Materiale din pământuri rare nanometrice, o nouă forță în revoluția industrială

Nanotehnologia este un nou domeniu interdisciplinar dezvoltat treptat la sfârșitul anilor 1980 și începutul anilor 1990. Deoarece are un mare potențial de a crea noi procese de producție, noi materiale și noi produse, va declanșa o nouă revoluție industrială în noul secol. Nivelul actual de dezvoltare al nanoștiinței și nanotehnologiei este similar cu cel al computerelor și al tehnologiei informației din anii 1950. Majoritatea oamenilor de știință implicați în acest domeniu prevăd că dezvoltarea nanotehnologiei va avea un impact larg și de anvergură asupra multor aspecte ale tehnologiei. Oamenii de știință cred că are proprietăți ciudate și performanțe unice, Principalele efecte de izolare care duc la proprietățile ciudate ale materialelor nano pământuri rare sunt efectul de suprafață specific, efectul de dimensiune mică, efectul de interfață, efectul de transparență, efectul de tunel și efectul cuantic macroscopic. Aceste efecte fac ca proprietățile fizice ale nanosistemului să fie diferite de cele ale materialelor convenționale în lumină, electricitate, căldură și magnetism și prezintă multe caracteristici noi. În viitor, există trei direcții principale în care oamenii de știință pot cerceta și dezvolta nanotehnologia: pregătirea și aplicarea. de nanomateriale cu performanțe excelente; Proiectați și pregătiți diferite dispozitive și echipamente nano; Detectarea și analiza proprietăților nano-regiunilor. În prezent, nano pământurile rare au în principal următoarele direcții de aplicare, iar aplicarea sa trebuie dezvoltată în continuare în viitor.

Nanometru oxid de lantan (La2O3)

Oxidul de lantan nanometru se aplică materialelor piezoelectrice, materiale electrotermale, materiale termoelectrice, materiale magnetorezistente, materiale luminiscente (pulbere albastră), materiale de stocare a hidrogenului, sticlă optică, materiale laser, diferite materiale aliaje, catalizatori pentru prepararea produselor chimice organice și catalizatori pentru neutralizare. evacuarea autovehiculelor și filmele agricole de conversie luminoasă sunt, de asemenea, aplicate oxidului de lantan din nanometri.

Nanometru oxid de ceriu (CeO2)

Principalele utilizări ale oxidului de nano ceriu sunt următoarele: 1. Ca aditiv pentru sticlă, oxidul de nano ceriu poate absorbi razele ultraviolete și razele infraroșii și a fost aplicat pe sticla auto. Poate nu numai să prevină razele ultraviolete, ci și să reducă temperatura din interiorul mașinii, economisind astfel energie electrică pentru aer condiționat. 2. Aplicarea oxidului de nano ceriu în catalizatorul de purificare a eșapamentului auto poate preveni în mod eficient descărcarea în aer a unei cantități mari de gaze de eșapament auto. Oxidul de nano-ceriu poate fi utilizat în pigmentul pentru a colora materialele plastice și, de asemenea, poate fi utilizat în industria de acoperire, cerneală și hârtie. 4. Aplicarea nanooxidului de ceriu în materialele de lustruit a fost recunoscută pe scară largă ca o cerință de înaltă precizie pentru lustruirea plachetelor de siliciu și a substraturilor cu un singur cristal de safir.5. În plus, oxidul de ceriu nano poate fi aplicat și la materiale de stocare a hidrogenului, materiale termoelectrice, electrozi de tungsten din oxid de ceriu nano, condensatoare ceramice, ceramică piezoelectrică, abrazivi din carbură de siliciu nano oxid de ceriu, materii prime pentru pile de combustie, catalizatori de benzină, unele materiale magnetice permanente, diverse oțeluri aliate și metale neferoase etc.

Nanometrul de oxid de praseodim (Pr6O11)

Principalele utilizări ale oxidului de praseodim nanometru sunt următoarele: 1. Este utilizat pe scară largă în ceramică de construcție și ceramică de uz zilnic. Poate fi amestecat cu glazură ceramică pentru a face glazură colorată și poate fi folosit și ca pigment de subglazură. Pigmentul preparat este galben deschis, cu ton pur și elegant. 2. Este folosit pentru fabricarea magneților permanenți și este utilizat pe scară largă în diverse dispozitive electronice și motoare. 3. Este utilizat pentru cracarea catalitică a petrolului. Activitatea, selectivitatea și stabilitatea catalizei pot fi îmbunătățite. 4. Oxidul de nano-praseodim poate fi folosit și pentru lustruirea abrazivă. În plus, aplicarea oxidului de praseodim nanometru în domeniul fibrei optice este din ce în ce mai extinsă. Oxid de neodim nanometru (Nd2O3) Oxidul de neodim nanometru a devenit un punct fierbinte pe piață de mulți ani datorită poziției sale unice în domeniul pământurilor rare. Oxidul de nano-neodim este, de asemenea, aplicat materialelor neferoase. Adăugarea a 1,5% ~ 2,5% nano oxid de neodim în aliajul de magneziu sau aluminiu poate îmbunătăți performanța la temperaturi ridicate, etanșeitatea la aer și rezistența la coroziune a aliajului și este utilizat pe scară largă ca aerospațial. material pentru aviație. În plus, granatul de nano ytriu aluminiu dopat cu nano oxid de neodim produce fascicul laser cu undă scurtă, care este utilizat pe scară largă pentru sudarea și tăierea materialelor subțiri cu grosimea sub 10 mm în industrie. Din punct de vedere medical, laserul Nano-YAG dopat cu nano-Nd _ 2O _ 3 este utilizat pentru îndepărtarea rănilor chirurgicale sau dezinfectarea rănilor în locul cuțitelor chirurgicale. Oxidul de neodim nanometru este, de asemenea, utilizat pentru colorarea materialelor din sticlă și ceramică, produse din cauciuc și aditivi.

Nanoparticule de oxid de samariu (Sm2O3)

Principalele utilizări ale oxidului de samariu de dimensiuni nano sunt: oxidul de samariu de mărime nano este galben deschis, care se aplică condensatoarelor și catalizatorilor ceramici. În plus, oxidul de samariu de dimensiuni nanometrice are proprietăți nucleare și poate fi utilizat ca material structural, material de protecție și material de control al reactorului de energie atomică, astfel încât energia uriașă generată de fisiunea nucleară să poată fi utilizată în siguranță. Nanoparticulele de oxid de europiu (Eu2O3) sunt utilizate în principal în fosfor. Eu3+ este folosit ca activator al fosforului roșu, iar Eu2+ este folosit ca fosfor albastru. Y0O3: Eu3+ este cel mai bun fosfor în ceea ce privește eficiența luminoasă, stabilitatea acoperirii, costul de recuperare etc. și este utilizat pe scară largă datorită îmbunătățirii eficienței luminoase și a contrastului. Recent, nano-oxidul de europiu este, de asemenea, folosit ca fosfor cu emisie stimulată pentru noul sistem de diagnosticare medicală cu raze X. materiale de control, materiale de ecranare și materiale structurale ale reactoarelor atomice. Fosforul roșu de gadoliniu europiu (Y2O3:Eu3+) cu particule fine a fost preparat utilizând nano oxid de ytriu (Y2O3) și nano oxid de europiu (Eu2O3) ca materii prime. Când se folosește pentru a prepara fosfor tricolor de pământuri rare, s-a constatat că: (a) poate fi amestecat bine și uniform cu pulbere verde și pulbere albastră; (b) Performanță bună de acoperire; (c) Deoarece dimensiunea particulelor de pulbere roșie este mică, aria de suprafață specifică crește și numărul de particule luminiscente crește, cantitatea de pulbere roșie din fosfori tricolori de pământuri rare poate fi redusă, rezultând un cost mai mic.

Nanoparticule de oxid de gadoliniu (Gd2O3)

Principalele sale utilizări sunt următoarele: 1. Complexul său paramagnetic solubil în apă poate îmbunătăți semnalul imagistic RMN al corpului uman în tratamentul medical. 2. Oxidul de sulf de bază poate fi folosit ca grilă matrice a tubului osciloscopului și ecran cu raze X cu luminozitate specială. 3. Oxidul de nano-gadoliniu în granatul de nano-gadoliniu galiu este un substrat unic ideal pentru memoria bulelor magnetice. 4. Când nu există o limită de ciclu Camot, poate fi folosit ca mediu de răcire magnetic solid. 5. Este folosit ca inhibitor pentru controlul nivelului de reacție în lanț al centralelor nucleare pentru a asigura siguranța reacțiilor nucleare. În plus, utilizarea oxidului de nano-gadoliniu și a oxidului de nano-lantan este utilă pentru a schimba regiunea de vitrificare și pentru a îmbunătăți stabilitatea termică a sticlei. Oxidul de nano gadoliniu poate fi, de asemenea, utilizat pentru fabricarea condensatoarelor și a ecranelor de intensificare a razelor X. În prezent, lumea depune eforturi mari pentru a dezvolta aplicarea oxidului de nano-gadoliniu și a aliajelor sale în refrigerarea magnetică și a făcut progrese inovatoare.

Nanoparticule de oxid de terbiu (Tb4O7)

Principalele domenii de aplicare sunt următoarele: 1. Fosforii sunt utilizați ca activatori ai pulberii verzi în fosfori tricolori, cum ar fi matricea de fosfat activată de oxid de nano terbiu, matrice de silicat activată de oxid de nano terbiu și matrice de aluminat de magneziu nano oxid de ceriu activată de nanoterbiu oxid, care toate emit lumină verde în stare excitată. 2. Materiale de stocare magneto-optice, În ultimii ani, au fost cercetate și dezvoltate materiale magneto-optice din oxid de nano-terbiu. Discul magneto-optic din folie amorfă Tb-Fe este folosit ca element de stocare a computerului, iar capacitatea de stocare poate fi mărită de 10~15 ori. 3. Sticla magneto-optică, sticla Faraday optic activă care conține nanometru oxid de terbiu, este un material cheie pentru fabricarea rotatoarelor, izolatoarelor, inelatoare și utilizat pe scară largă în tehnologia laser. Nanometrul oxidului de terbiu nanometrul oxidul de disprosiu este utilizat în principal în sonare și a fost pe scară largă utilizat în multe domenii, cum ar fi sistemul de injecție de combustibil, controlul supapelor de lichid, micro-poziționare, actuator mecanic, mecanismul și regulatorul aripii telescopului spațial al aeronavei. Principalele utilizări ale oxidului de nano disproziu Dy2O3 sunt:1. Oxidul de nano-disprosiu este folosit ca activator al fosforului, iar oxidul de nano-disprosiu trivalent este un ion de activare promițător al materialelor luminescente tricolore cu un singur centru luminiscent. Constă în principal din două benzi de emisie, una este emisia de lumină galbenă, cealaltă este emisia de lumină albastră, iar materialele luminiscente dopate cu oxid de nano-disproziu pot fi folosite ca fosfor tricolor.2. Oxidul de disproziu nanometru este o materie primă metalică necesară pentru prepararea aliajului de terfenol cu oxid de nano-terbiu și nano-oxid de nano-disproziu din aliaj magnetostrictiv mare, care poate realiza unele activități precise de mișcare mecanică. 3. Nanometrul oxid de metal de disprosiu poate fi folosit ca material de stocare magneto-optic cu viteză mare de înregistrare și sensibilitate de citire. 4. Folosit pentru prepararea lămpii cu oxid de disprosiu nanometru. Substanța de lucru folosită în lampa cu oxid de nano disprosiu este oxidul de nano disprosiu, care are avantajele luminozității ridicate, culorii bune, temperatură ridicată a culorii, dimensiuni mici și arc stabil și a fost folosit ca sursă de lumină pentru film și imprimare. 5. Oxidul de disproziu nanometru este utilizat pentru măsurarea spectrului de energie neutronică sau ca absorbant de neutroni în industria energiei atomice datorită ariei sale mari de captare a neutronilor.

Ho _ 2O _ 3 Nanometru

Principalele utilizări ale oxidului de nano-holmiu sunt următoarele: 1. Ca aditiv al lămpii cu halogen metalic, lampa cu halogen metalic este un fel de lampă cu descărcare în gaz, care este dezvoltată pe baza lămpii cu mercur de înaltă presiune, iar caracteristica sa este că becul este umplut cu diverse halogenuri de pământuri rare. În prezent, se folosesc în principal ioduri de pământuri rare, care emit linii spectrale diferite atunci când se descarcă gaz. Substanța de lucru folosită în lampa cu oxid de nano-holmiu este iodura de oxid de nano-holmiu, care poate obține o concentrație mai mare de atom de metal în zona arcului, astfel îmbunătățind considerabil eficiența radiațiilor. 2. Oxidul de holmiu nanometru poate fi folosit ca aditiv pentru fierul de ytriu sau granatul de ytriu aluminiu; 3. Oxidul de nano-holmiu poate fi folosit ca granat de ytriu fier aluminiu (Ho:YAG), care poate emite laser de 2 μm, iar rata de absorbție a țesutului uman la laser de 2 μm este mare. Este cu aproape trei ordine de mărime mai mare decât Hd: YAG0. Prin urmare, atunci când utilizați laserul Ho:YAG pentru operații medicale, nu numai că poate îmbunătăți eficiența și precizia operațiunii, ci și poate reduce zona de deteriorare termică la o dimensiune mai mică. Fasciculul liber generat de cristalul de nano oxid de holmiu poate elimina grăsimea fără a genera căldură excesivă, reducând astfel daunele termice cauzate de țesuturile sănătoase. Se raportează că tratamentul glaucomului cu laser nanometric cu oxid de holmiu în Statele Unite poate reduce durerea de chirurgie. 4. În aliajul magnetostrictiv Terfenol-D, se poate adăuga și o cantitate mică de oxid de holmiu de dimensiuni nanometrice pentru a reduce câmpul extern necesar magnetizării de saturație a aliajului.5. În plus, fibra optică dopată cu oxid de nano-holmiu poate fi utilizată pentru a realiza dispozitive de comunicație optică, cum ar fi lasere cu fibră optică, amplificatoare cu fibră optică, senzori cu fibră optică etc. Va juca un rol mai important în comunicarea rapidă cu fibră optică de astăzi.

Nanometru oxid de ytriu (Y2O3)

Principalele utilizări ale nanooxidului de ytriu sunt următoarele: 1. Aditivi pentru oțel și aliaje neferoase. Aliajul FeCr conține de obicei 0,5% ~ 4% nano oxid de ytriu, care poate spori rezistența la oxidare și ductilitatea acestor oțeluri inoxidabile. îmbunătățit ieri, Poate înlocui unele aliaje de aluminiu medii și puternice pentru componentele solicitate ale aeronavei; Adăugarea unei cantități mici de pământ rar oxid de nano ytriu în aliajul Al-Zr poate îmbunătăți conductivitatea aliajului; Aliajul a fost adoptat de majoritatea fabricilor de sârmă din China. Oxidul de nano-itriu a fost adăugat în aliajul de cupru pentru a îmbunătăți conductivitatea și rezistența mecanică. 2. Material ceramic cu nitrură de siliciu care conține 6% nanooxid de ytriu și 2% aluminiu. Poate fi folosit pentru a dezvolta piese de motor. 3. Găurirea, tăierea, sudarea și alte prelucrări mecanice sunt efectuate pe componente la scară largă prin utilizarea fasciculului laser din nano oxid de neodim aluminiu granat cu o putere de 400 de wați. 4. Ecranul microscopului electronic compus din cristal monocristal Y-Al granat are luminozitate mare de fluorescență, absorbție scăzută a luminii împrăștiate și rezistență bună la temperaturi ridicate și rezistență mecanică la uzură.5. Aliajul cu structură înalt nanooxid de ytriu care conține 90% nano oxid de gadoliniu poate fi aplicat în aviație și în alte ocazii care necesită densitate scăzută și punct de topire ridicat. 6. Materialele conductoare de protoni la temperatură înaltă care conțin 90% nanooxid de ytriu sunt de mare importanță pentru producția de celule de combustie, celule electrolitice și senzori de gaz care necesită solubilitate ridicată a hidrogenului. În plus, oxidul de nano-itriu este, de asemenea, utilizat ca material rezistent la pulverizare la temperaturi înalte, diluant al combustibilului reactorului atomic, aditiv al materialului cu magnet permanenți și getter în industria electronică.

Pe lângă cele de mai sus, nanoxizii de pământuri rare pot fi utilizați și în materialele de îmbrăcăminte pentru îngrijirea sănătății umane și protecția mediului. Din unitățile de cercetare actuale, toate au anumite direcții: radiații anti-ultraviolete; Poluarea aerului și radiațiile ultraviolete sunt predispuse la boli de piele și cancer de piele; Prevenirea poluării face dificilă lipirea poluanților de îmbrăcăminte; De asemenea, este studiată în direcția păstrării anti-cald. Deoarece pielea este dură și ușor de îmbătrânit, este cea mai predispusă la mucegai în zilele ploioase. Pielea poate fi înmuiată prin albire cu oxid de ceriu nano pământuri rare, care nu este ușor de îmbătrânit și de mucegai, și este confortabil de purtat. În ultimii ani, materialele de nano-acoperire sunt, de asemenea, în centrul cercetării în domeniul nanomaterialelor, iar cercetarea principală se concentrează pe acoperirile funcționale. Y2O3 cu 80nm în Statele Unite poate fi folosit ca acoperire de ecranare în infraroșu. Eficiența reflectării căldurii este foarte mare. CeO2 are indice de refracție ridicat și stabilitate ridicată. Atunci când la acoperire se adaugă oxid de ytriu nano pământuri rare, oxid de nano lantan și pulbere de oxid de nano ceriu, peretele exterior poate rezista îmbătrânirii, deoarece stratul exterior al peretelui este ușor de îmbătrânit și de desprins deoarece vopseaua este expusă la lumina soarelui și la razele ultraviolete. pentru o lungă perioadă de timp și poate rezista razelor ultraviolete după adăugarea de oxid de ceriu și oxid de ytriu. În plus, dimensiunea particulelor sale este foarte mică și nano oxidul de ceriu este utilizat ca absorbant de ultraviolete, care se așteaptă să fie utilizat pentru a preveni îmbătrânirea produselor din plastic din cauza iradierii ultraviolete, rezervoare, automobile, nave, rezervoare de stocare a uleiului etc., care pot proteja cel mai bine panourile publicitare mari în aer liber și pot preveni mucegaiul. , umiditate și poluare pentru acoperirile pereților interiori. Datorită dimensiunii mici ale particulelor, praful nu este ușor de lipit de perete și poate fi curățat cu apă. Există încă multe utilizări ale nanoxizilor de pământuri rare care urmează să fie cercetate și dezvoltate în continuare și sperăm sincer că va avea un viitor mai strălucit.