Novinky - Nanometrové materiály vzácných zemin, nová síla průmyslové revoluce

Nanometrové materiály vzácných zemin, nová síla průmyslové revoluce

Nanotechnologie je nový interdisciplinární obor, který se postupně rozvíjel na konci 80. a začátku 90. let 20. století. Vzhledem k velkému potenciálu pro vytváření nových výrobních procesů, nových materiálů a nových produktů spustí v novém století novou průmyslovou revoluci. Současná úroveň rozvoje nanovědy a nanotechnologie je podobná úrovni počítačových a informačních technologií v 50. letech 20. století. Většina vědců zapojených do této oblasti předpovídá, že rozvoj nanotechnologie bude mít široký a dalekosáhlý dopad na mnoho aspektů technologie. Vědci se domnívají, že má zvláštní vlastnosti a jedinečný výkon. Hlavními efekty omezení, které vedou k zvláštním vlastnostem nanomateriálů vzácných zemin, jsou efekt specifického povrchu, efekt malé velikosti, efekt rozhraní, efekt transparentnosti, tunelový efekt a makroskopický kvantový efekt. Tyto efekty odlišují fyzikální vlastnosti nanosystémů od vlastností konvenčních materiálů v oblasti světla, elektřiny, tepla a magnetismu a představují mnoho nových rysů. V budoucnu existují tři hlavní směry pro výzkum a vývoj nanotechnologií pro vědce: příprava a aplikace nanomateriálů s vynikajícím výkonem; návrh a příprava různých nanozařízení a vybavení; detekce a analýza vlastností nanooblastí. V současné době mají nanočástice vzácných zemin hlavně následující aplikační směry a jejich aplikace je třeba v budoucnu dále rozvíjet.

Nanometrový oxid lanthanu (La2O3)

Nanometrový oxid lanthanu se používá na piezoelektrické materiály, elektrotermické materiály, termoelektrické materiály, magnetorezistentní materiály, luminiscenční materiály (modrý prášek), materiály pro ukládání vodíku, optické sklo, laserové materiály, různé slitinové materiály, katalyzátory pro přípravu organických chemických produktů a katalyzátory pro neutralizaci výfukových plynů automobilů a na nanometrový oxid lanthanu se také aplikují filmy pro přeměnu světla v zemědělství.

Nanometrový oxid ceričitý (CeO2)

Hlavní použití nanooxidu ceru je následující: 1. Jako přísada do skla může nanooxid ceru absorbovat ultrafialové a infračervené záření a byl aplikován na automobilové sklo. Dokáže nejen zabránit ultrafialovému záření, ale také snížit teplotu uvnitř vozu, čímž šetří elektřinu pro klimatizaci. 2. Použití nanooxidu ceru v katalyzátoru pro čištění výfukových plynů automobilů může účinně zabránit vypouštění velkého množství výfukových plynů automobilů do ovzduší. 3. Nanooxid ceru lze použít v pigmentech pro barvení plastů a také v průmyslu nátěrů, inkoustů a papíru. 4. Použití nanooxidu ceru v leštících materiálech je široce uznáváno jako požadavek na vysokou přesnost při leštění křemíkových destiček a safírových monokrystalických substrátů. 5. Kromě toho lze nanooxid ceru použít také na materiály pro ukládání vodíku, termoelektrické materiály, wolframové elektrody z nanooxidu ceru, keramické kondenzátory, piezoelektrickou keramiku, abraziva z karbidu křemíku z nanooxidu ceru, suroviny pro palivové články, benzínové katalyzátory, některé permanentní magnetické materiály, různé legované oceli a neželezné kovy atd.

Nanometrový oxid praseodymu (Pr6O11)

Hlavní použití nanometrového oxidu praseodymu je následující: 1. Je široce používán ve stavební keramice a keramice pro každodenní použití. Lze jej smíchat s keramickou glazurou za účelem vytvoření barevné glazury a lze jej také použít jako samostatný pigment pod glazuru. Připravený pigment je světle žlutý s čistým a elegantním odstínem. 2. Používá se k výrobě permanentních magnetů a je široce používán v různých elektronických zařízeních a motorech. 3. Používá se pro katalytické krakování ropy. Lze zlepšit aktivitu, selektivitu a stabilitu katalýzy. 4. Nano-oxid praseodymu lze také použít pro abrazivní leštění. Kromě toho je použití nanometrového oxidu praseodymu v oblasti optických vláken stále rozsáhlejší. Nanometrový oxid neodymu (Nd2O3) Nanometrový oxid neodymu se díky svému jedinečnému postavení v oblasti vzácných zemin stal na trhu již mnoho let žádaným tématem. Nano-oxid neodymu se používá také na neželezné materiály. Přidání 1,5 % až 2,5 % nano-oxidu neodymu do hořčíkové nebo hliníkové slitiny může zlepšit výkonnost při vysokých teplotách, vzduchotěsnost a odolnost slitiny proti korozi a slitina se široce používá jako letecký materiál. Kromě toho nano-yttrium-hlinitý granát dopovaný nano-oxidem neodymu vytváří krátkovlnný laserový paprsek, který se v průmyslu široce používá pro svařování a řezání tenkých materiálů o tloušťce pod 10 mm. V lékařství se nano-YAG laser dopovaný nano-Nd_2O_3 používá k odstraňování chirurgických ran nebo k dezinfekci ran místo chirurgických nožů. Nanometrový oxid neodymu se také používá k barvení skla a keramiky, pryžových výrobků a přísad.

Nanočástice oxidu samaria (Sm2O3)

Hlavní využití nanočástic oxidu samaria je: nanočástice oxidu samaria mají světle žlutou barvu a používají se v keramických kondenzátorech a katalyzátorech. Kromě toho má nanočástice oxidu samaria jaderné vlastnosti a lze je použít jako konstrukční materiál, stínící materiál a řídicí materiál atomových reaktorů, takže obrovská energie generovaná jaderným štěpením může být bezpečně využita. Nanočástice oxidu europia (Eu2O3) se nejčastěji používají ve fosforech. Eu3+ se používá jako aktivátor červeného fosforu a Eu2+ jako modrý fosfor. Y0O3:Eu3+ je fosfor s nejlepší světelným účinkem, stabilitou povlaku, náklady na regeneraci atd. a je široce používán díky zlepšení světelné účinnosti a kontrastu. V poslední době se nanočástice oxidu europia používají také jako stimulovaný emisní fosfor pro nové rentgenové lékařské diagnostické systémy. Nanočástice oxidu europia lze také použít k výrobě barevných čoček a optických filtrů, pro magnetická bublinková paměťová zařízení a může se také projevit v řídicích materiálech, stínícím materiálu a konstrukčních materiálech atomových reaktorů. Jemnočásticový červený fosfor oxidu gadolinia a europia (Y2O3:Eu3+) byl připraven za použití nanooxidu yttritého (Y2O3) a nanooxidu europia (Eu2O3) jako surovin. Při jeho použití k přípravě tříbarevného fosforu vzácných zemin bylo zjištěno, že: (a) lze jej dobře a rovnoměrně smíchat se zeleným a modrým práškem; (b) má dobrý povlakový výkon; (c) protože velikost částic červeného prášku je malá, specifický povrch se zvětšuje a počet luminiscenčních částic se zvyšuje, a proto lze snížit množství červeného prášku v tříbarevných fosforech vzácných zemin, což vede k nižším nákladům.

Nanočástice oxidu gadolinia (Gd2O3)

Jeho hlavní využití je následující: 1. Jeho ve vodě rozpustný paramagnetický komplex může zlepšit signál NMR zobrazování lidského těla při lékařském ošetření. 2. Základní oxid síry lze použít jako maticovou mřížku osciloskopické trubice a rentgenové clony se speciálním jasem. 3. Nano-oxid gadolinia v nano-gadolinium-galliovém granátu je ideálním samostatným substrátem pro magnetickou bublinovou paměť. 4. Pokud neexistuje omezení Camotova cyklu, lze jej použít jako pevné magnetické chladicí médium. 5. Používá se jako inhibitor pro regulaci úrovně řetězové reakce v jaderných elektrárnách, aby byla zajištěna bezpečnost jaderných reakcí. Použití nano-oxidu gadolinia a nano-oxidu lanthanu navíc pomáhá změnit oblast vitrifikace a zlepšit tepelnou stabilitu skla. Nano-oxid gadolinia lze také použít k výrobě kondenzátorů a rentgenových zesilovacích clonek. V současné době svět vynakládá velké úsilí na rozvoj aplikace nano-oxidu gadolinia a jeho slitin v magnetickém chlazení a dosáhl průlomového pokroku.

Nanočástice oxidu terbia (Tb4O7)

Hlavní oblasti použití jsou následující: 1. Fosfory se používají jako aktivátory zeleného prášku v trikolórových fosforech, jako je fosfátová matrice aktivovaná nanooxidem terbia, silikátová matrice aktivovaná nanooxidem terbia a nanooxid ceričitý-hlinitan hořečnatý aktivovaný nanooxidem terbia, které všechny v excitovaném stavu emitují zelené světlo. 2. Magnetooptické paměťové materiály. V posledních letech byly zkoumány a vyvíjeny magnetooptické materiály z nanooxidu terbia. Magnetooptický disk vyrobený z amorfní vrstvy Tb-Fe se používá jako paměťový prvek pro počítače a paměťovou kapacitu lze zvýšit 10–15krát. 3. Magnetooptické sklo, Faradayovo opticky aktivní sklo obsahující nanometrový oxid terbia, je klíčovým materiálem pro výrobu rotátorů, izolátorů, anulatorů a je široce používáno v laserové technologii. Nanometrový oxid terbia (nanometrový oxid dysprosia) se používá hlavně v sonarech a široce se používá v mnoha oblastech, jako jsou systémy vstřikování paliva, řízení kapalinových ventilů, mikropolohování, mechanické aktuátory, mechanismy a regulátory křídel leteckých kosmických teleskopů. Hlavní použití nanooxidu dysprosia Dy2O3 je: 1. Nanooxid dysprosia se používá jako aktivátor fosforu a trojmocný nanooxid dysprosia je slibný aktivační ion tříbarevných luminiscenčních materiálů s jedním luminiscenčním centrem. Skládá se hlavně ze dvou emisních pásů, jeden vyzařuje žluté světlo a druhý modré světlo, a luminiscenční materiály dopované nanooxidem dysprosia lze použít jako tříbarevné fosfory. 2. Nanometrový oxid dysprosia je nezbytnou kovovou surovinou pro přípravu slitiny terfenolu s velkou magnetostrikční slitinou nano-oxidu terbia a nano-oxidu dysprosia, která dokáže realizovat některé přesné činnosti mechanického pohybu. 3. Nanometrový kovový oxid dysprosia lze použít jako magnetooptický paměťový materiál s vysokou rychlostí záznamu a citlivostí čtení. 4. Používá se pro přípravu nanometrových lamp z oxidu dysprosia. Pracovní látkou používanou v nano-lampě z oxidu dysprosia je nano-oxid dysprosia, který má výhody vysokého jasu, dobré barvy, vysoké teploty chromatičnosti, malých rozměrů a stabilního oblouku a používá se jako zdroj světla pro filmy a tisk. 5. Nanometrový oxid dysprosia se používá k měření energetického spektra neutronů nebo jako absorbér neutronů v jaderném energetickém průmyslu díky své velké ploše průřezu pro zachycení neutronů.

Ho _ 2O _ 3 nanometry

Hlavní využití nano-holmiového oxidu je následující: 1. Jako přísada do halogenových výbojek s kovem je halogenová výbojka s kovem druhem plynové výbojky, která je vyvinuta na základě vysokotlaké rtuťové výbojky a její charakteristikou je, že baňka je naplněna různými halogenidy vzácných zemin. V současné době se používají hlavně jodidy vzácných zemin, které při výbojích plynu emitují různé spektrální čáry. Pracovní látkou použitou v nano-holmiových výbojkách je nano-holmiový jodid oxidu, který umožňuje dosáhnout vyšší koncentrace atomů kovu v zóně oblouku, čímž se výrazně zlepšuje účinnost záření. 2. Nanometrový oxid holmia lze použít jako přísadu do yttrium-železitého nebo yttrium-hlinitého granátu; 3. Nano-holmiový oxid lze použít jako yttrium-železitý hlinitý granát (Ho:YAG), který může emitovat laser o vlnové délce 2 μm a absorpční rychlost lidské tkáně vůči laseru o vlnové délce 2 μm je vysoká. Je téměř o tři řády vyšší než u Hd:YAG0. Proto při použití Ho:YAG laseru pro lékařské operace může nejen zlepšit efektivitu a přesnost operace, ale také zmenšit oblast tepelného poškození na menší velikost. Volný paprsek generovaný nanokrystalem oxidu holmia dokáže eliminovat tuk bez generování nadměrného tepla, čímž se snižuje tepelné poškození způsobené zdravými tkáněmi. Uvádí se, že léčba glaukomu nanometrovým laserem z oxidu holmia ve Spojených státech může snížit bolest při operaci. 4. V magnetostrikční slitině Terfenol-D lze také přidat malé množství nanočástic oxidu holmia, aby se snížilo vnější pole potřebné pro saturační magnetizaci slitiny. 5. Optická vlákna dopovaná nano-oxidem holmia lze navíc použít k výrobě optických komunikačních zařízení, jako jsou optické vláknové lasery, optické zesilovače, optické vláknové senzory atd. Bude hrát důležitější roli v dnešní rychlé optické komunikaci.

Nanometrový oxid yttritý (Y2O3)

Hlavní použití nanooxidu yttria je následující: 1. Přísady do oceli a neželezných slitin. Slitina FeCr obvykle obsahuje 0,5 % až 4 % nanooxidu yttria, který může zvýšit odolnost proti oxidaci a tažnost těchto nerezových ocelí. Po přidání správného množství směsi vzácných zemin bohaté na nanometrový oxid yttria do slitiny MB26 se komplexní vlastnosti slitiny včera zřetelně zlepšily. Může nahradit některé středně silné a silné hliníkové slitiny pro namáhané součásti letadel. Přidání malého množství nanooxidu yttria do slitiny Al-Zr může zlepšit vodivost slitiny. Slitinu používá většina drátoven v Číně. Nanooxid yttria byl přidán do měděné slitiny pro zlepšení vodivosti a mechanické pevnosti. 2. Keramický materiál z nitridu křemíku obsahující 6 % nanooxidu yttria a 2 % hliníku. Lze jej použít k vývoji součástí motoru. 3. Vrtání, řezání, svařování a další mechanické opracování se provádí na velkých součástech pomocí laserového paprsku z nano neodymového oxidu a hlinitého granátu o výkonu 400 wattů. 4. Stítko elektronového mikroskopu vyrobené z monokrystalu granátu Y-Al má vysoký fluorescenční jas, nízkou absorpci rozptýleného světla a dobrou odolnost vůči vysokým teplotám a mechanickému opotřebení. 5. Slitina s vysokým obsahem nano-oxidu yttria obsahující 90 % nano-oxidu gadolinia lze použít v letectví a dalších oblastech vyžadujících nízkou hustotu a vysoký bod tání. 6. Vysokoteplotní protonové vodivé materiály obsahující 90 % nano-oxidu yttria mají velký význam pro výrobu palivových článků, elektrolytických článků a plynových senzorů vyžadujících vysokou rozpustnost vodíku. Kromě toho se nano-oxid yttria používá také jako materiál odolný proti vysokoteplotnímu stříkání, ředidlo paliva pro atomové reaktory, přísada do materiálu permanentních magnetů a getr v elektronickém průmyslu.

Kromě výše uvedeného lze nanooxidy vzácných zemin použít také v oděvních materiálech pro péči o lidské zdraví a ochranu životního prostředí. Ze současných výzkumných jednotek se všechny zaměřují na: odolnost proti ultrafialovému záření; znečištění ovzduší a ultrafialové záření jsou náchylné ke kožním onemocněním a rakovině kůže; prevence znečištění ztěžuje ulpívání znečišťujících látek na oděvu; také se zkoumá směr odolnosti proti udržování tepla. Protože je kůže tvrdá a snadno stárne, je v deštivých dnech nejvíce náchylná k plísním. Kůži lze změkčit bělením nanooxidem vzácných zemin ceričitým, který snadno nestárne a neplísní a je pohodlný na nošení. V posledních letech se výzkum nanomateriálů zaměřuje i na nanonátěrové materiály a hlavní výzkum se zaměřuje na funkční povlaky. Y2O3 s 80 nm lze ve Spojených státech použít jako infračervený stínící povlak. Účinnost odrážení tepla je velmi vysoká. CeO2 má vysoký index lomu a vysokou stabilitu. Když se do nátěru přidá nano oxid yttria, nano oxid lanthanu a nano oxid ceru, může vnější stěna odolat stárnutí, protože nátěr vnější stěny snadno stárne a odpadává, protože barva je dlouhodobě vystavena slunečnímu záření a ultrafialovému záření a po přidání oxidu ceru a oxidu yttria může odolávat ultrafialovému záření. Navíc má velmi malou velikost částic a nano oxid ceru se používá jako absorbér ultrafialového záření, u kterého se očekává, že se použije k prevenci stárnutí plastových výrobků v důsledku ultrafialového záření, nádrží, automobilů, lodí, nádrží na skladování ropy atd., což může nejlépe chránit velké venkovní billboardy a zabránit plísním, vlhkosti a znečištění u vnitřních nátěrů stěn. Díky malé velikosti částic se prach snadno nelepí na stěnu a lze jej drhnout vodou. Stále existuje mnoho využití nano oxidů vzácných zemin, které je třeba dále zkoumat a vyvíjet, a upřímně doufáme, že bude mít zářivější budoucnost.