłowodowej.

Nanotlenek erbu(III).

Główne zastosowania to:

1. Emisja światła nanometrowego tlenku erbu(III) przy długości fali 1550 nm ma szczególne znaczenie, ponieważ ta długość fali stanowi dokładnie minimalną stratę światłowodu komunikacji światłowodowej. Po wzbudzeniu światłem o długości fali 980 nm i 1480 nm nanometrowy jon tlenku erbu(III) przechodzi ze stanu podstawowego 4115/2 do stanu wysokoenergetycznego 4113/2. Kiedy Er3+ w stanie wysokiej energii przechodzi z powrotem do stanu podstawowego, emituje światło o długości fali 1550nm. Włókno kwarcowe może przepuszczać światło o różnych długościach fal, jednakże różne współczynniki tłumienia optycznego są różne, przy czym pasmo częstotliwości 1550 nm ma najniższy współczynnik tłumienia optycznego (0,15 decybeli na kilometr) w transmisji światłowodu kwarcowego, co stanowi prawie dolną granicę współczynnika tłumienia. Dlatego też, gdy jako sygnał świetlny wykorzystywana jest komunikacja światłowodowa przy długości fali 1550 nm, straty światła są zminimalizowane. W ten sposób, jeśli do odpowiedniej matrycy doda się nanotlenek erbu(III) w odpowiednim stężeniu, wzmacniacz może kompensować straty w systemie komunikacyjnym zgodnie z zasadą lasera. Dlatego w sieci telekomunikacyjnej, która wymaga wzmocnienia sygnału optycznego o długości fali 1550 nm, wzmacniacz światłowodowy domieszkowany nano tlenkiem erbu(III) jest niezbędnym urządzeniem optycznym. Obecnie na rynku pojawił się wzmacniacz z włókna krzemionkowego domieszkowanego nano tlenkiem erbu(III). Podaje się, że aby uniknąć niepotrzebnej absorpcji, ilość domieszkującego nanotlenku erbu(III) we włóknie wynosi od kilkudziesięciu do setek ppm. Szybki rozwój komunikacji światłowodowej otworzy nowe pola zastosowań nanotlenku erbu(III).

2. Kryształ lasera domieszkowany nanometrowym tlenkiem erbu(III) oraz jego moc lasera 1730 nm i 1550 nm są bezpieczne dla ludzkich oczu, mają dobrą transmisję atmosferyczną, mają dużą zdolność przenikania dymu na pole bitwy, dobrą poufność, nie są łatwe do osiągnięcia wykryte przez wroga i charakteryzują się dużym kontrastem podczas oświetlania celów wojskowych. Przenośny dalmierz laserowy został stworzony do celów wojskowych i jest bezpieczny dla ludzkiego oka.

3. Do szkła można dodać nanometrowy tlenek erbu(III) w celu wytworzenia materiału laserowego ze szkła ziem rzadkich, który jest obecnie stałym materiałem laserowym o największej wyjściowej energii impulsu i najwyższej mocy wyjściowej.

4. Nanometrowy tlenek erbu(III) można również stosować jako jon aktywacyjny materiałów laserowych z konwersją ziem rzadkich.

5. Nanometrowy tlenek erbu(III) można również stosować do odbarwiania i barwienia okularów i szkła krystalicznego.

Nanometrowy tlenek itru (Y2O3)

Główne zastosowania nanotlenku itru są następujące: 1. Dodatki do stali i stopów metali nieżelaznych. Stop FeCr zwykle zawiera 0,5–4% nanotlenku itru, który może zwiększyć odporność na utlenianie i ciągliwość tych stali nierdzewnych. Po dodaniu odpowiedniej ilości mieszanych metali ziem rzadkich bogatych w nanometrowy tlenek itru do stopu MB26, oczywiste było, że wszechstronne właściwości stopu ulepszony wczoraj, może zastąpić niektóre średnie i mocne stopy aluminium w przypadku obciążonych elementów samolotów; Dodanie niewielkiej ilości ziem rzadkich nanotlenku itru do stopu Al-Zr może poprawić przewodność stopu; Stop został przyjęty przez większość fabryk drutu w Chinach. Do stopu miedzi dodano nanotlenek itru w celu poprawy przewodności i wytrzymałości mechanicznej. 2. Materiał ceramiczny z azotku krzemu zawierający 6% nanotlenku itru i 2% aluminium. Można go stosować do opracowywania części silnika. 3. Wiercenie, cięcie, spawanie i inna obróbka mechaniczna wielkogabarytowych elementów odbywa się przy użyciu wiązki lasera z nano tlenkiem neodymu i granatu aluminiowego o mocy 400 watów. 4. Ekran mikroskopu elektronowego składający się z monokryształu granatu Y-Al ma wysoką jasność fluorescencji, niską absorpcję rozproszonego światła oraz dobrą odporność na wysokie temperatury i odporność na zużycie mechaniczne.5. Stop o wysokiej zawartości nanotlenku itru, zawierający 90% nanotlenku gadolinu, może być stosowany w lotnictwie i innych sytuacjach wymagających niskiej gęstości i wysokiej temperatury topnienia. 6. Wysokotemperaturowe materiały przewodzące protony zawierające 90% nanotlenku itru mają ogromne znaczenie w produkcji ogniw paliwowych, ogniw elektrolitycznych i czujników gazów wymagających wysokiej rozpuszczalności wodoru. Ponadto tlenek nanoitru jest również stosowany jako materiał odporny na natryskiwanie w wysokiej temperaturze, rozcieńczalnik paliwa do reaktora atomowego, dodatek do materiału z magnesami trwałymi i getter w przemyśle elektronicznym.

Oprócz powyższego nanotlenki metali ziem rzadkich można również stosować w materiałach odzieżowych służących ochronie zdrowia człowieka i ochronie środowiska. Z obecnych jednostek badawczych wszystkie mają określone kierunki: promieniowanie anty-ultrafioletowe; Zanieczyszczenie powietrza i promieniowanie ultrafioletowe są podatne na choroby i nowotwory skóry; Zapobieganie zanieczyszczeniom utrudnia przyleganie substancji zanieczyszczających do odzieży; Jest również badany pod kątem zatrzymywania ciepła. Ponieważ skóra jest twarda i łatwa w starzeniu, jest najbardziej podatna na pleśń w deszczowe dni. Skórę można zmiękczyć poprzez wybielanie nano tlenkiem ceru ziem rzadkich, który nie jest łatwy do starzenia i pleśni, a ponadto jest wygodny w noszeniu. W ostatnich latach badania nad nanomateriałami skupiają się także na materiałach nanopowłokowych, a główne badania skupiają się na powłokach funkcjonalnych. Y2O3 o długości fali 80 nm w Stanach Zjednoczonych może być stosowany jako powłoka ekranująca podczerwień. Skuteczność odbijania ciepła jest bardzo wysoka. CeO2 ma wysoki współczynnik załamania światła i wysoką stabilność. Po dodaniu do powłoki nano tlenku itru, nano tlenku lantanu i proszku nano tlenku ceru ściana zewnętrzna jest odporna na starzenie, ponieważ powłoka ściany zewnętrznej łatwo się starzeje i odpada, ponieważ farba jest wystawiona na działanie światła słonecznego i promieni ultrafioletowych przez długi czas i może wytrzymać promienie ultrafioletowe po dodaniu tlenku ceru i tlenku itru. Co więcej, jego wielkość cząstek jest bardzo mała, a nanotlenek ceru jest stosowany jako ultrafiolet absorber, który ma być stosowany w celu zapobiegania starzeniu się produktów z tworzyw sztucznych w wyniku promieniowania ultrafioletowego, zbiorników, samochodów, statków, zbiorników do przechowywania ropy itp., który może najlepiej chronić duże billboardy zewnętrzne i zapobiegać pleśni, wilgoci i zanieczyszczeniom ścian wewnętrznych powłoki. Ze względu na mały rozmiar cząstek kurz nie jest łatwy do przyklejenia się do ściany. Można go również szorować wodą. Nadal istnieje wiele zastosowań nano tlenków metali ziem rzadkich, które wymagają dalszych badań i rozwoju, i mamy szczerą nadzieję, że będzie to miało bardziej świetlaną przyszłość.