Novas - Materiais de terras raras nanométricas, unha nova forza na revolución industrial

Materiais de terras raras nanométricas, unha nova forza na revolución industrial

A nanotecnoloxía é un novo campo interdisciplinario que se desenvolveu gradualmente a finais da década de 1980 e principios da de 1990. Debido a que ten un gran potencial para crear novos procesos de produción, novos materiais e novos produtos, desencadeará unha nova revolución industrial no novo século. O nivel de desenvolvemento actual da nanociencia e a nanotecnoloxía é similar ao da informática e a tecnoloxía da información na década de 1950. A maioría dos científicos comprometidos con este campo predín que o desenvolvemento da nanotecnoloxía terá un impacto amplo e de longo alcance en moitos aspectos da tecnoloxía. Os científicos cren que ten propiedades estrañas e un rendemento único. Os principais efectos de confinamento que levan ás estrañas propiedades dos nanomateriais de terras raras son o efecto superficial específico, o efecto de pequeno tamaño, o efecto de interface, o efecto de transparencia, o efecto túnel e o efecto cuántico macroscópico. Estes efectos fan que as propiedades físicas do nanosistema sexan diferentes das dos materiais convencionais en luz, electricidade, calor e magnetismo, e presentan moitas características novas. No futuro, hai tres direccións principais para que os científicos investiguen e desenvolvan a nanotecnoloxía: preparación e aplicación de nanomateriais con excelente rendemento; deseño e preparación de diversos nanodispositivos e equipos; detección e análise das propiedades das nanorrexións. Na actualidade, as nanoterras raras teñen principalmente as seguintes direccións de aplicación e a súa aplicación debe desenvolverse aínda máis no futuro.

Óxido de lantano (La2O3) nanométrico

O óxido de lantano nanométrico aplícase a materiais piezoeléctricos, materiais electrotérmicos, materiais termoeléctricos, materiais de magnetorresistencia, materiais luminescentes (po azul), materiais de almacenamento de hidróxeno, vidro óptico, materiais láser, diversos materiais de aliaxe, catalizadores para a preparación de produtos químicos orgánicos e catalizadores para neutralizar os gases de escape dos automóbiles, e as películas agrícolas de conversión de luz tamén se aplican ao óxido de lantano nanométrico.

Óxido de cerio (CeO2) nanométrico

Os principais usos do nanoóxido de cerio son os seguintes: 1. Como aditivo para o vidro, o nanoóxido de cerio pode absorber raios ultravioleta e raios infravermellos, e aplicouse ao vidro dos automóbiles. Non só pode previr os raios ultravioleta, senón que tamén reduce a temperatura dentro do coche, aforrando así electricidade para o aire acondicionado. 2. A aplicación de nanoóxido de cerio no catalizador de purificación de escape de automóbiles pode evitar eficazmente que se descargue ao aire unha gran cantidade de gases de escape de automóbiles. 3. O nanoóxido de cerio pódese usar en pigmentos para colorear plásticos e tamén se pode usar nas industrias de revestimentos, tintas e papel. 4. A aplicación de nanoóxido de cerio en materiais de pulido foi amplamente recoñecida como un requisito de alta precisión para pulir obleas de silicio e substratos de monocristal de zafiro. 5. Ademais, o nanoóxido de cerio tamén se pode aplicar a materiais de almacenamento de hidróxeno, materiais termoeléctricos, eléctrodos de tungsteno de nanoóxido de cerio, condensadores cerámicos, cerámicas piezoeléctricas, abrasivos de carburo de silicio de nanoóxido de cerio, materias primas para pilas de combustible, catalizadores de gasolina, algúns materiais magnéticos permanentes, varios aceiros de aliaxe e metais non ferrosos, etc.

O óxido de praseodimio nanométrico (Pr6O11)

Os principais usos do óxido de praseodimio nanométrico son os seguintes: 1. Úsase amplamente na construción de cerámica e cerámica de uso diario. Pódese mesturar con esmalte cerámico para facer esmalte coloreado e tamén se pode usar só como pigmento subesmaltado. O pigmento preparado é amarelo claro cun ton puro e elegante. 2. Úsase para fabricar imáns permanentes e é amplamente utilizado en varios dispositivos electrónicos e motores. 3. Úsase para o craqueo catalítico do petróleo. Pódese mellorar a actividade, a selectividade e a estabilidade da catálise. 4. O óxido de nanopraseodimio tamén se pode usar para o pulido abrasivo. Ademais, a aplicación do óxido de praseodimio nanométrico no campo da fibra óptica é cada vez máis extensa. Óxido de neodimio nanométrico (Nd2O3) O óxido de neodimio nanométrico converteuse nun punto de moda no mercado durante moitos anos debido á súa posición única no campo das terras raras. O óxido de nano-neodimio tamén se aplica a materiais non ferrosos. Engadir 1,5 %~2,5 % de óxido de nano-neodimio a aliaxes de magnesio ou aluminio pode mellorar o rendemento a altas temperaturas, a estanquidade e a resistencia á corrosión da aliaxe, e úsase amplamente como material aeroespacial para a aviación. Ademais, o granate de nano-itrio e aluminio dopado con óxido de nano-neodimio produce un feixe láser de onda curta, que se usa amplamente para soldar e cortar materiais delgados con grosores inferiores a 10 mm na industria. No ámbito médico, o láser Nano-YAG dopado con nano-Nd_2O_3 úsase para eliminar feridas cirúrxicas ou desinfectar feridas en lugar de bisturí. O óxido de neodimio nanométrico tamén se usa para colorear materiais de vidro e cerámica, produtos de goma e aditivos.

Nanopartículas de óxido de samario (Sm2O3)

Os principais usos do óxido de samario de tamaño nanométrico son: o óxido de samario de tamaño nanométrico é de cor amarela clara e se aplica a condensadores e catalizadores cerámicos. Ademais, o óxido de samario de tamaño nanométrico ten propiedades nucleares e pode usarse como material estrutural, material de blindaxe e material de control de reactores de enerxía atómica, de xeito que a enorme enerxía xerada pola fisión nuclear poida usarse con seguridade. As nanopartículas de óxido de europio (Eu2O3) úsanse principalmente en fósforos. O Eu3+ úsase como activador do fósforo vermello e o Eu2+ como fósforo azul. O Y0O3:Eu3+ é o mellor fósforo en eficiencia luminosa, estabilidade do revestimento, custo de recuperación, etc., e está a ser amplamente utilizado debido á mellora da eficiencia luminosa e o contraste. Recentemente, o nanoóxido de europio tamén se usa como fósforo de emisión estimulada para novos sistemas de diagnóstico médico de raios X. O nanoóxido de europio tamén se pode usar para a fabricación de lentes de cores e filtros ópticos, para dispositivos de almacenamento de burbullas magnéticas e tamén pode mostrar o seu talento en materiais de control, materiais de blindaxe e materiais estruturais de reactores atómicos. O fósforo vermello de óxido de gadolinio e europio (Y2O3:Eu3+) de partículas finas preparouse utilizando nanoóxido de itrio (Y2O3) e nanoóxido de europio (Eu2O3) como materias primas. Ao usalo para preparar fósforo tricolor de terras raras, descubriuse que: (a) pódese mesturar ben e uniformemente con po verde e po azul; (b) Bo rendemento de revestimento; (c) Debido a que o tamaño das partículas do po vermello é pequeno, a superficie específica aumenta e o número de partículas luminescentes aumenta, a cantidade de po vermello nos fósforos tricolores de terras raras pódese reducir, o que resulta nun menor custo.

Nanopartículas de óxido de gadolinio (Gd2O3)

Os seus principais usos son os seguintes: 1. O seu complexo paramagnético soluble en auga pode mellorar o sinal de imaxe por RMN do corpo humano no tratamento médico. 2. O óxido de xofre básico pódese usar como matriz de tubos de osciloscopio e pantallas de raios X cun brillo especial. 3. O óxido de nanogadolinio no granate de nanogadolinio-galio é un substrato único ideal para a memoria de burbullas magnéticas. 4. Cando non hai límite de ciclo Camot, pódese usar como medio de refrixeración magnético sólido. 5. Úsase como inhibidor para controlar o nivel de reacción en cadea das centrais nucleares para garantir a seguridade das reaccións nucleares. Ademais, o uso de óxido de nanogadolinio e óxido de nanolantano é útil para cambiar a rexión de vitrificación e mellorar a estabilidade térmica do vidro. O óxido de nanogadolinio tamén se pode usar para fabricar condensadores e pantallas intensificadoras de raios X. Na actualidade, o mundo está a facer grandes esforzos para desenvolver a aplicación do óxido de nanogadolinio e as súas aliaxes na refrixeración magnética, e fixo progresos innovadores.

Nanopartículas de óxido de terbio (Tb4O7)

Os principais campos de aplicación son os seguintes: 1. Os fósforos utilízanse como activadores de po verde en fósforos tricolores, como a matriz de fosfato activada por nanoóxido de terbio, a matriz de silicato activada por nanoóxido de terbio e a matriz de aluminato de magnesio e nanoóxido de cerio activada por nanoóxido de terbio, que emiten luz verde no estado excitado. 2. Materiais de almacenamento magnetoóptico. Nos últimos anos, investigáronse e desenvolvéronse materiais magnetoópticos de nanoóxido de terbio. O disco magnetoóptico feito de película amorfa de Tb-Fe utilízase como elemento de almacenamento informático e a capacidade de almacenamento pode aumentarse entre 10 e 15 veces. 3. O vidro magnetoóptico, vidro opticamente activo de Faraday que contén óxido de terbio nanométrico, é un material clave para a fabricación de rotadores, illadores, anuladores e úsase amplamente na tecnoloxía láser. O óxido de terbio nanométrico e o óxido de disprosio nanométrico úsanse principalmente en sonar e utilizáronse amplamente en moitos campos, como o sistema de inxección de combustible, o control de válvulas líquidas, o microposicionamento, o actuador mecánico, o mecanismo e o regulador de ás do telescopio espacial das aeronaves. Os principais usos do óxido de nanodisprosio Dy2O3 son: 1. O óxido de nanodisprosio úsase como activador do fósforo e o óxido de nanodisprosio trivalente é un ión activador prometedor de materiais luminescentes tricolores cun único centro luminescente. Consta principalmente de dúas bandas de emisión, unha é a emisión de luz amarela e a outra é a emisión de luz azul, e os materiais luminescentes dopados con óxido de nanodisprosio pódense usar como fósforos tricolores. 2. O óxido de disprosio nanométrico é unha materia prima metálica necesaria para preparar unha aliaxe de terfenol con nanoóxido de terbio e nanoóxido de disprosio de aliaxe magnetoestrictiva grande, que poden realizar algunhas actividades precisas de movemento mecánico. 3. O metal de óxido de disprosio nanométrico pódese usar como material de almacenamento magnetoóptico con alta velocidade de gravación e sensibilidade de lectura. 4. Úsase para a preparación de lámpadas de óxido de disprosio nanométrico. A substancia de traballo utilizada na lámpada de óxido de disprosio nanométrico é o óxido de disprosio nanométrico, que ten as vantaxes de alto brillo, boa cor, alta temperatura de cor, pequeno tamaño e arco estable, e utilizouse como fonte de iluminación para películas e impresión. 5. O óxido de disprosio nanométrico úsase para medir o espectro de enerxía de neutróns ou como absorbedor de neutróns na industria da enerxía atómica debido á súa gran área de sección transversal de captura de neutróns.

Ho_2O_3 Nanómetros

Os principais usos do nanoóxido de holmio son os seguintes: 1. Como aditivo das lámpadas halóxenas metálicas, as lámpadas halóxenas metálicas son un tipo de lámpada de descarga de gas, que se desenvolve sobre a base dunha lámpada de mercurio de alta presión, e a súa característica é que a lámpada está chea de varios haluros de terras raras. Na actualidade, utilízanse principalmente ioduros de terras raras, que emiten diferentes liñas espectrais cando se descarga o gas. A substancia de traballo utilizada na lámpada de nanoóxido de holmio é o ioduro de nanoóxido de holmio, que pode obter unha maior concentración de átomos metálicos na zona de arco, mellorando así en gran medida a eficiencia da radiación. 2. O óxido de holmio nanométrico pódese usar como aditivo do granate de ferro-itrio ou aluminio-itrio; 3. O nanoóxido de holmio pódese usar como granate de ferro-itrio e aluminio (Ho:YAG), que pode emitir láser de 2 μm, e a taxa de absorción do tecido humano a un láser de 2 μm é alta. É case tres ordes de magnitude superior á do Hd:YAG0. Polo tanto, ao usar o láser Ho:YAG para operacións médicas, non só pode mellorar a eficiencia e a precisión da operación, senón tamén reducir a área de dano térmico a un tamaño máis pequeno. O feixe libre xerado polo cristal de nanoóxido de holmio pode eliminar a graxa sen xerar calor excesivo, reducindo así o dano térmico causado polos tecidos sans. Informouse de que o tratamento do glaucoma con láser de óxido de holmio nanométrico nos Estados Unidos pode reducir a dor da cirurxía. 4. Na aliaxe magnetostrictiva Terfenol-D, tamén se pode engadir unha pequena cantidade de óxido de holmio de tamaño nanométrico para reducir o campo externo necesario para a magnetización por saturación da aliaxe. 5. Ademais, a fibra óptica dopada con nanoóxido de holmio pódese usar para fabricar dispositivos de comunicación óptica como láseres de fibra óptica, amplificadores de fibra óptica, sensores de fibra óptica, etc. Desempeñará un papel máis importante na rápida comunicación por fibra óptica actual.

Óxido de itrio nanométrico (Y2O3)

Os principais usos do óxido de nanoitrio son os seguintes: 1. Aditivos para aceiro e aliaxes non ferrosas. A aliaxe de FeCr adoita conter entre o 0,5 % e o 4 % de óxido de nanoitrio, o que pode mellorar a resistencia á oxidación e a ductilidade destes aceiros inoxidables. Despois de engadir a cantidade adecuada de terras raras mesturadas ricas en óxido de nanoitrio á aliaxe MB26, as propiedades integrais da aliaxe melloraron obviamente. Pode substituír algunhas aliaxes de aluminio medias e fortes para os compoñentes sometidos a esforzos das aeronaves. Engadir unha pequena cantidade de terras raras de óxido de nanoitrio á aliaxe de Al-Zr pode mellorar a condutividade da aliaxe. A aliaxe foi adoptada pola maioría das fábricas de arame en China. Engadiuse óxido de nanoitrio á aliaxe de cobre para mellorar a condutividade e a resistencia mecánica. 2. Material cerámico de nitruro de silicio que contén un 6 % de óxido de nanoitrio e un 2 % de aluminio. Pódese usar para desenvolver pezas de motores. 3. A perforación, o corte, a soldadura e outros procesamentos mecánicos lévanse a cabo en compoñentes a grande escala mediante un feixe láser de granate de aluminio e óxido de neodimio nano cunha potencia de 400 vatios. 4. A pantalla do microscopio electrónico composta por monocristal de granate Y-Al ten un alto brillo de fluorescencia, baixa absorción de luz dispersa e boa resistencia a altas temperaturas e ao desgaste mecánico. 5. A aliaxe con estrutura de óxido de itrio de alto nivel que contén un 90 % de nanoóxido de gadolinio pode aplicarse á aviación e outras ocasións que requiren baixa densidade e alto punto de fusión. 6. Os materiais condutores de protóns de alta temperatura que conteñen un 90 % de nanoóxido de itrio son de gran importancia para a produción de pilas de combustible, pilas electrolíticas e sensores de gas que requiren unha alta solubilidade en hidróxeno. Ademais, o óxido de itrio nano tamén se usa como material resistente á pulverización a altas temperaturas, diluínte de combustible de reactores atómicos, aditivo de material de imán permanente e getter na industria electrónica.

Ademais do anterior, os nanoóxidos de terras raras tamén se poden usar en materiais de roupa para o coidado da saúde humana e a protección ambiental. Dende as unidades de investigación actuais, todas elas teñen certas direccións: radiación antiultravioleta; a contaminación atmosférica e a radiación ultravioleta son propensas a enfermidades da pel e cancros de pel; a prevención da contaminación dificulta que os contaminantes se adhiran á roupa; tamén se está a estudar na dirección da conservación anti-calor. Debido a que o coiro é duro e fácil de envellecer, é máis propenso ao mofo nos días de choiva. O coiro pódese suavizar branqueándoo con nanoóxido de cerio de terras raras, que non é fácil de envellecer e mofo, e é cómodo de usar. Nos últimos anos, os materiais de nano-revestimento tamén foron o foco da investigación de nanomateriais, e a principal investigación céntrase nos revestimentos funcionais. O Y2O3 con 80 nm nos Estados Unidos pódese usar como revestimento de protección infravermella. A eficiencia de reflexión da calor é moi alta. O CeO2 ten un alto índice de refracción e alta estabilidade. Cando se engaden ao revestimento nanoóxido de itrio de terras raras, nanoóxido de lantano e nanoóxido de cerio en po, a parede exterior pode resistir o envellecemento, porque o revestimento da parede exterior envellece e cae facilmente porque a pintura está exposta á luz solar e aos raios ultravioleta durante moito tempo, e pode resistir os raios ultravioleta despois de engadir óxido de cerio e óxido de itrio. Ademais, o seu tamaño de partícula é moi pequeno e o nanoóxido de cerio úsase como absorbente de ultravioleta, que se espera que se use para evitar o envellecemento de produtos plásticos debido á irradiación ultravioleta, tanques, automóbiles, barcos, tanques de almacenamento de petróleo, etc., o que pode protexer mellor as grandes carteleras exteriores e evitar o mofo, a humidade e a contaminación nos revestimentos de paredes interiores. Debido ao seu pequeno tamaño de partícula, o po non se pega facilmente á parede e pódese fregar con auga. Aínda hai moitos usos dos nanoóxidos de terras raras que se deben investigar e desenvolver máis a fondo, e esperamos sinceramente que teña un futuro máis brillante.