Hírek - Nanométeres ritkaföldfém anyagok, az ipari forradalom új hajtóereje

Nanométeres ritkaföldfém anyagok, az ipari forradalom új hajtóereje

A nanotechnológia egy új, interdiszciplináris terület, amely fokozatosan fejlődött ki az 1980-as évek végén és az 1990-es évek elején. Mivel hatalmas potenciállal rendelkezik új termelési folyamatok, új anyagok és új termékek létrehozására, új ipari forradalmat indíthat el az új évszázadban. A nanotudomány és a nanotechnológia jelenlegi fejlettségi szintje hasonló az 1950-es évekbeli számítógép- és információtechnológia szintjéhez. A terület iránt elkötelezett tudósok többsége azt jósolja, hogy a nanotechnológia fejlődése széleskörű és messzemenő hatással lesz a technológia számos aspektusára. A tudósok úgy vélik, hogy különös tulajdonságokkal és egyedi teljesítménygel rendelkezik. A nanoritmaföldfémek különös tulajdonságait eredményező fő korlátozó hatások a fajlagos felületi hatás, a kis mérethatás, a határfelületi hatás, az átlátszósági hatás, az alagúthatás és a makroszkopikus kvantumhatás. Ezek a hatások a nanorendszer fizikai tulajdonságait a hagyományos anyagokétól fény, elektromosság, hő és mágnesesség terén megkülönböztetik, és számos újszerű tulajdonsággal rendelkeznek. A jövőben a tudósok három fő irányba kutathatják és fejleszthetik a nanotechnológiát: kiváló teljesítményű nanoanyagok előállítása és alkalmazása; Különböző nanoeszközök és -berendezések tervezése és előkészítése; A nanorégiók tulajdonságainak detektálása és elemzése. Jelenleg a nano ritkaföldfémek főként a következő alkalmazási irányokkal rendelkeznek, és alkalmazását a jövőben tovább kell fejleszteni.

Nanométeres lantán-oxid (La2O3)

A nanométeres lantán-oxidot piezoelektromos anyagokhoz, elektrotermikus anyagokhoz, termoelektromos anyagokhoz, mágneses ellenállású anyagokhoz, lumineszcens anyagokhoz (kék por), hidrogéntároló anyagokhoz, optikai üveghez, lézeranyagokhoz, különféle ötvözetekhez, szerves vegyi termékek előállítására szolgáló katalizátorokhoz és gépjárművek kipufogógázainak semlegesítésére szolgáló katalizátorokhoz alkalmazzák, valamint fényátalakító mezőgazdasági fóliákat is alkalmaznak nanométeres lantán-oxidon.

Nanométeres cérium-oxid (CeO2)

A nano-cérium-oxid főbb felhasználási területei a következők: 1. Üveg adalékanyagként a nano-cérium-oxid képes elnyelni az ultraibolya és infravörös sugarakat, és alkalmazzák autóüvegeken is. Nemcsak az ultraibolya sugarakat gátolja, hanem csökkenti az autó belsejének hőmérsékletét is, így áramot takarít meg a légkondicionáló számára. 2. A nano-cérium-oxid alkalmazása az autó kipufogógáz-tisztító katalizátorokban hatékonyan megakadályozhatja, hogy nagy mennyiségű autó kipufogógáz kerüljön a levegőbe. 3. A nano-cérium-oxid felhasználható pigmentekben műanyagok színezésére, valamint bevonat-, tinta- és papíriparban. 4. A nano-cérium-oxid polírozó anyagokban való alkalmazása széles körben elismert nagy pontosságú követelmény a szilícium ostyák és a zafír egykristályos szubsztrátok polírozásában. 5. Ezenkívül a nano-cérium-oxid alkalmazható hidrogéntároló anyagokban, termoelektromos anyagokban, nano-cérium-oxid volfrám elektródákban, kerámia kondenzátorokban, piezoelektromos kerámiákban, nano-cérium-oxid szilícium-karbid csiszolóanyagokban, üzemanyagcella-alapanyagokban, benzinkatalizátorokban, egyes állandó mágneses anyagokban, különféle ötvözött acélokban és színesfémekben stb.

A nanométeres prazeodímium-oxid (Pr6O11)

A nanométeres prazeodímium-oxid főbb felhasználási területei a következők: 1. Széles körben használják épületkerámiákban és mindennapi használatú kerámiákban. Kerámia mázzal keverve színes mázat készíthető, és önmagában máz alatti pigmentként is használható. Az elkészített pigment világos sárga, tiszta és elegáns tónusú. 2. Állandó mágnesek gyártására használják, és széles körben alkalmazzák különféle elektronikus eszközökben és motorokban. 3. Kőolaj katalitikus krakkoláshoz használják. Javítható a katalízis aktivitása, szelektivitása és stabilitása. 4. A nano-prazeodímium-oxid abrazív polírozáshoz is használható. Ezenkívül a nanométeres prazeodímium-oxid alkalmazása az optikai szálak területén egyre szélesebb körű. Nanométeres neodímium-oxid (Nd2O3) A nanométeres neodímium-oxid évek óta a piac egyik legkeresettebb terméke a ritkaföldfémek területén elfoglalt egyedülálló pozíciója miatt. A nano-neodímium-oxidot nemvasfém anyagokhoz is alkalmazzák. A magnézium- vagy alumíniumötvözethez 1,5%~2,5% nano-neodímium-oxid hozzáadása javíthatja az ötvözet magas hőmérsékleti teljesítményét, légtömörségét és korrózióállóságát, és széles körben használják repülőgépipari anyagként a repülésben. Ezenkívül a nano-neodímium-oxiddal adalékolt nano ittrium-alumínium gránát rövidhullámú lézersugarat hoz létre, amelyet széles körben használnak az iparban 10 mm-nél vastagabb vékony anyagok hegesztésére és vágására. Az orvostudományban a nano-Nd_2O_3-mal adalékolt Nano-YAG lézert sebészeti sebek eltávolítására vagy sebek fertőtlenítésére használják sebészeti kések helyett. A nanométeres neodímium-oxidot üveg- és kerámiaanyagok, gumitermékek és adalékanyagok színezésére is használják.

Szamárium-oxid nanorészecskék (Sm2O3)

A nanoméretű szamárium-oxid főbb felhasználási területei: a nanoméretű szamárium-oxid világossárga színű, kerámia kondenzátorokhoz és katalizátorokhoz alkalmazzák. Ezenkívül a nanoméretű szamárium-oxid nukleáris tulajdonságokkal rendelkezik, és szerkezeti anyagként, árnyékolóanyagként és atomenergia-reaktorok vezérlőanyagaként használható, így a maghasadás során keletkező hatalmas energia biztonságosan felhasználható. Az európium-oxid nanorészecskéket (Eu2O3) többnyire foszforokban használják. Az Eu3+-t a vörös foszfor aktivátoraként, az Eu2+-t pedig kék foszforként használják. Az Y0O3:Eu3+ a legjobb foszfor a fényhasznosítás, a bevonat stabilitása, a visszanyerési költségek stb. szempontjából, és széles körben használják a fényhasznosítás és a kontraszt javulása miatt. Az utóbbi időben a nanoméretű európium-oxidot stimulált emissziós foszforként is használják új röntgen orvosi diagnosztikai rendszerekben. A nanoméretű európium-oxid színes lencsék és optikai szűrők gyártásához, mágneses buborékos tárolóeszközökhöz is használható, és atomreaktorok vezérlőanyagaiban, árnyékolóanyagaiban és szerkezeti anyagaiban is megmutathatja tehetségét. A finomszemcsés gadolínium-europium-oxid (Y2O3:Eu3+) vörös foszfort nano ittrium-oxid (Y2O3) és nano európium-oxid (Eu2O3) nyersanyagként való felhasználásával állították elő. Ritkaföldfém-trikolor foszfor előállításához történő felhasználása során a következőket találták: (a) jól és egyenletesen keverhető zöld és kék porral; (b) Jó bevonatteljesítményt biztosít; (c) Mivel a vörös por részecskemérete kicsi, a fajlagos felület és a lumineszcens részecskék száma is növekszik, a vörös por mennyisége a ritkaföldfém-trikolor foszforokban csökkenthető, ami alacsonyabb költségeket eredményez.

Gadolínium-oxid nanorészecskék (Gd2O3)

Fő felhasználási területei a következők: 1. Vízben oldódó paramágneses komplexe javíthatja az emberi test NMR képalkotó jelét az orvosi kezelés során. 2. A kén-oxid bázisként használható oszcilloszkópcsövek mátrixrácsaként és különleges fényerővel rendelkező röntgenképernyőkhöz. 3. A nano-gadolínium-gallium gránátban található nano-gadolínium-oxid ideális egyetlen szubsztrát a mágneses buborékmemóriához. 4. Ha nincs Camot-ciklushatár, szilárd mágneses hűtőközegként használható. 5. Inhibitorként használják az atomerőművek láncreakciójának szabályozására a nukleáris reakciók biztonságának biztosítása érdekében. Ezenkívül a nano-gadolínium-oxid és a nano-lantán-oxid használata segít megváltoztatni az üvegesítési régiót és javítja az üveg hőstabilitását. A nano-gadolínium-oxid kondenzátorok és röntgensugár-erősítő képernyők gyártásához is használható. Jelenleg a világ nagy erőfeszítéseket tesz a nano-gadolínium-oxid és ötvözeteinek mágneses hűtésben való alkalmazásának fejlesztésére, és áttörést ért el.

Terbium-oxid nanorészecskék (Tb4O7)

A fő alkalmazási területek a következők: 1. A foszforokat zöld por aktivátoraként használják háromszínű foszforokban, mint például a nano-terbium-oxiddal aktivált foszfát mátrix, a nano-terbium-oxiddal aktivált szilikát mátrix és a nano-terbium-oxiddal aktivált cérium-oxid magnézium-aluminát mátrix, amelyek gerjesztett állapotban zöld fényt bocsátanak ki. 2. Magnetooptikai tárolóanyagok, Az elmúlt években a nano-terbium-oxid magnetooptikai anyagokat kutatták és fejlesztették. A Tb-Fe amorf filmből készült magnetooptikai lemezt számítógépes tárolóelemként használják, és a tárolókapacitás 10-15-szörösére növelhető. 3. A magnetooptikai üveg, a nanométeres terbium-oxidot tartalmazó Faraday optikailag aktív üveg kulcsfontosságú anyag forgatók, izolátorok, annulátorok készítéséhez, és széles körben alkalmazzák a lézertechnológiában. A nanométeres terbium-oxidból (nanométeres diszprózium-oxidból) készült nanométeres diszprózium-oxidot főként szonárokban használják, és számos területen széles körben alkalmazzák, például üzemanyag-befecskendező rendszerekben, folyadékszelep-vezérlésben, mikropozicionálásban, mechanikus működtetőkben, mechanizmusokban és repülőgép-űrteleszkópok szárnyszabályozóiban. A Dy2O3 nano-diszprózium-oxid fő felhasználási területei: 1. A nano-diszprózium-oxidot foszfor aktivátorként használják, és a háromértékű nano-diszprózium-oxid ígéretes aktiváló ion a háromszínű lumineszcens anyagokban, egyetlen lumineszcens központtal. Főleg két emissziós sávból áll, az egyik a sárga fény kibocsátása, a másik a kék fény kibocsátása, és a nano-diszprózium-oxiddal adalékolt lumineszcens anyagok háromszínű foszforként használhatók. 2. A nanométeres diszprózium-oxid szükséges fém alapanyag a nagy magnetostrikciós ötvözetű nano-terbium-oxid és nano-diszprózium-oxid terfenol ötvözet előállításához, amely precíz mechanikai mozgási tevékenységeket képes megvalósítani. 3. A nanométeres diszprózium-oxid fém magnetooptikai tárolóanyagként használható, nagy rögzítési sebességgel és leolvasási érzékenységgel. 4. Nanométeres diszprózium-oxid lámpák előállítására használják. A nanométeres diszprózium-oxid lámpákban használt munkaközeg a nano-diszprózium-oxid, amelynek előnyei a nagy fényerő, a jó színvisszaadás, a magas színhőmérséklet, a kis méret és a stabil ív, és film- és nyomtatási világítóforrásként használják. 5. A nanométeres diszprózium-oxidot neutronenergia-spektrum mérésére vagy neutronelnyelőként használják az atomenergia-iparban a nagy neutronbefogási keresztmetszeti területe miatt.

Ho _ 2O _ 3 nanométer

A nano-holmium-oxid főbb felhasználási területei a következők: 1. Fémhalogénlámpák adalékanyagaként a fémhalogénlámpa egyfajta gázkisüléses lámpa, amelyet nagynyomású higanylámpák alapján fejlesztettek ki, és jellemzője, hogy a bura különféle ritkaföldfém-halogenidekkel van feltöltve. Jelenleg főként ritkaföldfém-jodidokat használnak, amelyek gázkisüléskor különböző spektrális vonalakat bocsátanak ki. A nano-holmium-oxid lámpában használt munkaközeg a nano-holmium-oxid-jodid, amely nagyobb fématom-koncentrációt érhet el az ívzónában, ezáltal jelentősen javítva a sugárzási hatásfokot. 2. A nanométeres holmium-oxid ittrium-vas vagy ittrium-alumínium gránát adalékanyagaként használható; 3. A nano-holmium-oxid ittrium-vas-alumínium gránátként (Ho:YAG) használható, amely 2 μm-es lézert bocsát ki, és az emberi szövetek abszorpciós sebessége a 2 μm-es lézerhez képest magas. Ez majdnem három nagyságrenddel magasabb, mint a Hd:YAG0 esetében. Ezért a Ho:YAG lézer orvosi műtétekhez való használata nemcsak a műtéti hatékonyságot és pontosságot javíthatja, hanem a hőkárosodási területet is kisebbre csökkentheti. A nano-holmium-oxid kristály által generált szabad sugár túlzott hőtermelés nélkül képes eltávolítani a zsírt, ezáltal csökkentve az egészséges szövetek által okozott hőkárosodást. Jelentések szerint az Egyesült Államokban a glaukóma nanométeres holmium-oxid lézerrel történő kezelése csökkentheti a műtét fájdalmát. 4. A magnetostrikciós Terfenol-D ötvözethez kis mennyiségű nanoméretű holmium-oxid is hozzáadható az ötvözet telítési mágnesezéséhez szükséges külső tér csökkentése érdekében. 5. Ezenkívül a nano-holmium-oxiddal adalékolt optikai szál felhasználható optikai kommunikációs eszközök, például optikai szálas lézerek, optikai szálerősítők, optikai szálas érzékelők stb. előállítására. Fontosabb szerepet fog játszani a mai gyors optikai szálas kommunikációban.

Nanométeres ittrium-oxid (Y2O3)

A nano-ittrium-oxid fő felhasználási területei a következők: 1. Adalékanyagok acélhoz és színesfém ötvözetekhez. Az FeCr ötvözet általában 0,5%~4% nano-ittrium-oxidot tartalmaz, ami javíthatja ezen rozsdamentes acélok oxidációs ellenállását és képlékenységét. Miután megfelelő mennyiségű, nanométeres ittrium-oxidban gazdag vegyes ritkaföldfémet adtak az MB26 ötvözethez, az ötvözet átfogó tulajdonságai jelentősen javultak. Néhány közepes és erős alumíniumötvözetet helyettesíthet a repülőgépek igénybevett alkatrészeiben. Kis mennyiségű nano-ittrium-oxid ritkaföldfém hozzáadása az Al-Zr ötvözethez javíthatja az ötvözet vezetőképességét. Az ötvözetet a legtöbb kínai huzalgyár átvette. A rézötvözethez nano-ittrium-oxidot adtak a vezetőképesség és a mechanikai szilárdság javítása érdekében. 2. Szilícium-nitrid kerámia anyag, amely 6% nano-ittrium-oxidot és 2% alumíniumot tartalmaz. Motoralkatrészek fejlesztésére használható. 3. Nagyméretű alkatrészeken fúrást, vágást, hegesztést és egyéb mechanikai megmunkálást végeznek 400 watt teljesítményű nano-neodímium-oxid alumínium gránát lézersugárral. 4. Az Y-Al gránát egykristályból készült elektronmikroszkóp képernyő nagy fluoreszcencia-fényességgel, alacsony szórt fény elnyelésével, valamint jó magas hőmérsékleti ellenállással és mechanikai kopásállósággal rendelkezik. 5. A 90% nano-gadolínium-oxidot tartalmazó, nagy nanorészecskével rendelkező ittrium-oxid szerkezetű ötvözet alkalmazható a repülésben és egyéb olyan területeken, ahol alacsony sűrűség és magas olvadáspont szükséges. 6. A 90% nanorészecskével rendelkező, magas hőmérsékletű protonvezető anyagok nagy jelentőséggel bírnak az üzemanyagcellák, elektrolitikus cellák és gázérzékelők gyártásában, amelyek nagy hidrogénoldhatóságot igényelnek. Ezenkívül a nano-ittrium-oxidot magas hőmérsékletű permetezésálló anyagként, atomreaktor-üzemanyag hígítóanyagaként, állandó mágneses anyag adalékanyagaként és getterként is használják az elektronikai iparban.

A fentieken túlmenően a nano-ritkaföldfém-oxidok ruházati anyagokban is felhasználhatók az emberi egészség és a környezetvédelem érdekében. A jelenlegi kutatási egységek mindegyikének vannak bizonyos irányai: ultraibolya sugárzás elleni védelem; a levegőszennyezés és az ultraibolya sugárzás hajlamos a bőrbetegségekre és a bőrrákra; a szennyezés megelőzése megnehezíti a szennyező anyagok ruházathoz való tapadását; a melegedésgátló hatás irányában is vizsgálják. Mivel a bőr kemény és könnyen öregszik, esős napokon a leghajlamosabb a penészedésre. A bőr nano-ritkaföldfém cérium-oxiddal történő fehérítéssel puhítható, amely nem könnyen öregszik és penészedik, és kényelmes viseletet biztosít. Az utóbbi években a nano-bevonóanyagok is a nano-anyagokkal kapcsolatos kutatások középpontjába kerültek, és a fő kutatás a funkcionális bevonatokra összpontosul. Az Egyesült Államokban 80 nm-es Y2O3 infravörös árnyékoló bevonatként használható. A hővisszaverés hatékonysága nagyon magas. A CeO2 magas törésmutatóval és nagy stabilitással rendelkezik. Amikor nano ritkaföldfém ittrium-oxidot, nano lantán-oxidot és nano cérium-oxid port adnak a bevonathoz, a külső fal ellenáll az öregedésnek, mivel a külső falbevonat könnyen öregszik és leesik, mivel a festék hosszú ideig napfénynek és ultraibolya sugaraknak van kitéve, és a cérium-oxid és ittrium-oxid hozzáadása után is ellenáll az ultraibolya sugaraknak. Ráadásul a részecskemérete nagyon kicsi, és a nano cérium-oxidot ultraibolya sugárzás elnyelőként használják, amelyet várhatóan a műanyag termékek ultraibolya sugárzás okozta öregedésének megakadályozására használnak, tartályok, autók, hajók, olajtároló tartályok stb. esetén, amelyek a legjobban védik a kültéri nagyméretű hirdetőtáblákat, és megakadályozzák a penész, a nedvesség és a szennyeződés kialakulását a belső falbevonatok esetében. Kis részecskemérete miatt a por nem könnyen tapad a falhoz, és vízzel lemosható. A nano ritkaföldfém-oxidoknak még számos felhasználási módja van, amelyeket tovább kell kutatni és fejleszteni, és őszintén reméljük, hogy ragyogóbb jövő áll előttük.