Vật liệu đất hiếm nanomet, thế lực mới trong cách mạng công nghiệp

Công nghệ nano là một lĩnh vực liên ngành mới được phát triển dần dần vào cuối những năm 1980 và đầu những năm 1990. Bởi vì nó có tiềm năng lớn để tạo ra các quy trình sản xuất mới, vật liệu mới và sản phẩm mới nên nó sẽ tạo ra một cuộc cách mạng công nghiệp mới trong thế kỷ mới. Trình độ phát triển của khoa học nano và công nghệ nano hiện nay tương tự như trình độ phát triển của máy tính và công nghệ thông tin những năm 1950. Hầu hết các nhà khoa học cam kết với lĩnh vực này đều dự đoán rằng sự phát triển của công nghệ nano sẽ có tác động sâu rộng đến nhiều khía cạnh của công nghệ. Các nhà khoa học tin rằng nó có những đặc tính kỳ lạ và hiệu suất độc đáo. Các hiệu ứng giam cầm chính dẫn đến các đặc tính kỳ lạ của vật liệu đất hiếm nano là hiệu ứng bề mặt cụ thể, hiệu ứng kích thước nhỏ, hiệu ứng giao diện, hiệu ứng trong suốt, hiệu ứng đường hầm và hiệu ứng lượng tử vĩ mô. Những tác động này làm cho các tính chất vật lý của hệ nano khác với các tính chất vật lý của vật liệu thông thường về ánh sáng, điện, nhiệt và từ, đồng thời có nhiều tính năng mới. Trong tương lai, các nhà khoa học có ba hướng chính để nghiên cứu và phát triển công nghệ nano: chuẩn bị và ứng dụng vật liệu nano có hiệu suất vượt trội; Thiết kế và chuẩn bị các thiết bị và dụng cụ nano khác nhau; Phát hiện và phân tích các tính chất của vùng nano. Hiện tại, đất hiếm nano chủ yếu có các hướng ứng dụng sau và ứng dụng của nó cần được phát triển hơn nữa trong tương lai.

Lantan oxit lantan (La2O3)

Ôxít lanthanum nanomet được áp dụng cho vật liệu áp điện, vật liệu nhiệt điện, vật liệu nhiệt điện, vật liệu từ điện trở, vật liệu phát quang (bột màu xanh), vật liệu lưu trữ hydro, kính quang học, vật liệu laser, vật liệu hợp kim khác nhau, chất xúc tác để điều chế các sản phẩm hóa học hữu cơ và chất xúc tác để trung hòa khí thải ô tô và màng nông nghiệp chuyển đổi ánh sáng cũng được áp dụng cho oxit lanthanum nanomet.

Nanomet xeri oxit (CeO2)

Các công dụng chính của nano xeri oxit như sau: 1. Là chất phụ gia cho thủy tinh, nano xeri oxit có thể hấp thụ tia cực tím và tia hồng ngoại, và đã được ứng dụng cho kính ô tô. Nó không chỉ có tác dụng ngăn chặn tia cực tím mà còn làm giảm nhiệt độ bên trong xe, từ đó tiết kiệm điện cho điều hòa. 2. Việc ứng dụng nano xeri oxit trong chất xúc tác lọc khí thải ô tô có thể ngăn chặn một cách hiệu quả một lượng lớn khí thải ô tô thải vào không khí.3. Oxit nano-xerium có thể được sử dụng trong chất màu để tạo màu cho nhựa và cũng có thể được sử dụng trong ngành công nghiệp sơn, mực và giấy. 4. Ứng dụng của oxit xeri nano trong vật liệu đánh bóng đã được công nhận rộng rãi là yêu cầu có độ chính xác cao để đánh bóng tấm silicon và chất nền đơn tinh thể sapphire.5. Ngoài ra, nano xeri oxit cũng có thể được áp dụng cho vật liệu lưu trữ hydro, vật liệu nhiệt điện, điện cực vonfram nano xeri oxit, tụ gốm, gốm áp điện, chất mài mòn cacbua silic nano xeri oxit, nguyên liệu thô pin nhiên liệu, chất xúc tác xăng, một số vật liệu từ tính vĩnh cửu, thép hợp kim khác nhau và kim loại màu, vv

Ôxít praseodymium nanomet (Pr6O11)

Công dụng chính của oxit praseodymium nanomet như sau: 1. Nó được sử dụng rộng rãi trong gốm sứ xây dựng và gốm sứ sử dụng hàng ngày. Nó có thể được trộn với men gốm để tạo ra men màu, và cũng có thể được sử dụng làm chất màu cho lớp lót men. Sắc tố đã chuẩn bị có màu vàng nhạt với tông màu tinh khiết và trang nhã. 2. Nó được sử dụng để sản xuất nam châm vĩnh cửu và được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử và động cơ khác nhau. 3. Nó được sử dụng để Cracking xúc tác dầu mỏ. Hoạt tính, tính chọn lọc và độ ổn định của xúc tác có thể được cải thiện. 4. Oxit nano-praseodymium cũng có thể được sử dụng để đánh bóng mài mòn. Ngoài ra, ứng dụng của oxit praseodymium nanomet trong lĩnh vực sợi quang ngày càng mở rộng. Ôxít neodymium nanomet (Nd2O3) Ôxít neodymium nanomet đã trở thành điểm nóng trên thị trường trong nhiều năm qua vì vị trí độc tôn của nó trong lĩnh vực đất hiếm. Nano-neodymium oxit cũng được áp dụng cho các vật liệu kim loại màu. Thêm 1,5% ~ 2,5% nano neodymium oxit vào hợp kim magiê hoặc nhôm có thể cải thiện hiệu suất nhiệt độ cao, độ kín khí và khả năng chống ăn mòn của hợp kim, và nó được sử dụng rộng rãi như hàng không vũ trụ vật liệu cho hàng không. Ngoài ra, garnet nano yttri nhôm pha tạp oxit nano neodymium tạo ra chùm tia laser sóng ngắn, được sử dụng rộng rãi để hàn và cắt các vật liệu mỏng có độ dày dưới 10mm trong công nghiệp. Về mặt y tế, Laser Nano-YAG pha tạp nano-Nd _ 2O _ 3 được sử dụng để cắt bỏ vết thương phẫu thuật hoặc khử trùng vết thương thay cho dao phẫu thuật. Oxit neodymium nanomet cũng được sử dụng để tạo màu cho vật liệu thủy tinh và gốm sứ, các sản phẩm cao su và phụ gia.

Hạt nano oxit samari (Sm2O3)

Công dụng chính của oxit samarium cỡ nano là: oxit samarium cỡ nano có màu vàng nhạt, được ứng dụng làm tụ gốm và chất xúc tác. Ngoài ra, samarium oxit cỡ nano có đặc tính hạt nhân, có thể được sử dụng làm vật liệu kết cấu, vật liệu che chắn và vật liệu điều khiển của lò phản ứng năng lượng nguyên tử, để có thể sử dụng năng lượng khổng lồ do phân hạch hạt nhân tạo ra một cách an toàn. Các hạt nano oxit Europium (Eu2O3) chủ yếu được sử dụng trong photpho. Eu3+ được sử dụng làm chất hoạt hóa photpho đỏ và Eu2+ được sử dụng làm photpho xanh. Y0O3:Eu3+ là chất lân quang tốt nhất về hiệu suất phát sáng, độ ổn định của lớp phủ, chi phí thu hồi, v.v. và nó đang được sử dụng rộng rãi do cải thiện hiệu suất phát sáng và độ tương phản. Gần đây, oxit nano europium cũng được sử dụng làm chất lân quang phát xạ kích thích cho hệ thống chẩn đoán y tế bằng tia X mới. Oxit nano-europium cũng có thể được sử dụng để sản xuất thấu kính màu và bộ lọc quang học, cho các thiết bị lưu trữ bong bóng từ tính và cũng có thể thể hiện tài năng của nó trong vật liệu điều khiển, vật liệu che chắn và vật liệu kết cấu của lò phản ứng nguyên tử. Photpho đỏ gadolinium europium oxit (Y2O3:Eu3+) dạng hạt mịn được điều chế bằng cách sử dụng nano yttri oxit (Y2O3) và nano europium oxit (Eu2O3) làm nguyên liệu thô. Khi sử dụng nó để điều chế chất lân quang ba màu đất hiếm, người ta nhận thấy rằng:(a) có thể trộn đều và đồng đều với bột màu xanh lá cây và bột màu xanh lam; (b) Hiệu suất lớp phủ tốt; (c) Do kích thước hạt của bột màu đỏ nhỏ, diện tích bề mặt riêng tăng lên và số lượng hạt phát quang tăng lên, nên lượng bột màu đỏ trong photpho ba màu đất hiếm có thể giảm đi, dẫn đến giá thành thấp hơn.

Hạt nano oxit gadolinium (Gd2O3)

Công dụng chính của nó như sau: 1. Phức hợp thuận từ hòa tan trong nước của nó có thể cải thiện tín hiệu hình ảnh NMR của cơ thể con người trong điều trị y tế. 2. Oxit lưu huỳnh cơ bản có thể được sử dụng làm lưới ma trận của ống dao động và màn hình tia X với độ sáng đặc biệt. 3. Nano-gadolinium oxit trong ngọc hồng lựu nano-gadolinium gallium là chất nền đơn lý tưởng cho bộ nhớ bong bóng từ tính. 4. Khi không có giới hạn chu kỳ Camot, Nó có thể được sử dụng làm môi trường làm mát từ tính rắn. 5. Nó được sử dụng làm chất ức chế để kiểm soát mức độ phản ứng dây chuyền của các nhà máy điện hạt nhân để đảm bảo an toàn cho các phản ứng hạt nhân. Ngoài ra, việc sử dụng oxit nano-gadolinium và oxit nano-lanthanum rất hữu ích để thay đổi vùng thủy tinh hóa và cải thiện độ ổn định nhiệt của thủy tinh. Ôxít gadolinium nano cũng có thể được sử dụng để sản xuất tụ điện và màn hình tăng cường tia X. Hiện nay, thế giới đang nỗ lực rất nhiều để phát triển ứng dụng của oxit nano-gadolinium và các hợp kim của nó trong làm lạnh từ tính và đã đạt được những tiến bộ đột phá

Hạt nano oxit Terbium (Tb4O7)

Các lĩnh vực ứng dụng chính như sau: 1. Phốt pho được sử dụng làm chất kích hoạt bột màu xanh lá cây trong photpho ba màu, chẳng hạn như ma trận phốt phát được kích hoạt bởi nano terbium oxit, ma trận silicat được kích hoạt bởi nano terbium oxit và ma trận aluminat magie nano xeri oxit được kích hoạt bởi nano terbium oxit, tất cả đều phát ra ánh sáng xanh ở trạng thái kích thích. 2. Vật liệu lưu trữ quang từ, Trong những năm gần đây, vật liệu quang từ oxit nano-terbium đã được nghiên cứu và phát triển. Đĩa quang từ làm bằng màng vô định hình Tb-Fe được sử dụng làm bộ phận lưu trữ của máy tính và dung lượng lưu trữ có thể tăng lên 10 ~ 15 lần. 3. Kính quang từ, kính hoạt tính quang học Faraday chứa oxit terbium nanomet, là vật liệu chính để chế tạo công cụ quay, bộ cách ly, bộ điều chỉnh và được sử dụng rộng rãi trong công nghệ laser. Oxit dysprosium nanomet terbium oxit chủ yếu được sử dụng trong sóng siêu âm và đã được sử dụng rộng rãi được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, như hệ thống phun nhiên liệu, điều khiển van chất lỏng, định vị vi mô, cơ cấu chấp hành, cơ cấu và bộ điều chỉnh cánh của kính viễn vọng không gian máy bay. Các ứng dụng chính của oxit nano Dy2O3 nano là:1. Oxit nano-dysprosi được sử dụng làm chất kích hoạt phốt pho và oxit nano-dysprosi hóa trị ba là một ion kích hoạt đầy hứa hẹn của vật liệu phát quang ba màu với tâm phát quang đơn. Nó chủ yếu bao gồm hai dải phát xạ, một là phát xạ ánh sáng vàng, hai là phát xạ ánh sáng xanh và các vật liệu phát quang pha tạp oxit nano-dysprosi có thể được sử dụng làm chất lân quang ba màu.2. Oxit dysprosium nanomet là nguyên liệu kim loại cần thiết để điều chế hợp kim Terfenol với oxit nano-terbium hợp kim từ giảo lớn và oxit nano-dysprosium, có thể nhận ra một số hoạt động chính xác của chuyển động cơ học. 3. Kim loại oxit dysprosium nanomet có thể được sử dụng làm vật liệu lưu trữ quang từ với tốc độ ghi và độ nhạy đọc cao. 4. Được sử dụng để điều chế đèn oxit dysprosium nanomet. Chất hoạt động được sử dụng trong đèn oxit nano dysprosium là oxit nano dysprosium, có ưu điểm là độ sáng cao, màu sắc tốt, nhiệt độ màu cao, kích thước nhỏ và hồ quang ổn định, và đã được được sử dụng làm nguồn chiếu sáng cho phim và in ấn. 5. Oxit dysprosium nanomet được sử dụng để đo phổ năng lượng neutron hoặc làm chất hấp thụ neutron trong ngành năng lượng nguyên tử vì diện tích mặt cắt bắt neutron lớn của nó.

Hồ _ 2O _ 3 Nanomet

Công dụng chính của oxit nano-holmium như sau: 1. Là chất phụ gia của đèn halogen kim loại, đèn halogen kim loại là một loại đèn phóng điện khí, được phát triển trên cơ sở đèn thủy ngân cao áp, và đặc điểm của nó là rằng bóng đèn chứa đầy các loại halogenua đất hiếm khác nhau. Hiện nay, iodua đất hiếm chủ yếu được sử dụng, phát ra các vạch quang phổ khác nhau khi phóng khí. Chất hoạt động được sử dụng trong đèn oxit nano-holmium là iodua oxit nano-holmium, có thể thu được nồng độ nguyên tử kim loại cao hơn trong vùng hồ quang, do đó cải thiện đáng kể hiệu quả bức xạ. 2. Ôxít holmium nanomet có thể được sử dụng làm chất phụ gia của ngọc hồng lựu yttrium sắt hoặc nhôm yttrium; 3. Nano-holmium oxit có thể được sử dụng làm garnet nhôm yttrium sắt (Ho: YAG), có thể phát ra tia laser 2μm và tốc độ hấp thụ của mô người đối với tia laser 2μm là cao. Nó cao hơn gần ba bậc so với Hd: YAG0. Do đó, khi sử dụng laser Ho:YAG cho hoạt động y tế, nó không chỉ có thể cải thiện hiệu quả và độ chính xác của hoạt động mà còn giảm diện tích tổn thương do nhiệt xuống kích thước nhỏ hơn. Chùm tia tự do do tinh thể nano holmium oxit tạo ra có thể loại bỏ chất béo mà không tạo ra nhiệt quá mức, do đó làm giảm tổn thương nhiệt do các mô khỏe mạnh gây ra. Có báo cáo rằng việc điều trị bệnh tăng nhãn áp bằng laser holmium oxit nanomet ở Hoa Kỳ có thể làm giảm cơn đau do bệnh ca phẫu thuật. 4. Trong hợp kim từ giảo Terfenol-D, một lượng nhỏ holmium oxit có kích thước nano cũng có thể được thêm vào để giảm từ trường bên ngoài cần thiết cho quá trình từ hóa bão hòa của hợp kim.5. Ngoài ra, sợi quang được pha tạp oxit nano-holmium có thể được sử dụng để chế tạo các thiết bị truyền thông quang học như laser sợi quang, bộ khuếch đại sợi quang, cảm biến sợi quang, v.v. Nó sẽ đóng vai trò quan trọng hơn trong truyền thông sợi quang nhanh chóng ngày nay.

Nanomet yttrium oxit (Y2O3)

Các ứng dụng chính của nano yttri oxit như sau: 1. Phụ gia cho thép và hợp kim màu. Hợp kim FeCr thường chứa 0,5% ~ 4% nano yttri oxit, có thể tăng cường khả năng chống oxy hóa và độ dẻo của các loại thép không gỉ này. Sau khi thêm một lượng đất hiếm hỗn hợp giàu oxit yttrium nanomet vào hợp kim MB26, các đặc tính toàn diện của hợp kim rõ ràng là được cải thiện ngày hôm qua, Nó có thể thay thế một số hợp kim nhôm vừa và mạnh cho các bộ phận chịu lực của máy bay; Thêm một lượng nhỏ đất hiếm nano yttri oxit vào hợp kim Al-Zr có thể cải thiện độ dẫn điện của hợp kim; Hợp kim này đã được hầu hết các nhà máy sản xuất dây ở Trung Quốc áp dụng. Ôxít nano-yttrium được thêm vào hợp kim đồng để cải thiện độ dẫn điện và độ bền cơ học. 2. Vật liệu gốm silicon nitride chứa 6% nano yttri oxit và 2% nhôm. Nó có thể được sử dụng để phát triển các bộ phận động cơ. 3. Khoan, cắt, hàn và gia công cơ khí khác được thực hiện trên các bộ phận quy mô lớn bằng cách sử dụng chùm tia laser garnet nhôm oxit nano neodymium với công suất 400 watt. 4. Màn hình kính hiển vi điện tử bao gồm tinh thể đơn garnet Y-Al có độ sáng huỳnh quang cao, độ hấp thụ ánh sáng tán xạ thấp, khả năng chịu nhiệt độ cao và chống mài mòn cơ học tốt.5. Hợp kim cấu trúc oxit yttrium nano cao chứa 90% oxit gadolinium nano có thể được áp dụng cho ngành hàng không và các dịp khác đòi hỏi mật độ thấp và điểm nóng chảy cao. 6. Vật liệu dẫn proton nhiệt độ cao chứa 90% nano yttri oxit có ý nghĩa rất lớn trong việc sản xuất pin nhiên liệu, pin điện phân và cảm biến khí đòi hỏi độ hòa tan hydro cao. Ngoài ra, Nano-yttri oxit còn được sử dụng làm vật liệu chịu phun nhiệt độ cao, chất pha loãng nhiên liệu lò phản ứng nguyên tử, chất phụ gia của vật liệu nam châm vĩnh cửu và chất thu hồi trong công nghiệp điện tử.

Ngoài những điều trên, oxit đất hiếm nano còn có thể được sử dụng trong vật liệu quần áo để chăm sóc sức khỏe con người và bảo vệ môi trường. Từ các đơn vị nghiên cứu hiện nay đều có những hướng đi nhất định: chống tia cực tím; Ô nhiễm không khí và tia cực tím dễ mắc các bệnh về da và ung thư da; Ngăn ngừa ô nhiễm khiến chất ô nhiễm khó bám vào quần áo; Nó cũng đang được nghiên cứu theo hướng chống giữ ấm. Vì da cứng và dễ bị lão hóa nên dễ bị nấm mốc nhất vào những ngày mưa. Da có thể được làm mềm bằng cách tẩy trắng bằng oxit xeri đất hiếm nano, không dễ bị lão hóa và nấm mốc, và rất thoải mái khi đeo. Trong những năm gần đây, vật liệu phủ nano cũng là trọng tâm của nghiên cứu vật liệu nano và nghiên cứu chính tập trung vào lớp phủ chức năng. Y2O3 với 80nm ở Hoa Kỳ có thể được sử dụng làm lớp phủ che chắn tia hồng ngoại. Hiệu suất phản xạ nhiệt rất cao. CeO2 có chiết suất cao và độ ổn định cao. Khi thêm oxit đất hiếm yttrium nano, oxit nano lanthanum và bột oxit nano xeri vào lớp phủ, bức tường bên ngoài có thể chống lại sự lão hóa, bởi vì lớp phủ tường bên ngoài dễ bị lão hóa và bong ra do lớp sơn tiếp xúc với ánh sáng mặt trời và tia cực tím trong một thời gian dài và nó có thể chống lại tia cực tím sau khi thêm oxit xeri và oxit yttrium. Hơn nữa, kích thước hạt của nó rất nhỏ và nano xeri oxit được sử dụng làm chất hấp thụ tia cực tím, dự kiến sẽ được sử dụng để ngăn chặn sự lão hóa của nhựa sản phẩm do tia cực tím chiếu xạ, bể chứa, ô tô, tàu thủy, bể chứa dầu, v.v., có thể bảo vệ tốt nhất các biển quảng cáo lớn ngoài trời và ngăn ngừa nấm mốc, độ ẩm và ô nhiễm cho lớp phủ tường bên trong. Do kích thước hạt nhỏ nên bụi không dễ bám vào tường và có thể cọ rửa bằng nước. Vẫn còn nhiều công dụng của oxit đất hiếm nano cần được nghiên cứu và phát triển thêm và chúng tôi chân thành hy vọng rằng nó sẽ có một tương lai tươi sáng hơn.