Nanometrski materiali redkih zemelj, nova sila v industrijski revoluciji

Nanometrski materiali redkih zemelj, nova sila v industrijski revoluciji

Nanotehnologija je novo interdisciplinarno področje, ki se je postopoma razvilo v poznih osemdesetih in zgodnjih devetdesetih letih prejšnjega stoletja. Ker ima velik potencial za ustvarjanje novih proizvodnih procesov, novih materialov in novih izdelkov, bo sprožil novo industrijsko revolucijo v novem stoletju. Trenutna stopnja razvoja nanoznanosti in nanotehnologije je podobna tisti v računalniški in informacijski tehnologiji v petdesetih letih prejšnjega stoletja. Večina znanstvenikov, predanih temu področju, napoveduje, da bo imel razvoj nanotehnologije širok in daljnosežen vpliv na številne vidike tehnologije. Znanstveniki verjamejo, da ima nenavadne lastnosti in edinstveno delovanje. Glavni učinki zaprtja, ki vodijo do nenavadnih lastnosti nano materialov redkih zemelj, so učinek specifične površine, učinek majhne velikosti, učinek vmesnika, učinek prosojnosti, učinek tunela in makroskopski kvantni učinek. Zaradi teh učinkov se fizikalne lastnosti nano sistema razlikujejo od lastnosti običajnih materialov v svetlobi, elektriki, toploti in magnetizmu ter predstavljajo številne nove značilnosti. V prihodnosti obstajajo tri glavne smeri, v katerih bodo znanstveniki raziskovali in razvijali nanotehnologijo: priprava in uporaba nanomaterialov z odlično zmogljivostjo; Oblikovanje in priprava različnih nano naprav in opreme; Odkrivanje in analiziranje lastnosti nanoregij. Trenutno ima nano redka zemlja v glavnem naslednje smeri uporabe, njeno uporabo pa je treba v prihodnosti še naprej razvijati.

Nanometrski lantanov oksid (La2O3)

Nanometrski lantanov oksid se uporablja za piezoelektrične materiale, elektrotermične materiale, termoelektrične materiale, magnetorezistenčne materiale, luminescentne materiale (modri prah), materiale za shranjevanje vodika, optično steklo, laserske materiale, različne zlitine, katalizatorje za pripravo organskih kemičnih izdelkov in katalizatorje za nevtralizacijo avtomobilski izpuh in kmetijski filmi za pretvorbo svetlobe se uporabljajo tudi za nanometrski lantanov oksid.

Nanometrski cerijev oksid (CeO2)

Glavne uporabe nano cerijevega oksida so naslednje: 1. Kot dodatek steklu lahko nano cerijev oksid absorbira ultravijolične in infrardeče žarke in se uporablja za avtomobilsko steklo. Ne more le preprečiti ultravijoličnih žarkov, ampak tudi znižati temperaturo v avtomobilu in tako prihraniti elektriko za klimatsko napravo. 2. Uporaba nano cerijevega oksida v katalizatorju za čiščenje avtomobilskih izpušnih plinov lahko učinkovito prepreči izpust velike količine avtomobilskih izpušnih plinov v zrak.3. Nanocerijev oksid se lahko uporablja v pigmentih za barvanje plastike, prav tako pa se lahko uporablja v industriji premazov, črnila in papirja. 4. Uporaba nanocerijevega oksida v materialih za poliranje je bila splošno priznana kot zahteva visoke natančnosti za poliranje silicijevih rezin in safirnih enokristalnih substratov.5. Poleg tega se lahko nano cerijev oksid uporablja tudi za materiale za shranjevanje vodika, termoelektrične materiale, nano cerijeve oksidne volframove elektrode, keramične kondenzatorje, piezoelektrično keramiko, nano cerijeve oksidne abrazive iz silicijevega karbida, surovine za gorivne celice, bencinske katalizatorje, nekatere trajne magnetne materiale, razna legirana jekla in neželezne kovine itd.

Nanometrski praseodimijev oksid (Pr6O11)

Glavne uporabe nanometrskega praseodimijevega oksida so naslednje: 1. Široko se uporablja v gradbeni keramiki in keramiki za vsakodnevno uporabo. Lahko se zmeša s keramično glazuro, da se naredi barvna glazura, lahko pa se uporablja tudi samo kot pigment pod glazuro. Pripravljen pigment je svetlo rumen s čistim in elegantnim tonom. 2. Uporablja se za izdelavo trajnih magnetov in se pogosto uporablja v različnih elektronskih napravah in motorjih. 3. Uporablja se za katalitično krekiranje nafte. Aktivnost, selektivnost in stabilnost katalize je mogoče izboljšati. 4. Nano-praseodimijev oksid se lahko uporablja tudi za abrazivno poliranje. Poleg tega je uporaba nanometrskega praseodimijevega oksida na področju optičnih vlaken vedno bolj obsežna.

Nanometrski neodim oksid (Nd2O3)

Nanometrski neodimov oksid je že vrsto let postal vroča točka na trgu zaradi svojega edinstvenega položaja na področju redkih zemelj. Nano-neodimov oksid se uporablja tudi za neželezne materiale. Dodajanje 1,5 % ~ 2,5 % nano neodimovega oksida v magnezijeve ali aluminijeve zlitine lahko izboljša visokotemperaturno delovanje, zrakotesnost in odpornost proti koroziji zlitine, in se pogosto uporablja v vesoljski industriji. material za letalstvo. Poleg tega nano itrijev aluminijev granat, dopiran z nano neodimovim oksidom, proizvaja kratkovalovni laserski žarek, ki se pogosto uporablja za varjenje in rezanje tankih materialov z debelino pod 10 mm v industriji. Z medicinske strani se Nano-YAG laser, dopiran z nano-Nd _ 2O _ 3, uporablja za odstranjevanje kirurških ran ali razkuževanje ran namesto kirurških nožev. Nanometrski neodim oksid se uporablja tudi za barvanje steklenih in keramičnih materialov, izdelkov iz gume in aditivov.

Nanodelci samarijevega oksida (Sm2O3)

Glavne uporabe samarijevega oksida nano velikosti so: samarijev oksid nano velikosti je svetlo rumen, ki se uporablja za keramične kondenzatorje in katalizatorje. Poleg tega ima samarijev oksid nano velikosti jedrske lastnosti in se lahko uporablja kot strukturni material, zaščitni material in krmilni material reaktorja atomske energije, tako da se lahko ogromna energija, ki jo ustvari jedrska fisija, varno uporabi. V fosforjih se večinoma uporabljajo nanodelci europijevega oksida (Eu2O3). Eu3+ se uporablja kot aktivator rdečega fosforja, Eu2+ pa kot modri fosfor. Y0O3:Eu3+ je najboljši fosfor glede svetlobne učinkovitosti, stabilnosti prevleke, stroškov predelave itd., pogosto pa se uporablja zaradi izboljšanja svetlobne učinkovitosti in kontrasta. Nedavno se nanoevropijev oksid uporablja tudi kot fosfor s stimulirano emisijo za nov rentgenski medicinski diagnostični sistem. Nanoevropijev oksid se lahko uporablja tudi za izdelavo barvnih leč in optičnih filtrov, za naprave za shranjevanje magnetnih mehurčkov, svoje talente pa lahko pokaže tudi v krmilni materiali, zaščitni materiali in konstrukcijski materiali atomskih reaktorjev. Rdeči fosfor z drobnimi delci gadolinijevega evropijevega oksida (Y2O3:Eu3+) je bil pripravljen z uporabo nano itrijevega oksida (Y2O3) in nanoevropijevega oksida (Eu2O3) kot surovine. Pri uporabi za pripravo tribarvnega fosforja redke zemlje je bilo ugotovljeno, da: (a) se lahko dobro in enakomerno zmeša z zelenim in modrim prahom; (b) dobra učinkovitost prevleke; (c) Ker je velikost delcev rdečega prahu majhna, se poveča specifična površina in poveča število luminiscenčnih delcev, se lahko količina rdečega prahu v tribarvnih fosforjih redkih zemelj zmanjša, kar povzroči nižje stroške.

Nanodelci gadolinijevega oksida (Gd2O3)

Njegove glavne uporabe so naslednje: 1. Njegov vodotopni paramagnetni kompleks lahko izboljša NMR slikovni signal človeškega telesa pri zdravljenju. 2. Osnovni žveplov oksid se lahko uporablja kot matrična mreža cevi osciloskopa in rentgenskega zaslona s posebno svetlostjo. 3. Nano-gadolinijev oksid v nano-gadolinijevem galijevem granatu je idealen substrat za pomnilnik magnetnih mehurčkov. 4. Če ni omejitve cikla Camot, se lahko uporablja kot trden magnetni hladilni medij. 5. Uporablja se kot zaviralec za nadzor stopnje verižne reakcije jedrskih elektrarn, da se zagotovi varnost jedrskih reakcij. Poleg tega je uporaba nano-gadolinijevega oksida in nano-lantanovega oksida v pomoč pri spreminjanju območja vitrifikacije in izboljšanju toplotne stabilnosti stekla. Nano gadolinijev oksid se lahko uporablja tudi za proizvodnjo kondenzatorjev in zaslonov za ojačanje rentgenskih žarkov. Trenutno si svet močno prizadeva za razvoj uporabe nano-gadolinijevega oksida in njegovih zlitin v magnetnem hlajenju in je dosegel prebojen napredek

Nanodelci terbijevega oksida (Tb4O7)

Glavna področja uporabe so naslednja: 1. Fosforji se uporabljajo kot aktivatorji zelenega prahu v tribarvnih fosforjih, kot je fosfatna matrica, aktivirana z nano terbijevim oksidom, silikatna matrica, aktivirana z nano terbijevim oksidom, in nano cerijev oksid, magnezijev aluminatni matriks, aktiviran z nano terbijevim oksidom. oksida, ki vsi v vzbujenem stanju oddajajo zeleno svetlobo. 2. Magnetno-optični materiali za shranjevanje, V zadnjih letih so bili raziskani in razviti magnetno-optični materiali nanoterbijevega oksida. Magnetno-optični disk iz amorfnega filma Tb-Fe se uporablja kot računalniški pomnilniški element, zmogljivost shranjevanja pa se lahko poveča za 10-15-krat. 3. Magnetno-optično steklo, Faradayjevo optično aktivno steklo, ki vsebuje nanometrski terbijev oksid, je ključni material za izdelavo rotatorjev, izolatorjev, annulatorjev in se pogosto uporablja v laserski tehnologiji. Nanometrski terbijev oksid, nanometrski disprozijev oksid se uporablja predvsem v sonarju in je bil široko razširjen uporablja se na številnih področjih, kot so sistem za vbrizgavanje goriva, krmiljenje ventila za tekočino, mikropozicioniranje, mehanski aktuator, mehanizem in regulator kril letalskega vesoljskega teleskopa.

Nano disprozijev oksid Dy2O3

Glavne uporabe nano disprozijevega oksida Dy2O3 so:1. Nano-disprozijev oksid se uporablja kot aktivator fosforja, trivalentni nano-disprozijev oksid pa je obetaven aktivacijski ion tribarvnih luminiscenčnih materialov z enim luminiscenčnim središčem. V glavnem je sestavljen iz dveh emisijskih pasov, eden je emisija rumene svetlobe, drugi je emisija modre svetlobe, luminiscentni materiali, dopirani z nano-disprozijevim oksidom, pa se lahko uporabljajo kot tribarvni fosforji.2. Nanometrski disprozijev oksid je nujna kovinska surovina za pripravo terfenolne zlitine z velikim magnetostriktivnim zlitinskim nano-terbijevim oksidom in nano-disprozijevim oksidom, ki lahko uresniči nekatere natančne dejavnosti mehanskega gibanja. 3. Nanometrski kovinski disprozijev oksid se lahko uporablja kot magnetno-optični material za shranjevanje z visoko hitrostjo snemanja in občutljivostjo za branje. 4. Uporablja se za pripravo nanometrske svetilke z disprozijevim oksidom. Delovna snov, ki se uporablja v nano svetilki z disprozijevim oksidom, je nano disprozijev oksid, ki ima prednosti visoke svetlosti, dobre barve, visoke barvne temperature, majhnosti in stabilnega loka, in je bil uporablja se kot vir svetlobe za filme in tiskanje. 5. Nanometrski disprozijev oksid se uporablja za merjenje nevtronskega energijskega spektra ali kot absorber nevtronov v industriji atomske energije zaradi njegove velike površine prečnega prereza za zajemanje nevtronov.

Nanometer Ho2O3

Glavne uporabe nano-holmijevega oksida so naslednje: 1. Kot dodatek kovinski halogenski žarnici je kovinska halogenska žarnica neke vrste plinska sijalka, ki je razvita na osnovi visokotlačne živosrebrne žarnice, njena značilnost pa je da je žarnica napolnjena z različnimi halidi redkih zemelj. Trenutno se v glavnem uporabljajo jodidi redkih zemelj, ki oddajajo različne spektralne črte pri razelektritvah plina. Delovna snov, ki se uporablja v žarnici z nano-holmijevim oksidom, je nano-holmijev oksid jodid, ki lahko pridobi višjo koncentracijo kovinskih atomov v območju obloka, tako močno izboljša učinkovitost sevanja. 2. Nanometrski holmijev oksid se lahko uporablja kot dodatek itrijevega železa ali itrijevo-aluminijevega granata; 3. Nano-holmijev oksid se lahko uporablja kot itrijevo-železo-aluminijev granat (Ho:YAG), ki lahko oddaja 2 μm laser, stopnja absorpcije človeškega tkiva na 2 μm laser pa je visoka. Je skoraj tri reda velikosti višja od Hd: YAG0. Zato lahko pri uporabi laserja Ho:YAG za medicinske operacije ne samo izboljša učinkovitost in natančnost delovanja, ampak tudi zmanjša območje toplotne poškodbe na manjšo velikost. Prosti žarek, ki ga ustvari kristal nano holmijevega oksida, lahko odstrani maščobo brez ustvarjanja prekomerne toplote in s tem zmanjša toplotno škodo, ki jo povzročijo zdrava tkiva. Poročajo, da lahko zdravljenje glavkoma z nanometrskim laserjem holmijevega oksida v Združenih državah zmanjša bolečino operacija. 4. V magnetostriktivno zlitino Terfenol-D je mogoče dodati tudi majhno količino holmijevega oksida nano velikosti, da se zmanjša zunanje polje, potrebno za nasičeno magnetizacijo zlitine. Poleg tega se lahko optična vlakna, dopirana z nano-holmijevim oksidom, uporabijo za izdelavo optičnih komunikacijskih naprav, kot so laserji z optičnimi vlakni, ojačevalniki z optičnimi vlakni, senzorji iz optičnih vlaken itd. Igralo bo pomembnejšo vlogo pri današnji hitri komunikaciji z optičnimi vlakni.

Nano erbijev (III) oksid

Glavne uporabe so:

1. Emisija svetlobe nanometrskega Erbijevega(III) oksida pri 1550 nm je posebnega pomena, saj je ta valovna dolžina ravno najmanjša izguba optičnega vlakna pri komunikaciji po optičnih vlaknih. Po vzbujanju s svetlobo pri 980 nm in 1480 nm nanometrski ion erbijevega(III) oksida preide iz osnovnega stanja 4115/2 v visokoenergijsko stanje 4113/2. Ko Er3+ v visokoenergijskem stanju preide nazaj v osnovno stanje, oddaja svetlobo valovne dolžine 1550 nm. Kvarčno vlakno lahko prenaša svetlobo različnih valovnih dolžin, vendar se različne stopnje optičnega slabljenja razlikujejo, pri čemer ima frekvenčni pas 1550 nm najnižjo stopnjo optičnega slabljenja (0,15 decibelov na kilometer) pri prenosu iz kvarčnih vlaken, kar je skoraj spodnja mejna stopnja slabljenja. Ko se komunikacija z optičnimi vlakni uporablja kot signalna svetloba pri 1550 nm, je izguba svetlobe čim manjša. Na ta način, če je ustrezna koncentracija nano erbijevega (III) oksida dopirana v ustrezno matriko, lahko ojačevalnik kompenzira izgubo v komunikacijskem sistemu po principu laserja. Zato je v telekomunikacijskem omrežju, ki mora ojačati optični signal 1550 nm, ojačevalnik vlaken, dopiranih z nano erbijevim (III) oksidom, nepogrešljiva optična naprava. Trenutno je bil komercializiran ojačevalnik z nano erbijevim (III) oksidom dopiranim silicijevim dioksidom. Poroča se, da je v izogib neuporabni absorpciji količina dopinga nano erbijevega (III) oksida v vlaknu od deset do sto ppm. Hiter razvoj komunikacije z optičnimi vlakni bo odprl novo področje uporabe nano erbijevega (III) oksida.

2. Laserski kristal, dopiran z nanometrskim erbijevim (III) oksidom, in njegov 1730 nm laser in 1550 nm laserski izhod sta varna za človeške oči, ima dobro atmosfersko zmogljivost prenosa, ima močno sposobnost prodiranja dima na bojno polje, dobro zaupnost, ni enostavno biti zazna sovražnik, in imajo velik kontrast pri osvetljevanju vojaških ciljev. Prenosni laserski daljinomer je bil izdelan za vojaško uporabo, ki je varen za človeške oči.

3. Nanometrski erbijev (III) oksid je mogoče dodati v steklo za izdelavo laserskega materiala iz stekla redkih zemelj, ki je trden laserski material z največjo izhodno energijo impulza in najvišjo izhodno močjo trenutno.

4. Nanometrski erbijev (III) oksid se lahko uporablja tudi kot aktivacijski ion redkih zemeljskih laserskih materialov za pretvorbo.

5. Nanometrski erbijev (III) oksid se lahko uporablja tudi pri razbarvanju in barvanju očal in kristalnega stekla.

Nanometrski itrijev oksid (Y2O3)

Glavne uporabe nano itrijevega oksida so naslednje: 1. Dodatki za jeklo in neželezne zlitine. FeCr zlitina običajno vsebuje 0,5 % ~ 4 % nano itrijevega oksida, kar lahko poveča odpornost proti oksidaciji in duktilnost teh nerjavnih jekel. Po dodajanju ustrezne količine mešanice redkih zemelj, bogate z nanometrskim itrijevim oksidom, v zlitino MB26 so bile celovite lastnosti zlitine očitno izboljšano včeraj, lahko nadomesti nekatere srednje močne in močne aluminijeve zlitine za obremenjene komponente letal; Dodajanje majhne količine nano itrijevega oksida redke zemlje v zlitino Al-Zr lahko izboljša prevodnost zlitine; Zlitino je sprejela večina tovarn žice na Kitajskem. Nano-itrijev oksid je bil dodan v bakrovo zlitino za izboljšanje prevodnosti in mehanske trdnosti. 2. Keramični material iz silicijevega nitrida, ki vsebuje 6 % nano itrijevega oksida in 2 % aluminija. Uporablja se lahko za razvoj delov motorja. 3. Vrtanje, rezanje, varjenje in druge mehanske obdelave se izvajajo na velikih komponentah z uporabo laserskega žarka nano neodim oksida aluminijevega granata z močjo 400 vatov. 4. Zaslon elektronskega mikroskopa, sestavljen iz monokristala granata Y-Al, ima visoko fluorescenčno svetlost, nizko absorpcijo razpršene svetlobe ter dobro odpornost na visoke temperature in mehansko odpornost proti obrabi. Zlitina z visoko strukturo nano itrijevega oksida, ki vsebuje 90 % nano gadolinijevega oksida, se lahko uporablja v letalstvu in drugih primerih, kjer je potrebna nizka gostota in visoko tališče. 6. Visokotemperaturni protonsko prevodni materiali, ki vsebujejo 90 % nano itrijevega oksida, so velikega pomena za proizvodnjo gorivnih celic, elektrolitskih celic in plinskih senzorjev, ki zahtevajo visoko topnost vodika. Poleg tega se nano-itrijev oksid uporablja tudi kot material, odporen proti škropljenju pri visokih temperaturah, razredčilo goriva atomskega reaktorja, dodatek trajnemu magnetnemu materialu in getter v elektronski industriji.

Poleg naštetega se lahko nano oksidi redkih zemelj uporabljajo tudi v materialih za oblačila za nego zdravja ljudi in varovanje okolja. Od trenutnih raziskovalnih enot imajo vse določene smeri: proti ultravijoličnemu sevanju; Onesnaženost zraka in ultravijolično sevanje sta nagnjena k kožnim boleznim in kožnemu raku; Preprečevanje onesnaževanja otežuje, da se onesnaževala oprimejo oblačil; Proučuje se tudi v smeri ohranjanja pred toploto. Ker je usnje trdo in se lahko stara, je v deževnih dneh najbolj nagnjeno k plesni. Usnje je mogoče zmehčati z beljenjem z nano redkozemeljskim cerijevim oksidom, ki ga ni enostavno starati in plesniti ter je udobno za nošenje. V zadnjih letih so nano-prevlečni materiali tudi v središču raziskav nanomaterialov, glavne raziskave pa so osredotočene na funkcionalne prevleke. Y2O3 z 80 nm v Združenih državah se lahko uporablja kot infrardeči zaščitni premaz. Učinkovitost odbijanja toplote je zelo visoka. CeO2 ima visok lomni količnik in visoko stabilnost. Ko premazu dodamo nano redkozemeljski itrijev oksid, nano lantanov oksid in nano cerijev oksid v prahu, je lahko zunanja stena odporna proti staranju, ker se zunanja stenska obloga zlahka stara in odpade, ker je barva izpostavljena sončni svetlobi in ultravijoličnim žarkom dolgo časa in se lahko upira ultravijoličnim žarkom po dodajanju cerijevega oksida in itrijevega oksida. Poleg tega je njegova velikost delcev zelo majhna in nano cerijev oksid se uporablja kot ultravijolični absorber, ki naj bi se uporabljal za preprečevanje staranja plastike izdelki zaradi ultravijoličnega obsevanja, rezervoarji, avtomobili, ladje, rezervoarji za shranjevanje nafte itd., ki lahko najbolje zaščitijo zunanje velike panoje in preprečijo plesen, vlago in onesnaženje za notranje stenske premaze. Zaradi majhne velikosti delcev se prah ne prilepi na steno. Lahko ga očistite z vodo. Obstaja še veliko uporab nano oksidov redkih zemelj, ki jih je treba nadalje raziskati in razviti, in iskreno upamo, da bo imela blestečo prihodnost.