Știri - Materialele nanometrice din pământuri rare, o nouă forță în revoluția industrială

Materiale nanometrice din pământuri rare, o nouă forță în revoluția industrială

Nanotehnologia este un domeniu interdisciplinar nou, dezvoltat treptat la sfârșitul anilor 1980 și începutul anilor 1990. Deoarece are un potențial mare de a crea noi procese de producție, noi materiale și noi produse, va declanșa o nouă revoluție industrială în noul secol. Nivelul actual de dezvoltare al nanoștiinței și nanotehnologiei este similar cu cel al tehnologiei computerelor și informației din anii 1950. Majoritatea oamenilor de știință dedicați acestui domeniu prevăd că dezvoltarea nanotehnologiei va avea un impact larg și de amploare asupra multor aspecte ale tehnologiei. Oamenii de știință cred că are proprietăți ciudate și performanțe unice. Principalele efecte de confinare care duc la proprietățile ciudate ale nanomaterialelor de pământuri rare sunt efectul de suprafață specific, efectul de dimensiuni mici, efectul de interfață, efectul de transparență, efectul de tunel și efectul cuantic macroscopic. Aceste efecte fac ca proprietățile fizice ale nanosistemelor să fie diferite de cele ale materialelor convenționale în ceea ce privește lumina, electricitatea, căldura și magnetismul și prezintă multe caracteristici noi. În viitor, există trei direcții principale pentru oamenii de știință în cercetarea și dezvoltarea nanotehnologiei: prepararea și aplicarea nanomaterialelor cu performanțe excelente; proiectarea și pregătirea diverselor nanodispozitive și echipamente; detectarea și analiza proprietăților nano-regiunilor. În prezent, nano-pământurile rare au în principal următoarele direcții de aplicare, iar aplicarea lor trebuie dezvoltată în continuare în viitor.

Oxid de lantan nanometric (La2O3)

Oxidul de lantan nanometric se aplică pe materiale piezoelectrice, materiale electrotermice, materiale termoelectrice, materiale magnetorezistente, materiale luminescente (pulbere albastră), materiale de stocare a hidrogenului, sticlă optică, materiale laser, diverse materiale din aliaje, catalizatori pentru prepararea produselor chimice organice și catalizatori pentru neutralizarea gazelor de eșapament auto, iar peliculele agricole de conversie a luminii sunt, de asemenea, aplicate pe oxidul de lantan nanometric.

Oxid de ceriu (CeO2) nanometric

Principalele utilizări ale nanooxidului de ceriu sunt următoarele: 1. Ca aditiv pentru sticlă, nanooxidul de ceriu poate absorbi razele ultraviolete și infraroșii și a fost aplicat pe sticla automobilelor. Nu numai că poate preveni razele ultraviolete, dar poate și reduce temperatura din interiorul mașinii, economisind astfel energie electrică pentru aerul condiționat. 2. Aplicarea nanooxidului de ceriu în catalizatorul de purificare a gazelor de eșapament auto poate preveni eficient evacuarea în aer a unei cantități mari de gaze de eșapament auto. 3. Nanooxidul de ceriu poate fi utilizat în pigmenți pentru colorarea materialelor plastice și poate fi utilizat și în industria acoperirilor, cernelii și hârtiei. 4. Aplicarea nanooxidului de ceriu în materialele de lustruire a fost recunoscută pe scară largă ca o cerință de înaltă precizie pentru lustruirea napolitanelor de siliciu și a substraturilor monocristaline de safir. 5. În plus, nanooxidul de ceriu poate fi aplicat și în materiale de stocare a hidrogenului, materiale termoelectrice, electrozi de tungsten din nanooxid de ceriu, condensatoare ceramice, ceramică piezoelectrică, abrazivi din carbură de siliciu din nanooxid de ceriu, materii prime pentru pile de combustie, catalizatori pentru benzină, unele materiale magnetice permanente, diverse oțeluri aliate și metale neferoase etc.

Oxidul de praseodim nanometric (Pr6O11)

Principalele utilizări ale oxidului de praseodim nanometric sunt următoarele: 1. Este utilizat pe scară largă în construcția ceramicii și a ceramicii de uz zilnic. Poate fi amestecat cu glazură ceramică pentru a obține glazură colorată și poate fi utilizat și ca pigment sub glazură. Pigmentul preparat este galben deschis, cu o nuanță pură și elegantă. 2. Este utilizat pentru fabricarea magneților permanenți și este utilizat pe scară largă în diverse dispozitive electronice și motoare. 3. Este utilizat pentru cracarea catalitică a petrolului. Activitatea, selectivitatea și stabilitatea catalizei pot fi îmbunătățite. 4. Oxidul de praseodim nanometric poate fi utilizat și pentru lustruirea abrazivă. În plus, aplicarea oxidului de praseodim nanometric în domeniul fibrei optice este din ce în ce mai extinsă. Oxid de neodim nanometric (Nd2O3) Oxidul de neodim nanometric a devenit un punct fierbinte pe piață de mulți ani datorită poziției sale unice în domeniul pământurilor rare. Oxidul de nano-neodim este utilizat și în materiale neferoase. Adăugarea a 1,5%~2,5% nano-oxid de neodim în aliajul de magneziu sau aluminiu poate îmbunătăți performanța la temperaturi ridicate, etanșeitatea la aer și rezistența la coroziune a aliajului și este utilizat pe scară largă ca material aerospațial pentru aviație. În plus, granatul de nano-ytriu-aluminiu dopat cu oxid de nano-neodim produce un fascicul laser cu undă scurtă, care este utilizat pe scară largă pentru sudarea și tăierea materialelor subțiri cu grosimea sub 10 mm în industrie. În domeniul medical, laserul Nano-YAG dopat cu nano-Nd_2O_3 este utilizat pentru a îndepărta rănile chirurgicale sau a dezinfecta rănile în locul cuțitelor chirurgicale. Oxidul de neodim nanometric este utilizat și pentru colorarea materialelor din sticlă și ceramică, a produselor din cauciuc și a aditivilor.

Nanoparticule de oxid de samariu (Sm2O3)

Principalele utilizări ale oxidului de samariu de dimensiuni nanometrice sunt: oxidul de samariu de dimensiuni nanometrice este de culoare galben deschis și se aplică la condensatoare și catalizatori ceramici. În plus, oxidul de samariu de dimensiuni nanometrice are proprietăți nucleare și poate fi utilizat ca material structural, material de ecranare și material de control al reactorului de energie atomică, astfel încât energia imensă generată de fisiunea nucleară poate fi utilizată în siguranță. Nanoparticulele de oxid de europiu (Eu2O3) sunt utilizate în principal în fosfor. Eu3+ este utilizat ca activator al fosforului roșu, iar Eu2+ este utilizat ca fosfor albastru. Y0O3:Eu3+ este cel mai bun fosfor în ceea ce privește eficiența luminoasă, stabilitatea acoperirii, costul de recuperare etc. și este utilizat pe scară largă datorită îmbunătățirii eficienței luminoase și a contrastului. Recent, nano-oxidul de europiu este utilizat și ca fosfor cu emisie stimulată pentru noile sisteme de diagnostic medical cu raze X. Nano-oxidul de europiu poate fi utilizat și pentru fabricarea lentilelor colorate și a filtrelor optice, pentru dispozitive de stocare a bulelor magnetice și își poate demonstra talentul în materialele de control, materialele de ecranare și materialele structurale ale reactoarelor atomice. Fosforul roșu de gadoliniu-europiu (Y2O3:Eu3+) cu particule fine a fost preparat folosind ca materii prime nanooxid de ytriu (Y2O3) și nanooxid de europiu (Eu2O3). La utilizarea acestuia pentru prepararea fosforului tricolor de pământuri rare, s-a constatat că: (a) poate fi amestecat bine și uniform cu pulbere verde și pulbere albastră; (b) are performanțe bune de acoperire; (c) deoarece dimensiunea particulelor pulberii roșii este mică, suprafața specifică crește și numărul de particule luminescente crește, cantitatea de pulbere roșie din fosforul tricolor de pământuri rare poate fi redusă, rezultând un cost mai mic.

Nanoparticule de oxid de gadoliniu (Gd2O3)

Principalele sale utilizări sunt următoarele: 1. Complexul său paramagnetic solubil în apă poate îmbunătăți semnalul RMN al corpului uman în tratamentul medical. 2. Oxidul de sulf de bază poate fi utilizat ca grilă matricială a tubului osciloscopului și a ecranului cu raze X cu luminozitate specială. 3. Oxidul de nano-gadoliniu din granatul de nano-gadoliniu-galiu este un substrat unic ideal pentru memoria cu bule magnetice. 4. Atunci când nu există o limită a ciclului Camot, poate fi utilizat ca mediu solid de răcire magnetică. 5. Este utilizat ca inhibitor pentru a controla nivelul reacției în lanț al centralelor nucleare pentru a asigura siguranța reacțiilor nucleare. În plus, utilizarea oxidului de nano-gadoliniu și a oxidului de nano-lantan este utilă pentru a schimba regiunea de vitrificare și a îmbunătăți stabilitatea termică a sticlei. Oxidul de nano-gadoliniu poate fi utilizat și pentru fabricarea de condensatoare și ecrane de intensificare a razelor X. În prezent, lumea depune eforturi mari pentru a dezvolta aplicarea oxidului de nano-gadoliniu și a aliajelor sale în refrigerarea magnetică și a înregistrat progrese remarcabile.

Nanoparticule de oxid de terbiu (Tb4O7)

Principalele domenii de aplicare sunt următoarele: 1. Fosforii sunt utilizați ca activatori ai pulberii verzi în fosforii tricolori, cum ar fi matricea de fosfat activată de nano-oxid de terbiu, matricea de silicat activată de nano-oxid de terbiu și matricea de aluminat de magneziu din nano-oxid de ceriu activată de nano-oxid de terbiu, toate emitând lumină verde în stare excitată. 2. Materiale de stocare magneto-optică. În ultimii ani, au fost cercetate și dezvoltate materiale magneto-optice cu nano-oxid de terbiu. Discul magneto-optic realizat din peliculă amorfă de Tb-Fe este utilizat ca element de stocare a computerului, iar capacitatea de stocare poate fi crescută de 10~15 ori. 3. Sticla magneto-optică, sticla optic activă Faraday care conține oxid de terbiu nanometric, este un material cheie pentru fabricarea rotatoarelor, izolatoarelor, anulatoarelor și este utilizată pe scară largă în tehnologia laser. Oxidul de terbiu nanometric, oxidul de disprosiu nanometric, este utilizat în principal în sonar și a fost utilizat pe scară largă în multe domenii, cum ar fi sistemul de injecție de combustibil, controlul supapelor de lichid, micropoziționarea, actuatorul mecanic, mecanismul și regulatorul aripii telescopului spațial al aeronavelor. Principalele utilizări ale oxidului de disprosiu nanometric Dy2O3 sunt: 1. Oxidul de nano-disprosiu este utilizat ca activator al fosforului, iar oxidul de nano-disprosiu trivalent este un ion de activare promițător al materialelor luminescente tricolore cu un singur centru luminescent. Acesta constă în principal din două benzi de emisie, una este emisie de lumină galbenă, cealaltă este emisie de lumină albastră, iar materialele luminescente dopate cu oxid de nano-disprosiu pot fi utilizate ca fosfori tricolori. 2. Oxidul de disprosiu nanometric este o materie primă metalică necesară pentru prepararea aliajului de terfenol cu aliaje magnetostrictive mari de nano-oxid de terbiu și nano-oxid de disprosiu, care pot realiza anumite activități precise de mișcare mecanică. 3. Oxidul metalic de disprosiu nanometric poate fi utilizat ca material de stocare magneto-optic cu viteză mare de înregistrare și sensibilitate de citire. 4. Utilizat pentru prepararea lămpii cu oxid de disprosiu nanometric. Substanța de lucru utilizată în lampa cu oxid de disprosiu nanometric este oxidul de disprosiu nanometric, care are avantajele luminozității ridicate, culorii bune, temperaturii de culoare ridicate, dimensiunilor mici și arcului stabil și a fost utilizat ca sursă de iluminare pentru filme și imprimare. 5. Oxidul de disprosiu nanometric este utilizat pentru a măsura spectrul de energie al neutronilor sau ca absorbant de neutroni în industria energiei atomice datorită ariei sale transversale mari de captură a neutronilor.

Ho_2O_3 nanometri

Principalele utilizări ale oxidului de nano-holmiu sunt următoarele: 1. Ca aditiv al lămpilor cu halogen metalic, lampa cu halogen metalic este un tip de lampă cu descărcare în gaz, dezvoltată pe baza lămpii cu mercur de înaltă presiune, iar caracteristica sa este că becul este umplut cu diverse halogenuri de pământuri rare. În prezent, se utilizează în principal ioduri de pământuri rare, care emit linii spectrale diferite atunci când se descarcă în gaz. Substanța de lucru utilizată în lampa cu oxid de nano-holmiu este iodura de oxid de nano-holmiu, care poate obține o concentrație mai mare de atomi metalici în zona arcului, îmbunătățind astfel considerabil eficiența radiației. 2. Oxidul de holmiu nanometric poate fi utilizat ca aditiv al granatului de ytriu-fier sau ytriu-aluminiu; 3. Oxidul de nano-holmiu poate fi utilizat ca granat de ytriu-fier-aluminiu (Ho:YAG), care poate emite laser de 2 μm, iar rata de absorbție a țesutului uman la laserul de 2 μm este mare. Este cu aproape trei ordine de mărime mai mare decât Hd:YAG0. Prin urmare, atunci când se utilizează laserul Ho:YAG în operații medicale, nu numai că se poate îmbunătăți eficiența și precizia operației, dar se poate reduce și zona afectată termic. Fasciculul liber generat de cristalul de nano-oxid de holmiu poate elimina grăsimea fără a genera căldură excesivă, reducând astfel daunele termice cauzate de țesuturile sănătoase. Se raportează că tratamentul glaucomului cu laser cu oxid de holmiu nanometric în Statele Unite poate reduce durerea intervenției chirurgicale. 4. În aliajul magnetostrictiv Terfenol-D, se poate adăuga și o cantitate mică de oxid de holmiu de dimensiuni nanometrice pentru a reduce câmpul extern necesar pentru magnetizarea prin saturație a aliajului. 5. În plus, fibra optică dopată cu nano-oxid de holmiu poate fi utilizată pentru a realiza dispozitive de comunicații optice, cum ar fi lasere cu fibră optică, amplificatoare cu fibră optică, senzori cu fibră optică etc. Aceasta va juca un rol mai important în comunicarea rapidă prin fibră optică de astăzi.

Oxid de ytriu nanometric (Y2O3)

Principalele utilizări ale oxidului de nano-ytriu sunt următoarele: 1. Aditivi pentru oțel și aliaje neferoase. Aliajul FeCr conține de obicei 0,5%~4% oxid de nano-ytriu, care poate spori rezistența la oxidare și ductilitatea acestor oțeluri inoxidabile. După adăugarea unei cantități adecvate de pământuri rare mixte bogate în oxid de nano-ytriu în aliajul MB26, proprietățile complete ale aliajului au fost evident îmbunătățite, putând înlocui unele aliaje de aluminiu medii și puternice pentru componentele solicitate ale aeronavelor; Adăugarea unei cantități mici de pământuri rare de nano-ytriu în aliajul Al-Zr poate îmbunătăți conductivitatea aliajului; Aliajul a fost adoptat de majoritatea fabricilor de sârmă din China. Oxidul de nano-ytriu a fost adăugat în aliajul de cupru pentru a îmbunătăți conductivitatea și rezistența mecanică. 2. Material ceramic de nitrură de siliciu care conține 6% oxid de nano-ytriu și 2% aluminiu. Poate fi utilizat pentru dezvoltarea de piese de motor. 3. Găurirea, tăierea, sudarea și alte prelucrări mecanice sunt efectuate pe componente de mari dimensiuni utilizând un fascicul laser din granat de aluminiu și nanooxid de neodim cu o putere de 400 de wați. 4. Ecranul microscopului electronic compus din monocristal de granat Y-Al are o luminozitate fluorescentă ridicată, o absorbție scăzută a luminii împrăștiate și o bună rezistență la temperaturi ridicate și rezistență la uzură mecanică. 5. Aliajul cu structură ridicată de nanooxid de ytriu, care conține 90% nanooxid de gadoliniu, poate fi utilizat în aviație și în alte ocazii care necesită densitate scăzută și punct de topire ridicat. 6. Materialele conductoare de protoni la temperaturi ridicate, care conțin 90% nanooxid de ytriu, sunt de mare importanță pentru producția de pile de combustie, celule electrolitice și senzori de gaz care necesită o solubilitate ridicată în hidrogen. În plus, oxidul de nano-ytriu este utilizat și ca material rezistent la pulverizare la temperaturi ridicate, diluant al combustibilului reactorului atomic, aditiv pentru materiale cu magneți permanenți și agent de asimilare în industria electronică.

Pe lângă cele menționate mai sus, oxizii de pământuri rare nano pot fi utilizați și în materialele de îmbrăcăminte pentru îngrijirea sănătății umane și protecția mediului. Din unitățile de cercetare actuale, toate au anumite direcții: anti-radiații ultraviolete; Poluarea aerului și radiațiile ultraviolete sunt predispuse la boli de piele și cancere de piele; Prevenirea poluării îngreunează aderarea poluanților la îmbrăcăminte; De asemenea, se studiază și în direcția menținerii împotriva căldurii. Deoarece pielea este dură și ușor de îmbătrânit, este cea mai predispusă la mucegai în zilele ploioase. Pielea poate fi înmuiată prin albire cu oxid de ceriu nano de pământuri rare, care nu este ușor de îmbătrânit și de mucegaiat și este confortabil de purtat. În ultimii ani, materialele de nano-acoperire au fost, de asemenea, în centrul cercetării nano-materialelor, iar cercetarea principală se concentrează pe acoperirile funcționale. Y2O3 cu 80nm în Statele Unite poate fi utilizat ca acoperire de ecranare în infraroșu. Eficiența de reflectare a căldurii este foarte mare. CeO2 are un indice de refracție ridicat și o stabilitate ridicată. Când se adaugă la acoperire nanooxid de ytriu din pământuri rare, nanooxid de lantan și nanooxid de ceriu pulbere, peretele exterior poate rezista la îmbătrânire, deoarece acoperirea peretelui exterior se îmbătrânește și se desprinde ușor din cauza expunerii lungi a vopselei la lumina soarelui și la razele ultraviolete și poate rezista la razele ultraviolete după adăugarea de oxid de ceriu și oxid de ytriu. Mai mult, dimensiunea particulelor sale este foarte mică, iar nanooxidul de ceriu este utilizat ca absorbant de ultraviolete, fiind așteptat să fie utilizat pentru a preveni îmbătrânirea produselor din plastic din cauza iradierii ultraviolete, rezervoare, automobile, nave, rezervoare de stocare a petrolului etc., putând proteja cel mai bine panourile publicitare mari din exterior și prevenind mucegaiul, umezeala și poluarea pentru acoperirile pereților interiori. Datorită dimensiunii mici a particulelor, praful nu se lipește ușor de perete și poate fi curățat cu apă. Există încă multe utilizări ale nanooxidului de pământuri rare care trebuie cercetate și dezvoltate în continuare și sperăm sincer că va avea un viitor mai strălucit.