Новини - Нанометрові рідкоземельні матеріали, нова сила промислової революції

Нанометрові рідкоземельні матеріали, нова сила промислової революції

Нанотехнології – це нова міждисциплінарна галузь, яка поступово розвивалася наприкінці 1980-х та на початку 1990-х років. Оскільки вони мають великий потенціал для створення нових виробничих процесів, нових матеріалів та нових продуктів, вони започаткують нову промислову революцію в новому столітті. Сучасний рівень розвитку нанонауки та нанотехнологій подібний до рівня комп'ютерних та інформаційних технологій у 1950-х роках. Більшість вчених, що займаються цією галуззю, прогнозують, що розвиток нанотехнологій матиме широкий та далекосяжний вплив на багато аспектів технології. Вчені вважають, що вони мають дивні властивості та унікальні характеристики. Основними ефектами обмеження, які призводять до дивних властивостей наноматеріалів рідкісноземельних елементів, є ефект питомої поверхні, ефект малого розміру, ефект інтерфейсу, ефект прозорості, тунельний ефект та макроскопічний квантовий ефект. Ці ефекти відрізняють фізичні властивості наносистем від властивостей традиційних матеріалів у світлі, електриці, теплі та магнетизмі, і представляють багато нових можливостей. У майбутньому існують три основні напрямки для вчених у дослідженні та розробці нанотехнологій: підготовка та застосування наноматеріалів з відмінними характеристиками; проектування та виготовлення різних нанопристроїв та обладнання; виявлення та аналіз властивостей нанообластей. Наразі нанорідкісноземельні елементи мають такі напрямки застосування, і їх застосування потребує подальшого розвитку в майбутньому.

Нанометровий оксид лантану (La2O3)

Нанометровий оксид лантану застосовується для п'єзоелектричних матеріалів, електротермічних матеріалів, термоелектричних матеріалів, магніторезистентних матеріалів, люмінесцентних матеріалів (синій порошок), матеріалів для зберігання водню, оптичного скла, лазерних матеріалів, різних легованих матеріалів, каталізаторів для приготування органічних хімічних продуктів та каталізаторів для нейтралізації вихлопних газів автомобілів, а також для світлоперетворювальних сільськогосподарських плівок.

Нанометровий оксид церію (CeO2)

Основні способи застосування нанооксиду церію такі: 1. Як добавка до скла, нанооксид церію може поглинати ультрафіолетові та інфрачервоні промені та застосовується до автомобільного скла. Він може не тільки запобігати ультрафіолетовим променям, але й знижувати температуру всередині автомобіля, тим самим заощаджуючи електроенергію для кондиціонування повітря. 2. Застосування нанооксиду церію в каталізаторі очищення вихлопних газів автомобілів може ефективно запобігти потраплянню великої кількості вихлопних газів автомобілів у повітря. 3. Нанооксид церію може використовуватися в пігментах для фарбування пластмас, а також може використовуватися в покриттях, чорнилах та паперовій промисловості. 4. Застосування нанооксиду церію в полірувальних матеріалах широко визнано як вимога високої точності для полірування кремнієвих пластин та монокристалічних підкладок сапфіру. 5. Крім того, нанооксид церію також може застосовуватися до матеріалів для зберігання водню, термоелектричних матеріалів, вольфрамових електродів з нанооксиду церію, керамічних конденсаторів, п'єзоелектричної кераміки, абразивів з карбіду кремнію з нанооксиду церію, сировини для паливних елементів, каталізаторів бензину, деяких постійних магнітних матеріалів, різних легованих сталей та кольорових металів тощо.

Нанометровий оксид празеодиму (Pr6O11)

Основні способи використання нанометрового оксиду празеодиму такі: 1. Він широко використовується в будівельній кераміці та кераміці повсякденного використання. Його можна змішувати з керамічною глазур'ю для отримання кольорової глазурі, а також використовувати як пігмент для підглазурі окремо. Отриманий пігмент має світло-жовтий колір з чистим та елегантним тоном. 2. Він використовується для виробництва постійних магнітів та широко застосовується в різних електронних пристроях та двигунах. 3. Використовується для каталітичного крекінгу нафти. Можна покращити активність, селективність та стабільність каталізу. 4. Нанооксид празеодиму також можна використовувати для абразивного полірування. Крім того, застосування нанометрового оксиду празеодиму в галузі оптичного волокна стає все більш широким. Нанометровий оксид неодиму (Nd2O3) Нанометровий оксид неодиму став гарячою точкою на ринку протягом багатьох років завдяки своєму унікальному положенню в галузі рідкісноземельних елементів. Нанооксид неодиму також застосовується до кольорових металів. Додавання 1,5%~2,5% нанооксиду неодиму до магнієвого або алюмінієвого сплаву може покращити високотемпературні характеристики, герметичність та корозійну стійкість сплаву, і він широко використовується як аерокосмічний матеріал для авіації. Крім того, наноітрієвий алюмінієвий гранат, легований нанооксидом неодиму, виробляє короткохвильовий лазерний промінь, який широко використовується для зварювання та різання тонких матеріалів товщиною менше 10 мм у промисловості. У медицині нано-YAG-лазер, легований нано-Nd_2O_3, використовується для видалення хірургічних ран або дезінфекції ран замість хірургічних ножів. Нанометровий оксид неодиму також використовується для фарбування скляних та керамічних матеріалів, гумових виробів та добавок.

Наночастинки оксиду самарію (Sm2O3)

Основні способи використання нанорозмірного оксиду самарію: нанорозмірний оксид самарію має світло-жовтий колір і використовується у виробництві керамічних конденсаторів та каталізаторів. Крім того, нанорозмірний оксид самарію має ядерні властивості та може використовуватися як конструкційний матеріал, захисний матеріал та керуючий матеріал атомного енергетичного реактора, що дозволяє безпечно використовувати величезну енергію, що генерується в результаті ядерного поділу. Наночастинки оксиду європію (Eu2O3) здебільшого використовуються у люмінофорах. Eu3+ використовується як активатор червоного люмінофора, а Eu2+ – як синього. Y0O3:Eu3+ є найкращим люмінофором за світловою ефективністю, стабільністю покриття, вартістю відновлення тощо, і він широко використовується завдяки покращенню світлової ефективності та контрастності. Останнім часом нанооксид європію також використовується як люмінофор зі стимульованим випромінюванням для нових рентгенівських медичних діагностичних систем. Нанооксид європію також може використовуватися для виготовлення кольорових лінз та оптичних фільтрів, для магнітних накопичувачів, а також може продемонструвати свої таланти в керуючих матеріалах, захисних матеріалах та конструкційних матеріалах атомних реакторів. Дрібночастинковий червоний люмінофор оксиду гадолінію європію (Y2O3:Eu3+) був отриманий з використанням нанооксиду ітрію (Y2O3) та нанооксиду європію (Eu2O3) як сировини. Під час його використання для отримання триколірного люмінофора рідкоземельних металів було виявлено, що: (a) його можна добре та рівномірно змішувати із зеленим та синім порошками; (b) він має хороші характеристики покриття; (c) оскільки розмір частинок червоного порошку малий, питома площа поверхні збільшується, а кількість люмінесцентних частинок збільшується, кількість червоного порошку в триколірних люмінофорах рідкоземельних металів може бути зменшена, що призводить до зниження вартості.

Наночастинки оксиду гадолінію (Gd2O3)

Його основні способи застосування такі: 1. Його водорозчинний парамагнітний комплекс може покращити сигнал ЯМР-візуалізації людського тіла під час лікування. 2. Базовий оксид сірки може бути використаний як матрична сітка осцилографічної трубки та рентгенівського екрана зі спеціальною яскравістю. 3. Нанооксид гадолінію в нано-гадолінієво-галієвому гранаті є ідеальним єдиним субстратом для магнітної бульбашкової пам'яті. 4. Коли немає обмеження циклу Камота, його можна використовувати як тверде магнітне охолоджувальне середовище. 5. Його використовують як інгібітор для контролю рівня ланцюгової реакції атомних електростанцій для забезпечення безпеки ядерних реакцій. Крім того, використання нано-оксиду гадолінію та нано-оксиду лантану допомагає змінити область склування та покращити термічну стабільність скла. Нанооксид гадолінію також може бути використаний для виробництва конденсаторів та екранів, що підсилюють рентгенівське випромінювання. Наразі світ докладає значних зусиль для розвитку застосування нано-оксиду гадолінію та його сплавів у магнітному охолодженні та досяг проривного прогресу.

Наночастинки оксиду тербію (Tb4O7)

Основні сфери застосування такі: 1. Люмінофори використовуються як активатори зеленого порошку в триколірних люмінофорах, таких як фосфатна матриця, активована нанооксидом тербію, силікатна матриця, активована нанооксидом тербію, та нанооксид церію-алюмінат магнію-матриця, активована нанооксидом тербію, які всі випромінюють зелене світло у збудженому стані. 2. Магнітооптичні матеріали для зберігання інформації. В останні роки досліджувалися та розроблялися магнітооптичні матеріали на основі нанооксиду тербію. Магнітооптичний диск, виготовлений з аморфної плівки Tb-Fe, використовується як елемент комп'ютерної пам'яті, а ємність пам'яті може бути збільшена в 10-15 разів. 3. Магнітооптичне скло, оптично активне скло Фарадея, що містить нанометровий оксид тербію, є ключовим матеріалом для виготовлення ротаторів, ізоляторів, ануляторів і широко використовується в лазерній технології. Нанометровий оксид тербію (нанометровий оксид диспрозію) в основному використовується в гідролокаторах і широко застосовується в багатьох галузях, таких як система впорскування палива, керування рідинними клапанами, мікропозиціонування, механічний привід, механізм і регулятор крила космічного телескопа літака. Основні способи використання нанооксиду диспрозію Dy2O3: 1. Нанооксид диспрозію використовується як активатор люмінофора, а тривалентний нанооксид диспрозію є перспективним активуючим іоном триколірних люмінесцентних матеріалів з одним люмінесцентним центром. Він в основному складається з двох смуг випромінювання, одна - випромінювання жовтого світла, інша - випромінювання синього світла, а люмінесцентні матеріали, леговані нанооксидом диспрозію, можуть бути використані як триколірні люмінофори. 2. Нанометровий оксид диспрозію є необхідною металевою сировиною для отримання сплаву терфенолу з великим магнітострикційним сплавом нано-оксиду тербію та нано-оксиду диспрозію, який може реалізувати деякі точні механічні дії. 3. Нанометровий металевий оксид диспрозію може бути використаний як магнітооптичний запам'ятовуючий матеріал з високою швидкістю запису та чутливістю зчитування. 4. Використовується для виготовлення нанометрових ламп на основі оксиду диспрозію. Робочою речовиною, що використовується в нано-лампах на основі оксиду диспрозію, є нанооксид диспрозію, який має переваги високої яскравості, гарного кольору, високої колірної температури, малого розміру та стабільної дуги, і використовується як джерело світла для плівки та друку. 5. Нанометровий оксид диспрозію використовується для вимірювання енергетичного спектру нейтронів або як поглинач нейтронів в атомній енергетиці завдяки великій площі поперечного перерізу захоплення нейтронів.

Ho _ 2O _ 3 нанометри

Основні способи використання нано-гольмію оксиду є наступними: 1. Як добавка до металогалогенної лампи, металогалогенна лампа є різновидом газорозрядної лампи, розробленої на основі ртутної лампи високого тиску, і її характеристика полягає в тому, що колба заповнена різними галогенідами рідкоземельних елементів. В даний час в основному використовуються йодиди рідкоземельних елементів, які випромінюють різні спектральні лінії під час газового розряду. Робочою речовиною, що використовується в нано-гольмієвій лампі, є нано-гольмієвий йодид, який може досягти вищої концентрації атомів металу в зоні дуги, тим самим значно підвищуючи ефективність випромінювання. 2. Нанометровий оксид гольмію може бути використаний як добавка до залізо-ітрієвого або алюмінієвого ітрієвого гранату; 3. Нано-гольмієвий оксид може бути використаний як ітрієво-залізо-алюмінієвий гранат (Ho:YAG), який може випромінювати лазер 2 мкм, а коефіцієнт поглинання лазера 2 мкм тканинами людини є високим. Він майже на три порядки вищий, ніж у Hd:YAG0. Отже, використання Ho:YAG лазера для медичних операцій може не тільки підвищити ефективність та точність операції, але й зменшити площу термічного пошкодження до меншого розміру. Вільний промінь, що генерується нанокристалом оксиду гольмію, може видаляти жир без надмірного нагрівання, тим самим зменшуючи термічне пошкодження, спричинене здоровими тканинами. Повідомляється, що лікування глаукоми нанометровим лазером на оксиді гольмію в Сполучених Штатах може зменшити біль під час операції. 4. У магнітострикційному сплаві Terfenol-D також можна додавати невелику кількість нанорозмірного оксиду гольмію для зменшення зовнішнього поля, необхідного для намагнічування насичення сплаву. 5. Крім того, оптичне волокно, леговане нанооксидом гольмію, може бути використане для виготовлення пристроїв оптичного зв'язку, таких як волоконні лазери, волоконні підсилювачі, волоконні датчики тощо. Воно відіграватиме важливішу роль у сучасному швидкому волоконно-оптичному зв'язку.

Нанометровий оксид ітрію (Y2O3)

Основні способи використання нанооксиду ітрію такі: 1. Добавки для сталі та кольорових сплавів. Сплав FeCr зазвичай містить 0,5%~4% нанооксиду ітрію, що може підвищити стійкість до окислення та пластичність цих нержавіючих сталей. Після додавання належної кількості суміші рідкоземельних елементів, багатої на нанометровий оксид ітрію, до сплаву MB26, комплексні властивості сплаву були помітно покращені. Він може замінити деякі середньо- та міцні алюмінієві сплави для напружених компонентів літаків. Додавання невеликої кількості нанооксиду ітрію (рідкоземельних елементів) до сплаву Al-Zr може покращити провідність сплаву. Сплав використовується більшістю заводів з виробництва дроту в Китаї. Нанооксид ітрію додають до мідного сплаву для покращення провідності та механічної міцності. 2. Керамічний матеріал на основі нітриду кремнію, що містить 6% нанооксиду ітрію та 2% алюмінію. Його можна використовувати для розробки деталей двигунів. 3. Свердління, різання, зварювання та інша механічна обробка великогабаритних компонентів виконуються за допомогою лазерного променя нанонеодимового оксиду алюмінієвого гранату потужністю 400 Вт. 4. Екран електронного мікроскопа, виготовлений з монокристалів гранату Y-Al, має високу яскравість флуоресценції, низьке поглинання розсіяного світла, а також добру стійкість до високих температур і механічного зносу. 5. Сплав з високою структурою нанооксиду ітрію, що містить 90% нанооксиду гадолінію, може застосовуватися в авіації та інших випадках, що вимагають низької щільності та високої температури плавлення. 6. Високотемпературні протонопровідні матеріали, що містять 90% нанооксиду ітрію, мають велике значення для виробництва паливних елементів, електролітичних елементів та газових сенсорів, що вимагають високої розчинності водню. Крім того, нанооксид ітрію також використовується як матеріал, стійкий до високотемпературного розпилення, розріджувач палива для атомних реакторів, добавка до матеріалу постійних магнітів та геттер в електронній промисловості.

Окрім вищезазначеного, нанооксиди рідкоземельних елементів також можуть використовуватися в матеріалах для одягу для охорони здоров'я людини та захисту навколишнього середовища. Сучасні дослідницькі підрозділи мають певні напрямки: захист від ультрафіолетового випромінювання; забруднення повітря та ультрафіолетове випромінювання схильні до шкірних захворювань та раку шкіри; запобігання забрудненню ускладнює прилипання забруднюючих речовин до одягу; також вивчається напрямок захисту від збереження тепла. Оскільки шкіра тверда та легко старіє, вона найбільш схильна до появи цвілі в дощові дні. Шкіру можна пом'якшити шляхом відбілювання нанооксидом рідкоземельних елементів церію, який нелегко старіє та не пліснявіє, і його зручно носити. В останні роки наноматеріали з нанопокриттями також є предметом досліджень наноматеріалів, і основні дослідження зосереджені на функціональних покриттях. Y2O3 з довжиною хвилі 80 нм у Сполучених Штатах може використовуватися як покриття для інфрачервоного екранування. Ефективність відбиття тепла дуже висока. CeO2 має високий показник заломлення та високу стабільність. Коли до покриття додають наночастинки оксиду ітрію, наночастинки лантану та наночастинки оксиду церію, зовнішня стіна може протистояти старінню, оскільки покриття зовнішньої стіни легко старіє та відшаровується через тривалий вплив сонячного світла та ультрафіолетових променів, і воно може протистояти ультрафіолетовим променям після додавання оксиду церію та оксиду ітрію. Крім того, розмір його частинок дуже малий, і наночастинка церію використовується як поглинач ультрафіолетового випромінювання, який, як очікується, буде використано для запобігання старінню пластикових виробів через ультрафіолетове опромінення, резервуарів, автомобілів, кораблів, резервуарів для зберігання нафти тощо, що може найкраще захистити великі зовнішні рекламні щити та запобігти появі цвілі, вологи та забруднення для внутрішніх покриттів стін. Завдяки малому розміру частинок пил нелегко прилипає до стіни. Його можна протирати водою. Існує ще багато застосувань наночастинок оксидів рідкісноземельних елементів, які потребують подальших досліджень та розробок, і ми щиро сподіваємося, що вони матимуть блискуче майбутнє.