Materiais de terras raras nanométricas, uma nova força na revolução industrial

Materiais de terras raras nanométricas, uma nova força na revolução industrial

A nanotecnologia é um novo campo interdisciplinar desenvolvido gradualmente no final da década de 1980 e início da década de 1990. Por ter um grande potencial para criar novos processos de produção, novos materiais e novos produtos, desencadeará uma nova revolução industrial no novo século. O atual nível de desenvolvimento da nanociência e da nanotecnologia é semelhante ao da informática e da tecnologia da informação na década de 1950. A maioria dos cientistas empenhados neste campo prevê que o desenvolvimento da nanotecnologia terá um impacto amplo e de longo alcance em muitos aspectos da tecnologia. Os cientistas acreditam que ele tem propriedades estranhas e desempenho único. Os principais efeitos de confinamento que levam às propriedades estranhas dos materiais nano-terras raras são efeito de superfície específico, efeito de tamanho pequeno, efeito de interface, efeito de transparência, efeito túnel e efeito quântico macroscópico. Esses efeitos tornam as propriedades físicas do nanossistema diferentes daquelas dos materiais convencionais em luz, eletricidade, calor e magnetismo, e apresentam muitas características novas. No futuro, existem três direções principais para os cientistas pesquisarem e desenvolverem nanotecnologia: preparação e aplicação de nanomateriais com excelente desempenho; Projetar e preparar diversos nanodispositivos e equipamentos; Detectando e analisando as propriedades de nanorregiões. Atualmente, as nano terras raras têm principalmente as seguintes direções de aplicação, e sua aplicação precisa ser desenvolvida no futuro.

Óxido de lantânio nanométrico (La2O3)

O óxido de lantânio nanômetro é aplicado a materiais piezoelétricos, materiais eletrotérmicos, materiais termoelétricos, materiais de magnetorresistência, materiais luminescentes (pó azul), materiais de armazenamento de hidrogênio, vidro óptico, materiais de laser, vários materiais de liga, catalisadores para preparação de produtos químicos orgânicos e catalisadores para neutralização escapamentos de automóveis e filmes agrícolas de conversão de luz também são aplicados ao óxido de lantânio nanômetro.

Óxido de cério nanométrico (CeO2)

Os principais usos do óxido de nanocério são os seguintes: 1. Como aditivo de vidro, o óxido de nanocério pode absorver raios ultravioleta e infravermelhos e tem sido aplicado em vidros automotivos. Pode não só prevenir os raios ultravioleta, mas também reduzir a temperatura dentro do carro, economizando energia para o ar condicionado. 2. A aplicação de óxido de nanocério no catalisador de purificação de escapamento de automóveis pode efetivamente impedir que uma grande quantidade de gases de escapamento de automóveis seja descarregada no ar.3. O óxido de nanocério pode ser usado em pigmentos para colorir plásticos e também pode ser usado nas indústrias de revestimentos, tintas e papel. 4. A aplicação de óxido de nanocério em materiais de polimento tem sido amplamente reconhecida como um requisito de alta precisão para polir pastilhas de silício e substratos de cristal único de safira.5. Além disso, o óxido de nanocério também pode ser aplicado a materiais de armazenamento de hidrogênio, materiais termoelétricos, eletrodos de tungstênio de óxido de nanocério, capacitores cerâmicos, cerâmica piezoelétrica, abrasivos de carboneto de silício de óxido de nanocério, matérias-primas de células de combustível, catalisadores de gasolina, alguns materiais magnéticos permanentes, vários aços-liga e metais não ferrosos, etc.

O óxido de praseodímio nanométrico (Pr6O11)

Os principais usos do óxido de praseodímio nanométrico são os seguintes: 1. É amplamente utilizado na construção de cerâmicas e cerâmicas de uso diário. Pode ser misturado com esmalte cerâmico para fazer esmalte colorido e também pode ser usado apenas como pigmento sob o vidrado. O pigmento preparado é amarelo claro com tom puro e elegante. 2. É usado para fabricar ímãs permanentes e é amplamente utilizado em vários dispositivos eletrônicos e motores. 3. É usado para craqueamento catalítico de petróleo. A atividade, seletividade e estabilidade da catálise podem ser melhoradas. 4. O óxido de nanopraseodímio também pode ser usado para polimento abrasivo. Além disso, a aplicação do óxido de praseodímio nanométrico no campo da fibra óptica é cada vez mais extensa.

Óxido de neodímio nanométrico (Nd2O3)

O óxido de neodímio nanômetro tornou-se um ponto quente no mercado por muitos anos devido à sua posição única no campo das terras raras. O óxido de nano-neodímio também é aplicado a materiais não ferrosos. Adicionar 1,5% ~ 2,5% de óxido de nano neodímio em liga de magnésio ou alumínio pode melhorar o desempenho de alta temperatura, a estanqueidade ao ar e a resistência à corrosão da liga, e é amplamente utilizado como aeroespacial material para aviação. Além disso, a granada de nano ítrio e alumínio dopada com nano óxido de neodímio produz um feixe de laser de ondas curtas, que é amplamente utilizado para soldagem e corte de materiais finos com espessura inferior a 10 mm na indústria. Do lado médico, o laser Nano-YAG dopado com nano-Nd _ 2O _ 3 é usado para remover feridas cirúrgicas ou desinfetar feridas em vez de facas cirúrgicas. O óxido de neodímio nanômetro também é usado para colorir materiais de vidro e cerâmica, produtos de borracha e aditivos.

Nanopartículas de óxido de samário (Sm2O3)

Os principais usos do óxido de samário nanométrico são: o óxido de samário nanométrico é amarelo claro, que é aplicado em capacitores e catalisadores cerâmicos. Além disso, o óxido de samário nanométrico possui propriedades nucleares e pode ser usado como material estrutural, material de proteção e material de controle de reatores de energia atômica, para que a enorme energia gerada pela fissão nuclear possa ser usada com segurança. Nanopartículas de óxido de európio (Eu2O3) são usadas principalmente em fósforos. Eu3+ é usado como ativador de fósforo vermelho e Eu2+ é usado como fósforo azul. Y0O3:Eu3+ é o melhor fósforo em eficiência luminosa, estabilidade de revestimento, custo de recuperação, etc., e está sendo amplamente utilizado devido à melhoria da eficiência luminosa e do contraste. Recentemente, o óxido de nano-európio também é usado como fósforo de emissão estimulada para novos sistemas de diagnóstico médico de raios X. O óxido de nano-európio também pode ser usado para a fabricação de lentes coloridas e filtros ópticos, para dispositivos de armazenamento de bolhas magnéticas, e também pode mostrar seus talentos em materiais de controle, materiais de blindagem e materiais estruturais de reatores atômicos. O fósforo vermelho de óxido de európio de gadolínio (Y2O3:Eu3+) de partículas finas foi preparado usando nano óxido de ítrio (Y2O3) e nano óxido de európio (Eu2O3) como matérias-primas. Ao usá-lo para preparar fósforo tricolor de terras raras, descobriu-se que: (a) pode ser bem e uniformemente misturado com pó verde e pó azul; (b) Bom desempenho de revestimento; (c) Como o tamanho das partículas do pó vermelho é pequeno, a área de superfície específica aumenta e o número de partículas luminescentes aumenta, a quantidade de pó vermelho nos fósforos tricolores de terras raras pode ser reduzida, resultando em menor custo.

Nanopartículas de óxido de gadolínio (Gd2O3)

Seus principais usos são os seguintes: 1. Seu complexo paramagnético solúvel em água pode melhorar o sinal de imagem NMR do corpo humano em tratamento médico. 2. O óxido de enxofre básico pode ser usado como grade de matriz do tubo do osciloscópio e da tela de raios X com brilho especial. 3. O óxido de nanogadolínio em granada de nanogadolínio e gálio é um substrato único ideal para memória de bolha magnética. 4. Quando não há limite de ciclo Camot, ele pode ser usado como meio de resfriamento magnético sólido. 5. É usado como inibidor para controlar o nível de reação em cadeia das usinas nucleares para garantir a segurança das reações nucleares. Além disso, o uso de óxido de nanogadolínio e óxido de nanolantânio é útil para alterar a região de vitrificação e melhorar a estabilidade térmica do vidro. O óxido de nanogadolínio também pode ser usado na fabricação de capacitores e telas intensificadoras de raios X. Atualmente, o mundo está fazendo grandes esforços para desenvolver a aplicação do óxido de nanogadolínio e suas ligas na refrigeração magnética, e fez progressos inovadores.

Nanopartículas de óxido de térbio (Tb4O7)

Os principais campos de aplicação são os seguintes: 1. Os fósforos são usados ​​​​como ativadores de pó verde em fósforos tricolores, como matriz de fosfato ativada por óxido de nano térbio, matriz de silicato ativada por óxido de nano térbio e matriz de aluminato de magnésio de óxido de nano cério ativada por nano térbio óxido, que emitem luz verde no estado excitado. 2. Materiais de armazenamento magneto-ópticos. Nos últimos anos, materiais magneto-ópticos de óxido de nano-térbio foram pesquisados ​​e desenvolvidos. O disco magneto-óptico feito de filme amorfo Tb-Fe é usado como elemento de armazenamento de computador e a capacidade de armazenamento pode ser aumentada em 10 a 15 vezes. 3. O vidro magneto-óptico, vidro opticamente ativo Faraday contendo óxido de térbio nanômetro, é um material chave para fazer rotadores, isoladores, anuladores e amplamente utilizado na tecnologia laser. Óxido de disprósio nanômetro de óxido de térbio é usado principalmente em sonar e tem sido amplamente usado em muitos campos, como sistema de injeção de combustível, controle de válvula de líquido, microposicionamento, atuador mecânico, mecanismo e regulador de asa de telescópio espacial de aeronave.

Óxido Nano Disprósio Dy2O3

Os principais usos do óxido nano disprósio Dy2O3 são:1. O óxido de nanodisprósio é usado como ativador do fósforo, e o óxido de nanodisprósio trivalente é um íon ativador promissor de materiais luminescentes tricolores com centro luminescente único. Consiste principalmente em duas bandas de emissão, uma é a emissão de luz amarela, a outra é a emissão de luz azul, e materiais luminescentes dopados com óxido de nano-disprósio podem ser usados ​​como fósforos tricolores.2. O óxido de disprósio nanômetro é uma matéria-prima metálica necessária para a preparação da liga de Terfenol com grande liga magnetostritiva de óxido de nano-térbio e óxido de nano-disprósio, que pode realizar algumas atividades precisas de movimento mecânico. 3. O metal de óxido de disprósio nanômetro pode ser usado como material de armazenamento magneto-óptico com alta velocidade de gravação e sensibilidade de leitura. 4. Usado para a preparação de lâmpada de óxido de disprósio nanométrico. A substância de trabalho usada na lâmpada de óxido de disprósio nano é o óxido de disprósio nano, que tem as vantagens de alto brilho, boa cor, alta temperatura de cor, tamanho pequeno e arco estável, e tem sido usado como fonte de iluminação para filmes e impressão. 5. O óxido de disprósio nanométrico é usado para medir o espectro de energia de nêutrons ou como absorvedor de nêutrons na indústria de energia atômica devido à sua grande área transversal de captura de nêutrons.

Nanômetro Ho2O3

Os principais usos do óxido de nano-hólmio são os seguintes: 1. Como aditivo da lâmpada halógena metálica, a lâmpada halógena metálica é um tipo de lâmpada de descarga de gás, que é desenvolvida com base na lâmpada de mercúrio de alta pressão, e sua característica é que o bulbo está cheio de vários haletos de terras raras. Atualmente, são utilizados principalmente iodetos de terras raras, que emitem diferentes linhas espectrais quando as descargas de gás. A substância de trabalho usada na lâmpada de óxido de nano-hólmio é o iodeto de óxido de nano-hólmio, que pode obter maior concentração de átomos metálicos na zona do arco, assim melhorando significativamente a eficiência da radiação. 2. O óxido de hólmio nanômetro pode ser usado como aditivo de ferro ítrio ou granada de ítrio-alumínio; 3. O óxido de nano-hólmio pode ser usado como granada de alumínio e ferro ítrio (Ho: YAG), que pode emitir laser de 2 μm, e a taxa de absorção do tecido humano para o laser de 2 μm é alta. YAG0. Portanto, ao usar o laser Ho:YAG para operação médica, ele pode não apenas melhorar a eficiência e a precisão da operação, mas também reduzir a área de dano térmico para um tamanho menor. O feixe livre gerado pelo cristal de óxido de nano hólmio pode eliminar gordura sem gerar calor excessivo, reduzindo assim o dano térmico causado por tecidos saudáveis. É relatado que o tratamento do glaucoma com laser de óxido de hólmio nanométrico nos Estados Unidos pode reduzir a dor de cirurgia. 4. Na liga magnetostritiva Terfenol-D, uma pequena quantidade de óxido de hólmio de tamanho nanométrico também pode ser adicionada para reduzir o campo externo necessário para a magnetização de saturação da liga.5. Além disso, a fibra óptica dopada com óxido de nano-hólmio pode ser usada para fabricar dispositivos de comunicação óptica, como lasers de fibra óptica, amplificadores de fibra óptica, sensores de fibra óptica, etc.

Óxido de nano érbio (III)

Os principais usos são:

1. A emissão de luz do óxido de érbio (III) nanômetro a 1550 nm é de especial importância, porque este comprimento de onda é exatamente a perda mínima da fibra óptica de comunicação de fibra óptica. Depois de ser excitado pela luz em 980 nm e 1480 nm, o íon óxido de érbio (III) nanômetro faz a transição do estado fundamental 4115/2 para o estado de alta energia 4113/2. Quando o Er3 + no estado de alta energia transita de volta para o estado fundamental, ele emite luz com comprimento de onda de 1550 nm. A fibra de quartzo pode transmitir luz de vários comprimentos de onda. No entanto, diferentes taxas de atenuação óptica variam, com a banda de frequência de 1550 nm tendo a taxa de atenuação óptica mais baixa (0,15 decibéis por quilômetro) na transmissão de fibra de quartzo, que é quase a taxa de atenuação do limite inferior. Portanto, quando a comunicação por fibra óptica é usada como luz de sinal em 1550 nm, a perda de luz é minimizada. Desta forma, se a concentração adequada de óxido de nano érbio (III) for dopada na matriz apropriada, o amplificador poderá compensar a perda no sistema de comunicação de acordo com o princípio do laser. Portanto, na rede de telecomunicações que precisa amplificar o sinal óptico de 1550 nm, o amplificador de fibra dopada com óxido de nano érbio (III) é um dispositivo óptico indispensável. Atualmente, o amplificador de fibra de sílica dopada com óxido de nano érbio (III) tem sido comercializado. É relatado que, para evitar absorção inútil, a quantidade de dopagem de óxido de nano érbio (III) na fibra é de dezenas a centenas de ppm. O rápido desenvolvimento da comunicação por fibra óptica abrirá um novo campo de aplicação do nanoóxido de érbio (III).

2. O cristal de laser dopado com óxido de érbio (III) nanômetro e seu laser de 1730 nm e saída de laser de 1550 nm são seguros para os olhos humanos, têm bom desempenho de transmissão atmosférica, têm forte capacidade de penetração de fumaça no campo de batalha, boa confidencialidade, não são fáceis de ser detectados pelo inimigo e possuem grande contraste ao iluminar alvos militares. Um telêmetro a laser portátil foi feito para uso militar, que é seguro para os olhos humanos.

3. O óxido de érbio (III) nanômetro pode ser adicionado ao vidro para fazer material de laser de vidro de terras raras, que é o material de laser sólido com a maior energia de pulso de saída e a maior potência de saída atualmente.

4. O óxido de érbio (III) nanômetro também pode ser usado como íon de ativação de materiais de laser de conversão ascendente de terras raras.

5. O óxido de érbio (III) nanômetro também pode ser usado na descoloração e coloração de óculos e vidro cristalino.

Óxido de ítrio nanométrico (Y2O3)

Os principais usos do óxido de nano ítrio são os seguintes: 1. Aditivos para aço e ligas não ferrosas. A liga FeCr geralmente contém 0,5% ~ 4% de óxido de nano ítrio, o que pode aumentar a resistência à oxidação e a ductilidade desses aços inoxidáveis. Depois de adicionar a quantidade adequada de terras raras misturadas ricas em óxido de ítrio nanômetro na liga MB26, as propriedades abrangentes da liga foram obviamente melhorado ontem, pode substituir algumas ligas de alumínio médias e fortes para os componentes estressados ​​das aeronaves; Adicionar uma pequena quantidade de terras raras de óxido de nano ítrio à liga Al-Zr pode melhorar a condutividade da liga; A liga foi adotada pela maioria das fábricas de fios na China. Óxido de nanoítrio foi adicionado à liga de cobre para melhorar a condutividade e a resistência mecânica. 2. Material cerâmico de nitreto de silício contendo 6% de nano óxido de ítrio e 2% de alumínio. 3. Perfuração, corte, soldagem e outros processamentos mecânicos são realizados em componentes de grande escala usando feixe de laser de granada de alumínio de óxido de nano neodímio com potência de 400 watts. 4. A tela do microscópio eletrônico composta de cristal único granada Y-Al tem alto brilho de fluorescência, baixa absorção de luz espalhada e boa resistência a altas temperaturas e resistência ao desgaste mecânico.5. A liga com estrutura de óxido de nano ítrio contendo 90% de óxido de nano gadolínio pode ser aplicada na aviação e outras ocasiões que exigem baixa densidade e alto ponto de fusão. 6. Materiais condutores de prótons de alta temperatura contendo 90% de nano óxido de ítrio são de grande importância para a produção de células de combustível, células eletrolíticas e sensores de gás que requerem alta solubilidade de hidrogênio. Além disso, o óxido de nano-ítrio também é usado como material resistente à pulverização de alta temperatura, diluente de combustível de reator atômico, aditivo de material de ímã permanente e getter na indústria eletrônica.

Além do acima exposto, os nanoóxidos de terras raras também podem ser usados ​​em materiais de vestuário para cuidados de saúde humana e proteção ambiental. Das unidades de pesquisa atuais, todas possuem direcionamentos determinados: anti-radiação ultravioleta; A poluição do ar e a radiação ultravioleta são propensas a doenças e cânceres de pele; A prevenção da poluição dificulta a aderência dos poluentes às roupas; Também está sendo estudado no sentido de manter anti-aquecimento. Como o couro é duro e fácil de envelhecer, ele é mais propenso a mofo em dias chuvosos. O couro pode ser amaciado por branqueamento com nano óxido de cério de terras raras, que não é fácil de envelhecer e mofo, e é confortável de usar. Nos últimos anos, os materiais de nanorrevestimento também têm sido o foco da pesquisa em nanomateriais, e a principal pesquisa concentra-se em revestimentos funcionais. Y2O3 com 80nm nos Estados Unidos pode ser usado como revestimento de proteção infravermelha. A eficiência de reflexão do calor é muito alta. CeO2 possui alto índice de refração e alta estabilidade. Quando nano óxido de ítrio de terras raras, nano óxido de lantânio e pó de nano óxido de cério são adicionados ao revestimento, a parede externa pode resistir ao envelhecimento, porque o revestimento da parede externa é fácil de envelhecer e cair porque a tinta é exposta à luz solar e aos raios ultravioleta por um longo tempo e pode resistir aos raios ultravioleta após a adição de óxido de cério e óxido de ítrio. Além disso, seu tamanho de partícula é muito pequeno e o óxido de nanocério é usado como absorvedor ultravioleta, que deve ser usado para prevenir o envelhecimento do plástico produtos devido à irradiação ultravioleta, tanques, automóveis, navios, tanques de armazenamento de óleo, etc., que podem proteger melhor outdoors grandes ao ar livre e prevenir mofo, umidade e poluição em revestimentos de paredes internas. Devido ao seu pequeno tamanho de partícula, a poeira não é fácil de aderir à parede. E pode ser esfregada com água. Ainda há muitos usos de nano óxidos de terras raras a serem pesquisados ​​e desenvolvidos, e esperamos sinceramente que tenham um futuro mais brilhante.