Нанометровые редкоземельные материалы — новая сила промышленной революции
Нанотехнологии — новая междисциплинарная область, постепенно развивавшаяся в конце 1980-х — начале 1990-х годов. Поскольку он обладает огромным потенциалом для создания новых производственных процессов, новых материалов и новых продуктов, он положит начало новой промышленной революции в новом столетии. Нынешний уровень развития нанонауки и нанотехнологий аналогичен уровню развития компьютерных и информационных технологий в 1950-х годах. Большинство ученых, работающих в этой области, предсказывают, что развитие нанотехнологий окажет широкое и далеко идущее влияние на многие аспекты технологий. Ученые полагают, что он обладает странными свойствами и уникальными характеристиками. Основными эффектами ограничения, которые приводят к странным свойствам наноредкоземельных материалов, являются эффект специфической поверхности, эффект малого размера, эффект интерфейса, эффект прозрачности, туннельный эффект и макроскопический квантовый эффект. Эти эффекты отличают физические свойства наносистемы от свойств обычных материалов по свету, электричеству, теплу и магнетизму и представляют множество новых особенностей. В будущем у ученых есть три основных направления исследований и развития нанотехнологий: подготовка и применение. наноматериалов с отличными характеристиками; Проектирование и подготовка различных наноустройств и оборудования; Обнаружение и анализ свойств нанообластей. В настоящее время наноредкоземельные элементы в основном имеют следующие направления применения, и их применение требует дальнейшего развития в будущем.
Оксид лантана нанометра (La2O3)
Нанометровый оксид лантана применяется в пьезоэлектрических материалах, электротермических материалах, термоэлектрических материалах, магниторезистивных материалах, люминесцентных материалах (синий порошок), материалах для хранения водорода, оптическом стекле, лазерных материалах, различных материалах сплавов, катализаторах для приготовления органических химических продуктов и катализаторах нейтрализации. автомобильные выхлопы и светопреобразующие сельскохозяйственные пленки также наносятся на нанометровый оксид лантана.
Нанометр оксида церия (CeO2)
Основные области применения нанооксида церия следующие: 1. В качестве добавки к стеклу нанооксид церия может поглощать ультрафиолетовые и инфракрасные лучи и наносится на автомобильное стекло. Он может не только предотвратить попадание ультрафиолетовых лучей, но и снизить температуру внутри автомобиля, тем самым экономя электроэнергию для кондиционирования воздуха. 2. Применение нанооксида церия в катализаторе очистки выхлопных газов автомобилей может эффективно предотвратить выброс большого количества выхлопных газов автомобилей в воздух.3. Оксид наноцерия можно использовать в пигментах для окраски пластмасс, а также в лакокрасочной, чернильной и бумажной промышленности. 4. Применение нанооксида церия в полирующих материалах широко признано как требование высокой точности для полировки кремниевых пластин и монокристаллических подложек сапфира.5. Кроме того, нанооксид церия также может применяться в материалах для хранения водорода, термоэлектрических материалах, вольфрамовых электродах из нанооксида церия, керамических конденсаторах, пьезоэлектрической керамике, абразивах из нанооксида церия и карбида кремния, сырье для топливных элементов, бензиновых катализаторах, некоторых постоянных магнитных материалах, различные легированные стали и цветные металлы и т.д.
Нанометровый оксид празеодима (Pr6O11)
Основные области применения нанометрового оксида празеодима заключаются в следующем: 1. Он широко используется в строительной керамике и керамике повседневного использования. Его можно смешать с керамической глазурью для получения цветной глазури, а также использовать отдельно в качестве подглазурного пигмента. Приготовленный пигмент светло-желтого цвета чистого и элегантного тона. 2. Он используется для производства постоянных магнитов и широко используется в различных электронных устройствах и двигателях. 3. Используется для каталитического крекинга нефти. Можно улучшить активность, селективность и стабильность катализа. 4. Оксид нанопразеодима также можно использовать для абразивной полировки. Кроме того, применение нанооксида празеодима в области оптического волокна становится все более обширным. Нанометровый оксид неодима (Nd2O3) Нанометровый оксид неодима на протяжении многих лет стал горячей точкой на рынке из-за своего уникального положения в области редких земель. Оксид нано-неодима также применяется к материалам из цветных металлов. Добавление 1,5–2,5% нанооксида неодима в магниевый или алюминиевый сплав может улучшить высокотемпературные характеристики, воздухонепроницаемость и коррозионную стойкость сплава, и он широко используется в аэрокосмической промышленности. материал для авиации. Кроме того, наноиттрий-алюминиевый гранат, легированный нанооксидом неодима, генерирует коротковолновый лазерный луч, который широко используется в промышленности для сварки и резки тонких материалов толщиной менее 10 мм. С медицинской точки зрения лазер Nano-YAG, легированный нано-Nd_2O_3, используется для удаления хирургических ран или дезинфекции ран вместо хирургических ножей. Нанометровый оксид неодима также используется для окраски стеклянных и керамических материалов, резиновых изделий и добавок.
Наночастицы оксида самария (Sm2O3)
Основные области применения наноразмерного оксида самария: наноразмерный оксид самария светло-желтого цвета, который наносится на керамические конденсаторы и катализаторы. Кроме того, наноразмерный оксид самария обладает ядерными свойствами и может использоваться в качестве конструкционного материала, защитного материала и материала управления атомного энергетического реактора, так что огромная энергия, генерируемая ядерным делением, может использоваться безопасно. Наночастицы оксида европия (Eu2O3) чаще всего используются в люминофорах. Eu3+ используется в качестве активатора красного люминофора, а Eu2+ используется в качестве синего люминофора. Y0O3:Eu3+ — лучший люминофор по светоотдаче, стабильности покрытия, стоимости восстановления и т. д. Он широко используется из-за улучшения светоотдачи и контрастности. В последнее время оксид наноевропия также используется в качестве люминофора стимулированного излучения для новой системы рентгеновской медицинской диагностики. материалы управления, защитные материалы и конструкционные материалы атомных реакторов. Мелкодисперсный красный люминофор оксида гадолиния и европия (Y2O3:Eu3+) был получен с использованием нанооксида иттрия (Y2O3) и нанооксида европия (Eu2O3) в качестве сырья. При использовании его для приготовления трехцветного люминофора из редкоземельных элементов было обнаружено, что: (а) можно хорошо и равномерно смешивать с зеленым порошком и синим порошком; (б) Хорошие характеристики покрытия; (c) Поскольку размер частиц красного порошка мал, удельная площадь поверхности увеличивается и количество люминесцентных частиц увеличивается, количество красного порошка в трехцветных люминофорах из редкоземельных элементов может быть уменьшено, что приводит к снижению стоимости.
Наночастицы оксида гадолиния (Gd2O3)
Его основные области применения заключаются в следующем: 1. Его водорастворимый парамагнитный комплекс может улучшить сигнал ЯМР-визуализации человеческого тела при медицинском лечении. 2. Базовый оксид серы может использоваться в качестве матричной сетки осциллографической трубки и рентгеновского экрана особой яркости. 3. Оксид наногадолиния в наногадолиниево-галлиевом гранате является идеальной подложкой для магнитно-пузырьковой памяти. 4. Когда нет ограничения цикла Camot, его можно использовать в качестве твердого магнитного охлаждающего средства. 5. Используется в качестве ингибитора для контроля уровня цепной реакции на атомных электростанциях для обеспечения безопасности ядерных реакций. Кроме того, использование оксида наногадолиния и оксида нанолантана помогает изменить область стеклования и улучшить термическую стабильность стекла. Оксид наногадолиния также можно использовать для производства конденсаторов и экранов, усиливающих рентгеновское излучение. В настоящее время мир прилагает большие усилия для разработки применения оксида наногадолиния и его сплавов в магнитном охлаждении и добился прорывного прогресса.
Наночастицы оксида тербия (Tb4O7)
Основные области применения следующие: 1. Люминофоры используются в качестве активаторов зеленого порошка в трехцветных люминофорах, таких как фосфатная матрица, активированная нанооксидом тербия, силикатная матрица, активированная нанооксидом тербия, и наноматрица оксида церия, алюмината магния, активированная нанотербием. оксид, которые все излучают зеленый свет в возбужденном состоянии. 2. Магнитооптические накопительные материалы. В последние годы были исследованы и разработаны магнитооптические материалы на основе оксида тербия. Магнитооптический диск, изготовленный из аморфной пленки Tb-Fe, используется в качестве запоминающего элемента компьютера, емкость которого может быть увеличена в 10–15 раз. 3. Магнитооптическое стекло, оптически активное стекло Фарадея, содержащее нанометровый оксид тербия, является ключевым материалом для изготовления вращателей, изоляторов, аннуляторов и широко используется в лазерных технологиях. Нанометровый оксид тербия. Нанометровый оксид диспрозия в основном используется в гидролокаторах и широко применяется. используется во многих областях, таких как система впрыска топлива, управление жидкостным клапаном, микропозиционирование, механический привод, механизм и регулятор крыла авиационного космического телескопа. Основные области применения нанооксида диспрозия Dy2O3:1. Оксид нанодиспрозия используется в качестве активатора люминофора, а оксид трехвалентного нанодиспрозия является перспективным активирующим ионом трехцветных люминесцентных материалов с единым люминесцентным центром. В основном он состоит из двух полос излучения: одна — желтого света, другая — синего света, а люминесцентные материалы, легированные оксидом нанодиспрозия, могут использоваться в качестве трехцветных люминофоров.2. Нанометровый оксид диспрозия является необходимым металлическим сырьем для приготовления сплава терфенола с крупным магнитострикционным сплавом нанооксида тербия и оксида нанодиспрозия, который может осуществлять некоторые точные действия механического движения. 3. Нанометровый оксид металлического диспрозия можно использовать в качестве магнитооптического запоминающего материала с высокой скоростью записи и чувствительностью считывания. 4. Используется для приготовления нанооксидной лампы на основе диспрозия. Рабочим веществом, используемым в нанооксидной лампе на основе диспрозия, является нанооксид диспрозия, который обладает преимуществами высокой яркости, хорошего цвета, высокой цветовой температуры, небольшого размера и стабильной дуги. используется в качестве источника освещения для кино и печати. 5. Нанометровый оксид диспрозия используется для измерения энергетического спектра нейтронов или в качестве поглотителя нейтронов в атомной энергетике из-за его большой площади поперечного сечения захвата нейтронов.
Ho_2O_3 Нанометр
Основные области применения оксида нано-гольмия следующие: 1. В качестве добавки к металлогалогенной лампе металлогалогенная лампа представляет собой разновидность газоразрядной лампы, разработанной на основе ртутной лампы высокого давления, и ее характеристики: что лампочка наполнена различными галогенидами редкоземельных металлов. В настоящее время в основном используются йодиды редкоземельных элементов, которые излучают различные спектральные линии при газовых разрядах. Рабочим веществом, используемым в нано-оксидной лампе, является нано-оксид йодида гольмия, который позволяет получить более высокую концентрацию атомов металла в зоне дуги, таким образом значительно улучшая эффективность излучения. 2. Нанометровый оксид гольмия можно использовать в качестве добавки к иттриевому железу или иттрий-алюминиевому гранату; 3. Оксид нано-гольмия можно использовать в качестве иттрий-железо-алюминиевого граната (Ho:YAG), который может излучать лазер с длиной волны 2 мкм, а скорость поглощения человеческой ткани лазером с длиной волны 2 мкм высока. Это почти на три порядка выше, чем Hd: ЯГ0. Таким образом, при использовании лазера Ho:YAG для медицинских операций он может не только повысить эффективность и точность операции, но также уменьшить зону термического повреждения до меньшего размера. Свободный луч, генерируемый кристаллом нанооксида гольмия, может удалять жир без выделения чрезмерного тепла, тем самым уменьшая термическое повреждение, причиняемое здоровым тканям. Сообщается, что лечение глаукомы с помощью нанометрового лазера на оксиде гольмия в Соединенных Штатах может уменьшить боль операция. 4. В магнитострикционный сплав Терфенол-Д также может быть добавлено небольшое количество наноразмерного оксида гольмия для уменьшения внешнего поля, необходимого для намагничивания насыщения сплава.5. Кроме того, оптическое волокно, легированное оксидом нано-гольмия, можно использовать для изготовления устройств оптической связи, таких как волоконно-оптические лазеры, волоконно-оптические усилители, волоконно-оптические датчики и т. д. Оно будет играть более важную роль в современной быстрой оптоволоконной связи.
Нанометровый оксид иттрия (Y2O3)
Основные области применения нанооксида иттрия следующие: 1. Добавки для стали и сплавов цветных металлов. Сплав FeCr обычно содержит 0,5–4% нанооксида иттрия, что может повысить стойкость к окислению и пластичность этих нержавеющих сталей. После добавления надлежащего количества смешанных редкоземельных элементов, богатых нанометровым оксидом иттрия, в сплав MB26 всесторонние свойства сплава были очевидны. улучшенный вчера, он может заменить некоторые средние и прочные алюминиевые сплавы для нагруженных компонентов самолетов; Добавление небольшого количества редкоземельного нанооксида иттрия в сплав Al-Zr может улучшить проводимость сплава; Этот сплав используется на большинстве проволочных заводов Китая. Оксид наноиттрия был добавлен в медный сплав для улучшения проводимости и механической прочности. 2. Керамический материал из нитрида кремния, содержащий 6% нанооксида иттрия и 2% алюминия. Его можно использовать для разработки деталей двигателя. 3. Сверление, резка, сварка и другая механическая обработка крупногабаритных деталей выполняются с использованием нанолазерного луча на оксиде неодима на алюминиевом гранате мощностью 400 Вт. 4. Экран электронного микроскопа, состоящий из монокристалла граната Y-Al, имеет высокую яркость флуоресценции, низкое поглощение рассеянного света, хорошую устойчивость к высоким температурам и механическую износостойкость.5. Сплав с высоким содержанием нанооксида иттрия, содержащий 90% нанооксида гадолиния, может применяться в авиации и других случаях, когда требуется низкая плотность и высокая температура плавления. 6. Высокотемпературные протонпроводящие материалы, содержащие 90% нанооксида иттрия, имеют большое значение для производства топливных элементов, электролизеров и газовых сенсоров, требующих высокой растворимости водорода. Кроме того, оксид нано-иттрия также используется в качестве материала, устойчивого к высокотемпературному распылению, разбавителя топлива атомных реакторов, добавки к материалу постоянного магнита и геттера в электронной промышленности.
Помимо вышеперечисленного, нанооксиды редкоземельных элементов также можно использовать в материалах одежды для здравоохранения и защиты окружающей среды. Из нынешних исследовательских подразделений все они имеют определенные направления: борьба с ультрафиолетовым излучением; Загрязнение воздуха и ультрафиолетовое излучение способствуют возникновению кожных заболеваний и рака кожи; Предотвращение загрязнения затрудняет прилипание загрязняющих веществ к одежде; Ее также изучают в направлении защиты от тепла. Поскольку кожа твердая и легко состаривается, она наиболее подвержена образованию плесени в дождливые дни. Кожу можно смягчить путем отбеливания нано-редкоземельным оксидом церия, который нелегко стареть и плесени, и его удобно носить. В последние годы материалы нанопокрытий также находятся в центре внимания исследований наноматериалов, а основные исследования сосредоточены на функциональных покрытиях. Y2O3 с длиной волны 80 нм в США можно использовать в качестве покрытия, защищающего от инфракрасного излучения. Эффективность отражения тепла очень высока. CeO2 имеет высокий показатель преломления и высокую стабильность. Когда к покрытию добавляются наноредкоземельные оксиды иттрия, нанооксид лантана и нанопорошок оксида церия, наружная стена может противостоять старению, поскольку покрытие внешней стены легко стареет и отпадает, поскольку краска подвергается воздействию солнечного света и ультрафиолетовых лучей. в течение длительного времени и может противостоять ультрафиолетовым лучам после добавления оксида церия и оксида иттрия. Кроме того, размер его частиц очень мал, и нанооксид церия используется в качестве поглотитель ультрафиолета, который, как ожидается, будет использоваться для предотвращения старения пластиковых изделий из-за ультрафиолетового облучения, резервуаров, автомобилей, кораблей, резервуаров для хранения нефти и т. д., который может наилучшим образом защитить большие наружные рекламные щиты и предотвратить появление плесени, влаги и загрязнения внутри помещений. настенные покрытия. Из-за небольшого размера частиц пыль нелегко прилипает к стене. Ее можно смыть водой. Есть еще множество применений нанооксидов редкоземельных элементов, требующих дальнейшего исследования и разработки, и мы искренне надеемся, что их ждет более блестящее будущее.
Время публикации: 18 августа 2021 г.