สมบัติ การใช้ และการเตรียมอิตเทรียมออกไซด์

โครงสร้างผลึกของอิตเทรียมออกไซด์

อิตเทรียมออกไซด์ (Y₂O₃) เป็นสีขาวออกไซด์ของธาตุหายากไม่ละลายในน้ำและด่างและละลายได้ในกรด เป็นเซคควิออกไซด์ของธาตุหายากชนิด C ทั่วไปที่มีโครงสร้างลูกบาศก์เป็นศูนย์กลาง

ตารางพารามิเตอร์คริสตัลของY₂O₃

แผนภาพโครงสร้างคริสตัลของ Y₂O₃

คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของอิตเทรียมออกไซด์

(1) มีมวลโมเลกุล 225.82 กรัม/โมล และความหนาแน่น 5.01 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร³;

(2) จุดหลอมเหลว 2,410 ℃ จุดเดือด 4,300 ℃ เสถียรภาพทางความร้อนที่ดี

(3) เสถียรภาพทางกายภาพและเคมีที่ดีและทนต่อการกัดกร่อนได้ดี

(4) ค่าการนำความร้อนสูง ซึ่งสามารถเข้าถึง 27 W/(MK) ที่ 300K ซึ่งเป็นประมาณสองเท่าของค่าการนำความร้อนของโกเมนอลูมิเนียมอิตเทรียม (Y₃Al₅O₁₂) ซึ่งเป็นประโยชน์อย่างมากต่อการใช้เป็นสื่อการทำงานของเลเซอร์

(5) ช่วงความโปร่งใสของแสงกว้าง (0.29 ~ 8μm) และการส่งผ่านทางทฤษฎีในภูมิภาคที่มองเห็นสามารถเข้าถึงได้มากกว่า 80%

(6) พลังงานโฟนอนต่ำ และจุดสูงสุดที่แข็งแกร่งที่สุดของสเปกตรัมรามานอยู่ที่ 377 ซม.^-1ซึ่งเป็นประโยชน์ในการลดความน่าจะเป็นของการเปลี่ยนแปลงที่ไม่ใช่การแผ่รังสี และปรับปรุงประสิทธิภาพการส่องสว่างการแปลงที่เพิ่มขึ้น

(7) ต่ำกว่า 2200 ℃ Y₂O₃เป็นเฟสลูกบาศก์ที่ไม่มีการรีฟริงก์ ดัชนีการหักเหของแสงคือ 1.89 ที่ความยาวคลื่น 1,050 นาโนเมตร เปลี่ยนเป็นเฟสหกเหลี่ยมเหนือ 2,200 ℃;

(8) ช่องว่างพลังงานของ Y₂O₃มีความกว้างมากถึง 5.5eV และระดับพลังงานของไอออนเรืองแสงของธาตุหายากชนิดไตรวาเลนท์ที่เจืออยู่ระหว่างแถบวาเลนซ์และแถบการนำไฟฟ้าของ Y₂O₃และสูงกว่าระดับพลังงานแฟร์มี จึงก่อตัวเป็นศูนย์เรืองแสงที่แยกจากกัน

(9)ป₂O₃เนื่องจากเป็นวัสดุเมทริกซ์ สามารถรองรับไอออนของธาตุหายากชนิดไตรวาเลนท์ที่มีความเข้มข้นสูง และแทนที่ Y³⁺ไอออนโดยไม่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง

การใช้งานหลักของอิตเทรียมออกไซด์

อิตเทรียมออกไซด์เนื่องจากเป็นวัสดุเติมแต่งที่ใช้งานได้ จึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านพลังงานปรมาณู การบินและอวกาศ การเรืองแสง อิเล็กทรอนิกส์ เซรามิกไฮเทค และอื่นๆ เนื่องจากมีคุณสมบัติทางกายภาพที่ดีเยี่ยม เช่น ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสูง ทนความร้อนได้ดี และทนต่อการกัดกร่อนที่แข็งแกร่ง

แหล่งที่มาของภาพ: เครือข่าย

1 เป็นวัสดุเมทริกซ์ฟอสเฟอร์ มันถูกใช้ในด้านการแสดงผล แสง และการทำเครื่องหมาย

2 ในฐานะที่เป็นวัสดุสื่อเลเซอร์สามารถเตรียมเซรามิกใสที่มีประสิทธิภาพทางแสงสูงซึ่งสามารถใช้เป็นสื่อการทำงานของเลเซอร์เพื่อให้ได้เอาต์พุตเลเซอร์ที่อุณหภูมิห้อง

3 เป็นวัสดุเมทริกซ์เรืองแสงแบบแปลงขึ้น มันถูกใช้ในการตรวจจับอินฟราเรด การติดฉลากเรืองแสง และสาขาอื่น ๆ

4, ทำจากเซรามิกโปร่งใสซึ่งสามารถใช้สำหรับเลนส์ที่มองเห็นและอินฟราเรด, หลอดหลอดปล่อยก๊าซแรงดันสูง, ซินทิลเลเตอร์เซรามิก, หน้าต่างสังเกตเตาอุณหภูมิสูง ฯลฯ

5 สามารถใช้เป็นภาชนะปฏิกิริยา วัสดุทนอุณหภูมิสูง วัสดุทนไฟ ฯลฯ

6 ในฐานะที่เป็นวัตถุดิบหรือสารเติมแต่ง พวกเขายังใช้กันอย่างแพร่หลายในวัสดุตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง วัสดุคริสตัลเลเซอร์ เซรามิกโครงสร้าง วัสดุตัวเร่งปฏิกิริยา เซรามิกอิเล็กทริก โลหะผสมประสิทธิภาพสูง และสาขาอื่น ๆ

วิธีการเตรียมของอิตเทรียมออกไซด์ผง

วิธีการตกตะกอนเฟสของเหลวมักใช้ในการเตรียมออกไซด์ของธาตุหายาก ซึ่งส่วนใหญ่รวมถึงวิธีการตกตะกอนออกซาเลต วิธีการตกตะกอนแอมโมเนียมไบคาร์บอเนต วิธีไฮโดรไลซิสยูเรีย และวิธีการตกตะกอนแอมโมเนีย นอกจากนี้ การพ่นแกรนูเลชั่นยังเป็นวิธีการเตรียมการที่ได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางในปัจจุบัน วิธีการตกตะกอนเกลือ

1. วิธีการตกตะกอนออกซาเลต

ที่ออกไซด์ของธาตุหายากที่เตรียมโดยวิธีการตกตะกอนออกซาเลตมีข้อดีคือมีระดับการตกผลึกสูง รูปแบบผลึกที่ดี ความเร็วในการกรองที่รวดเร็ว ปริมาณสิ่งเจือปนต่ำ และใช้งานง่าย ซึ่งเป็นวิธีการทั่วไปในการเตรียมความบริสุทธิ์สูงออกไซด์ของธาตุหายากในการผลิตภาคอุตสาหกรรม

วิธีการตกตะกอนแอมโมเนียมไบคาร์บอเนต

2. วิธีการตกตะกอนแอมโมเนียมไบคาร์บอเนต

แอมโมเนียมไบคาร์บอเนตเป็นสารตกตะกอนราคาถูก ในอดีตผู้คนมักใช้วิธีตกตะกอนแอมโมเนียมไบคาร์บอเนตเพื่อเตรียมคาร์บอเนตผสมแร่หายากจากสารละลายชะล้างแร่หายาก ปัจจุบันออกไซด์ของธาตุหายากถูกเตรียมโดยวิธีตกตะกอนแอมโมเนียมไบคาร์บอเนตในอุตสาหกรรม โดยทั่วไปวิธีการตกตะกอนของแอมโมเนียมไบคาร์บอเนตคือการเติมแอมโมเนียมไบคาร์บอเนตที่เป็นของแข็งหรือสารละลายลงในสารละลายแรร์เอิร์ธคลอไรด์ที่อุณหภูมิที่กำหนด หลังจากอายุ การซัก การอบแห้ง และการเผาไหม้ จะได้ออกไซด์ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากฟองจำนวนมากที่เกิดขึ้นระหว่างการตกตะกอนของแอมโมเนียมไบคาร์บอเนตและค่า pH ที่ไม่เสถียรในระหว่างปฏิกิริยาการตกตะกอน อัตราการเกิดนิวเคลียสจึงเร็วหรือช้า ซึ่งไม่เอื้อต่อการเติบโตของผลึก เพื่อให้ได้ออกไซด์ที่มีขนาดอนุภาคและสัณฐานวิทยาที่เหมาะสม สภาวะของปฏิกิริยาจะต้องได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวด

3. การตกตะกอนของยูเรีย

วิธีการตกตะกอนยูเรียถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการเตรียมออกไซด์ของธาตุหายากซึ่งไม่เพียงแต่ราคาถูกและใช้งานง่าย แต่ยังมีศักยภาพในการควบคุมนิวเคลียสของสารตั้งต้นและการเติบโตของอนุภาคได้อย่างแม่นยำ ดังนั้นวิธีการตกตะกอนของยูเรียจึงดึงดูดผู้คนจำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ เป็นที่โปรดปรานและได้รับความสนใจและผลงานวิจัยจากนักวิชาการหลายท่านในปัจจุบัน

4. สเปรย์แกรนูล

เทคโนโลยีการอัดเม็ดสเปรย์มีข้อดีของระบบอัตโนมัติสูง ประสิทธิภาพการผลิตสูง และผงสีเขียวคุณภาพสูง ดังนั้นการอัดเม็ดสเปรย์จึงกลายเป็นวิธีการอัดเม็ดผงที่ใช้กันทั่วไป

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาการบริโภคของแผ่นดินที่หายากในสาขาดั้งเดิมไม่ได้เปลี่ยนแปลงโดยพื้นฐาน แต่การประยุกต์ใช้กับวัสดุใหม่เพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด เนื่องจากเป็นวัสดุใหม่นาโน วาย₂O₃มีขอบเขตการใช้งานที่กว้างขึ้น ปัจจุบันมีหลายวิธีในการเตรียมนาโนวาย₂O₃วัสดุซึ่งสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภท: วิธีเฟสของเหลว วิธีเฟสแก๊ส และวิธีโซลิดเฟส ซึ่งวิธีการเฟสของเหลวมีการใช้กันอย่างแพร่หลาย แบ่งออกเป็นสเปรย์ไพโรไลซิส การสังเคราะห์ไฮโดรเทอร์มอล ไมโครอิมัลชัน โซล-เจล การเผาไหม้ การสังเคราะห์และการตกตะกอน อย่างไรก็ตามมีลักษณะเป็นทรงกลมอนุภาคนาโนอิตเทรียมออกไซด์จะมีพื้นที่ผิวจำเพาะที่สูงขึ้น พลังงานพื้นผิว ความลื่นไหลและการกระจายตัวที่ดีขึ้น ซึ่งคุ้มค่าที่จะมุ่งเน้น