Vijesti - Nanometarski rijetki zemni materijali, nova snaga u industrijskoj revoluciji

Nanometarski rijetki zemni materijali, nova snaga u industrijskoj revoluciji

Nanotehnologija je novo interdisciplinarno područje koje se postupno razvijalo krajem 1980-ih i početkom 1990-ih. Budući da ima veliki potencijal za stvaranje novih proizvodnih procesa, novih materijala i novih proizvoda, pokrenut će novu industrijsku revoluciju u novom stoljeću. Trenutna razina razvoja nanoznanosti i nanotehnologije slična je onoj računalne i informacijske tehnologije 1950-ih. Većina znanstvenika posvećenih ovom području predviđa da će razvoj nanotehnologije imati širok i dalekosežan utjecaj na mnoge aspekte tehnologije. Znanstvenici vjeruju da ima neobična svojstva i jedinstvene performanse. Glavni učinci ograničenja koji dovode do neobičnih svojstava nanomaterijala rijetkih zemalja su efekt specifične površine, efekt male veličine, efekt međupovršine, efekt transparentnosti, efekt tunela i makroskopski kvantni efekt. Ovi učinci čine fizička svojstva nanosustava drugačijim od svojstava konvencionalnih materijala u svjetlu, elektricitetu, toplini i magnetizmu te predstavljaju mnoge nove značajke. U budućnosti postoje tri glavna smjera za znanstvenike u istraživanju i razvoju nanotehnologije: priprema i primjena nanomaterijala s izvrsnim performansama; dizajn i priprema različitih nanouređaja i opreme; otkrivanje i analiza svojstava nano-regija. Trenutno, nano rijetke zemlje uglavnom imaju sljedeće smjerove primjene, a njihovu primjenu treba dalje razvijati u budućnosti.

Nanometarski lantanov oksid (La2O3)

Nanometarski lantanov oksid primjenjuje se na piezoelektrične materijale, elektrotermalne materijale, termoelektrične materijale, magnetootporne materijale, luminiscentne materijale (plavi prah), materijale za pohranu vodika, optičko staklo, laserske materijale, razne legure, katalizatore za pripremu organskih kemijskih proizvoda i katalizatore za neutralizaciju ispušnih plinova automobila, a poljoprivredni filmovi za pretvorbu svjetlosti također se primjenjuju na nanometarski lantanov oksid.

Nanometarski cerijev oksid (CeO2)

Glavne upotrebe nano cerijevog oksida su sljedeće: 1. Kao aditiv za staklo, nano cerijev oksid može apsorbirati ultraljubičaste i infracrvene zrake te se primjenjuje na automobilska stakla. Ne samo da može spriječiti ultraljubičaste zrake, već i smanjiti temperaturu unutar automobila, čime se štedi električna energija za klimatizaciju. 2. Primjena nano cerijevog oksida u katalizatoru za pročišćavanje ispušnih plinova automobila može učinkovito spriječiti ispuštanje velike količine ispušnih plinova automobila u zrak. 3. Nano-cerijev oksid može se koristiti u pigmentima za bojanje plastike, a može se koristiti i u industriji premaza, tinte i papira. 4. Primjena nano cerijevog oksida u materijalima za poliranje široko je prepoznata kao zahtjev visoke preciznosti za poliranje silicijskih pločica i safirnih monokristalnih podloga. 5. Osim toga, nano cerijev oksid može se primijeniti i na materijale za pohranu vodika, termoelektrične materijale, nano cerijeve oksidne volframove elektrode, keramičke kondenzatore, piezoelektričnu keramiku, nano cerijeve oksidne silicijeve karbidne abrazive, sirovine za gorivne ćelije, katalizatore za benzin, neke permanentne magnetske materijale, razne legirane čelike i obojene metale itd.

Nanometarski prazeodimov oksid (Pr6O11)

Glavne upotrebe nanometarskog prazeodimijevog oksida su sljedeće: 1. Široko se koristi u građevinskoj keramici i keramici za svakodnevnu upotrebu. Može se miješati s keramičkom glazurom za izradu obojene glazure, a može se koristiti i kao samostalni pigment ispod glazure. Pripremljeni pigment je svijetložute boje s čistim i elegantnim tonom. 2. Koristi se za proizvodnju permanentnih magneta i široko se koristi u raznim elektroničkim uređajima i motorima. 3. Koristi se za katalitičko krekiranje nafte. Može se poboljšati aktivnost, selektivnost i stabilnost katalize. 4. Nano-prazeodimijev oksid može se koristiti i za abrazivno poliranje. Osim toga, primjena nanometarskog prazeodimijevog oksida u području optičkih vlakana sve je opsežnija. Nanometarski neodimijev oksid (Nd2O3) Nanometarski neodimijev oksid postao je vruća točka na tržištu dugi niz godina zbog svog jedinstvenog položaja u području rijetkih zemalja. Nano-neodimijski oksid se također primjenjuje na obojene metale. Dodavanje 1,5% ~ 2,5% nano neodimijevog oksida u magnezijevu ili aluminijevu leguru može poboljšati performanse na visokim temperaturama, nepropusnost zraka i otpornost legure na koroziju, a široko se koristi kao zrakoplovni materijal za zrakoplovstvo. Osim toga, nano itrijev aluminijev granat dopiran nano neodimijevim oksidom proizvodi kratkovalni laserski snop, koji se široko koristi za zavarivanje i rezanje tankih materijala debljine ispod 10 mm u industriji. U medicinskoj praksi, nano-YAG laser dopiran nano-Nd_2O_3 koristi se za uklanjanje kirurških rana ili dezinfekciju rana umjesto kirurških noževa. Nanometarski neodimijski oksid također se koristi za bojanje staklenih i keramičkih materijala, gumenih proizvoda i aditiva.

Nanočestice samarijevog oksida (Sm2O3)

Glavne upotrebe nano-samarijevog oksida su: nano-samarijev oksid je svijetložute boje i primjenjuje se na keramičke kondenzatore i katalizatore. Osim toga, nano-samarijev oksid ima nuklearna svojstva i može se koristiti kao strukturni materijal, zaštitni materijal i kontrolni materijal atomskog energetskog reaktora, tako da se ogromna energija generirana nuklearnom fisijom može sigurno koristiti. Nanočestice europijevog oksida (Eu2O3) uglavnom se koriste u fosforima. Eu3+ se koristi kao aktivator crvenog fosfora, a Eu2+ kao plavi fosfor. Y0O3:Eu3+ je najbolji fosfor u pogledu svjetlosne učinkovitosti, stabilnosti premaza, troškova oporavka itd. i široko se koristi zbog poboljšanja svjetlosne učinkovitosti i kontrasta. Nedavno se nano-europijev oksid koristi i kao fosfor sa stimuliranom emisijom za nove rendgenske medicinske dijagnostičke sustave. Nano-europijev oksid može se koristiti i za proizvodnju obojenih leća i optičkih filtera, za magnetske uređaje za pohranu mjehurića, a može pokazati i svoje talente u kontrolnim materijalima, zaštitnim materijalima i strukturnim materijalima atomskih reaktora. Crveni fosfor gadolinijevog europijevog oksida (Y2O3:Eu3+) u obliku finih čestica pripremljen je korištenjem nano itrijevog oksida (Y2O3) i nano europijevog oksida (Eu2O3) kao sirovina. Prilikom korištenja za pripremu trobojnog fosfora rijetkih zemalja utvrđeno je da: (a) se može dobro i ravnomjerno miješati sa zelenim i plavim prahom; (b) ima dobre performanse premaza; (c) budući da je veličina čestica crvenog praha mala, specifična površina se povećava, a broj luminiscentnih čestica se povećava, količina crvenog praha u trobojnim fosforima rijetkih zemalja može se smanjiti, što rezultira nižim troškovima.

Nanočestice gadolinijevog oksida (Gd2O3)

Njegove glavne upotrebe su sljedeće: 1. Njegov paramagnetski kompleks topljiv u vodi može poboljšati NMR signal ljudskog tijela u medicinskom tretmanu. 2. Bazni sumporov oksid može se koristiti kao matrična mreža osciloskopske cijevi i rendgenskog zaslona s posebnom svjetlinom. 3. Nano-gadolinijev oksid u nano-gadolinijevom galijevom granatu idealan je pojedinačni supstrat za magnetsku memoriju mjehurića. 4. Kada nema ograničenja Camotovog ciklusa, može se koristiti kao čvrsti magnetski rashladni medij. 5. Koristi se kao inhibitor za kontrolu razine lančane reakcije u nuklearnim elektranama kako bi se osigurala sigurnost nuklearnih reakcija. Osim toga, upotreba nano-gadolinijevog oksida i nano-lantanovog oksida korisna je za promjenu područja vitrifikacije i poboljšanje toplinske stabilnosti stakla. Nano-gadolinijev oksid također se može koristiti za proizvodnju kondenzatora i rendgenskih zaslona. Trenutno svijet ulaže velike napore u razvoj primjene nano-gadolinijevog oksida i njegovih legura u magnetskom hlađenju i postigao je revolucionaran napredak.

Nanočestice terbijevog oksida (Tb4O7)

Glavna područja primjene su sljedeća: 1. Fosfori se koriste kao aktivatori zelenog praha u trobojnim fosforima, kao što su fosfatna matrica aktivirana nanoterbijevim oksidom, silikatna matrica aktivirana nanoterbijevim oksidom i nanocerijeva oksidno-magnezijeva aluminatna matrica aktivirana nanoterbijevim oksidom, koji svi emitiraju zeleno svjetlo u pobuđenom stanju. 2. Magneto-optički materijali za pohranu, Posljednjih godina istraženi su i razvijeni magneto-optički materijali od nanoterbijevog oksida. Magneto-optički disk izrađen od amorfnog filma Tb-Fe koristi se kao element za pohranu u računalu, a kapacitet pohrane može se povećati 10~15 puta. 3. Magneto-optičko staklo, Faradayevo optički aktivno staklo koje sadrži nanometarski terbij oksid, ključni je materijal za izradu rotatora, izolatora, anulatora i široko se koristi u laserskoj tehnologiji. Nanometarski terbij oksid (nanometarski disprozij oksid) uglavnom se koristi u sonarima i široko se koristi u mnogim područjima, kao što su sustavi ubrizgavanja goriva, upravljanje tekućinskim ventilima, mikropozicioniranje, mehanički aktuatori, mehanizmi i regulatori krila zrakoplovnog svemirskog teleskopa. Glavne upotrebe Dy2O3 nano disprozijevog oksida su: 1. Nano-disprozijev oksid koristi se kao aktivator fosfora, a trovalentni nano-disprozijev oksid je obećavajući aktivacijski ion trobojnih luminiscentnih materijala s jednim luminiscentnim središtem. Uglavnom se sastoji od dvije emisijske vrpce, jedna je emisija žute svjetlosti, a druga je emisija plave svjetlosti, a luminiscentni materijali dopirani nano-disprozijevim oksidom mogu se koristiti kao trobojni fosfori. 2. Nanometarski disprozijev oksid je neophodna metalna sirovina za pripremu legure terfenola s velikom magnetostriktivnom legurom nano-terbijevog oksida i nano-disprozijevog oksida, koja može ostvariti neke precizne aktivnosti mehaničkog kretanja. 3. Nanometarski metalni disprozijev oksid može se koristiti kao magneto-optički materijal za pohranu s velikom brzinom snimanja i osjetljivošću čitanja. 4. Koristi se za pripremu nanometarskih disprozijevih oksidnih lampi. Radna tvar koja se koristi u nano-disprozijevim oksidnim lampama je nano-disprozijev oksid, koji ima prednosti visoke svjetline, dobre boje, visoke temperature boje, male veličine i stabilnog luka, te se koristi kao izvor svjetlosti za film i tisak. 5. Nanometarski disprozijev oksid koristi se za mjerenje energetskog spektra neutrona ili kao apsorber neutrona u industriji atomske energije zbog velike površine poprečnog presjeka za hvatanje neutrona.

Ho _ 2O _ 3 nanometara

Glavne upotrebe nano-holmijevog oksida su sljedeće: 1. Kao dodatak metal-halogenim žaruljama, metal-halogena žarulja je vrsta plinske žarulje s izbojem, razvijena na temelju visokotlačne živine žarulje, a karakteristična je po tome što je žarulja ispunjena raznim rijetkozemnim halogenidima. Trenutno se uglavnom koriste rijetkozemni jodidi, koji emitiraju različite spektralne linije prilikom plinskog pražnjenja. Radna tvar koja se koristi u nano-holmijevoj oksidnoj žarulji je nano-holmijev oksid jodid, koji može postići veću koncentraciju metalnih atoma u zoni luka, čime se uvelike poboljšava učinkovitost zračenja. 2. Nanometarski holmijev oksid može se koristiti kao dodatak itrijevom željezu ili itrijevom aluminijevom granatu; 3. Nano-holmijev oksid može se koristiti kao itrijev željezo aluminijev granat (Ho:YAG), koji može emitirati laser od 2 μm, a brzina apsorpcije ljudskog tkiva na laser od 2 μm je visoka. Gotovo je tri reda veličine veća od Hd:YAG0. Stoga, kada se Ho:YAG laser koristi za medicinske operacije, ne samo da se može poboljšati učinkovitost i točnost operacije, već i smanjiti područje toplinskog oštećenja na manju veličinu. Slobodna zraka koju generira nano holmijev oksidni kristal može ukloniti masnoću bez stvaranja prekomjerne topline, čime se smanjuje toplinsko oštećenje zdravih tkiva. Izvješćuje se da liječenje glaukoma nanometarskim holmijevim oksidnim laserom u Sjedinjenim Državama može smanjiti bol operacije. 4. U magnetostriktivnu leguru Terfenol-D može se dodati i mala količina nano-holmijevog oksida kako bi se smanjilo vanjsko polje potrebno za zasićenje magnetizacije legure. 5. Osim toga, optička vlakna dopirana nano-holmijevim oksidom mogu se koristiti za izradu optičkih komunikacijskih uređaja kao što su optički vlaknasti laseri, optička vlaknasta pojačala, optički vlaknasti senzori itd. Igrat će važniju ulogu u današnjoj brzoj optičkoj komunikaciji.

Nanometarski itrijev oksid (Y2O3)

Glavne upotrebe nano itrijevog oksida su sljedeće: 1. Aditivi za čelik i obojene legure. FeCr legura obično sadrži 0,5% do 4% nano itrijevog oksida, koji može poboljšati otpornost na oksidaciju i duktilnost ovih nehrđajućih čelika. Nakon dodavanja odgovarajuće količine miješanih rijetkih zemalja bogatih nanometarskim itrijevim oksidom u leguru MB26, sveobuhvatna svojstva legure su se očito poboljšala. Može zamijeniti neke srednje i jake aluminijske legure za napregnute komponente zrakoplova. Dodavanje male količine nano itrijevog oksida rijetkog zemljišta u Al-Zr leguru može poboljšati vodljivost legure. Leguru je usvojila većina tvornica žice u Kini. Nano-itrij oksid dodan je u bakrenu leguru radi poboljšanja vodljivosti i mehaničke čvrstoće. 2. Keramički materijal od silicijevog nitrida koji sadrži 6% nano itrijevog oksida i 2% aluminija. Može se koristiti za razvoj dijelova motora. 3. Bušenje, rezanje, zavarivanje i druge mehaničke obrade izvode se na velikim komponentama korištenjem laserske zrake od nano neodimijevog oksida i aluminijevog granata snage 400 W. 4. Zaslon elektronskog mikroskopa sastavljen od monokristala Y-Al granata ima visoku fluorescentnu svjetlinu, nisku apsorpciju raspršene svjetlosti te dobru otpornost na visoke temperature i mehaničku otpornost na habanje. 5. Legura s visokom strukturom nano itrijevog oksida koja sadrži 90% nano gadolinijevog oksida može se primijeniti u zrakoplovstvu i drugim prigodama koje zahtijevaju nisku gustoću i visoku točku taljenja. 6. Visokotemperaturni protonski vodljivi materijali koji sadrže 90% nano itrijevog oksida od velikog su značaja za proizvodnju gorivnih ćelija, elektrolitičkih ćelija i plinskih senzora koji zahtijevaju visoku topljivost vodika. Osim toga, nano-itrijev oksid se također koristi kao materijal otporan na prskanje na visokim temperaturama, razrjeđivač goriva za atomske reaktore, aditiv za materijale s permanentnim magnetima i getter u elektroničkoj industriji.

Osim navedenog, nano-oksidi rijetkih zemalja mogu se koristiti i u odjevnim materijalima za zaštitu ljudskog zdravlja i okoliša. Iz trenutnih istraživačkih jedinica, svi imaju određene smjerove: protiv ultraljubičastog zračenja; onečišćenje zraka i ultraljubičasto zračenje skloni su kožnim bolestima i raku kože; sprječavanje onečišćenja otežava onečišćujućim tvarima da se lijepe za odjeću; također se proučava u smjeru protiv zadržavanja topline. Budući da je koža tvrda i lako stari, najsklonija je plijesni u kišnim danima. Koža se može omekšati izbjeljivanjem nano-oksidom rijetkih zemalja cerija, koji nije lako stariti i plijesniti, te je udoban za nošenje. Posljednjih godina, materijali za nano premaze također su u fokusu istraživanja nanomaterijala, a glavna istraživanja usmjerena su na funkcionalne premaze. Y2O3 s 80 nm u Sjedinjenim Državama može se koristiti kao premaz za zaštitu od infracrvenog zračenja. Učinkovitost reflektiranja topline je vrlo visoka. CeO2 ima visok indeks loma i visoku stabilnost. Kada se premazu dodaju nano prah rijetkih zemalja itrij oksida, nano lantan oksida i nano cerijevog oksida, vanjski zid može biti otporniji na starenje, jer premaz vanjskog zida lako stari i otpada jer je boja dugo izložena sunčevoj svjetlosti i ultraljubičastim zrakama, a nakon dodavanja cerijevog oksida i itrijevog oksida može biti otporan na ultraljubičaste zrake. Štoviše, veličina njegovih čestica je vrlo mala, a nano cerijev oksid koristi se kao ultraljubičasti apsorber, za koji se očekuje da će se koristiti za sprječavanje starenja plastičnih proizvoda zbog ultraljubičastog zračenja, spremnika, automobila, brodova, spremnika za skladištenje nafte itd., što najbolje može zaštititi velike vanjske reklamne panoe i spriječiti plijesan, vlagu i onečišćenje za unutarnje zidne premaze. Zbog male veličine čestica, prašina se ne lijepi lako za zid. I može se očistiti vodom. Još uvijek postoje mnoge upotrebe nano oksida rijetkih zemalja koje treba dalje istražiti i razviti, i iskreno se nadamo da će imati sjajniju budućnost.