Ziņas — Nanometru retzemju materiāli, jauns spēks rūpnieciskajā revolūcijā

Nanometru retzemju materiāli, jauns spēks rūpnieciskajā revolūcijā

Nanotehnoloģija ir jauna starpdisciplināra joma, kas pakāpeniski attīstījās 20. gs. astoņdesmito gadu beigās un deviņdesmito gadu sākumā. Tā kā tai ir liels potenciāls radīt jaunus ražošanas procesus, jaunus materiālus un jaunus produktus, tā jaunajā gadsimtā aizsāks jaunu rūpniecisko revolūciju. Pašreizējais nanozinātnes un nanotehnoloģiju attīstības līmenis ir līdzīgs datoru un informācijas tehnoloģiju līmenim 20. gs. piecdesmitajos gados. Lielākā daļa šajā jomā strādājošo zinātnieku prognozē, ka nanotehnoloģiju attīstībai būs plaša un tālejoša ietekme uz daudziem tehnoloģiju aspektiem. Zinātnieki uzskata, ka tai piemīt neparastas īpašības un unikāla veiktspēja. Galvenie ierobežojošie efekti, kas noved pie nano retzemju materiālu neparastajām īpašībām, ir īpatnējās virsmas efekts, maza izmēra efekts, saskarnes efekts, caurspīdīguma efekts, tuneļa efekts un makroskopiskais kvantu efekts. Šie efekti atšķir nanosistēmu fizikālās īpašības no tradicionālajiem materiāliem gaismas, elektrības, siltuma un magnētisma ziņā, un piedāvā daudzas jaunas iezīmes. Nākotnē zinātniekiem ir trīs galvenie virzieni nanotehnoloģiju pētniecībā un attīstībā: nanomateriālu ar izcilu veiktspēju sagatavošana un pielietošana; dažādu nanoierīču un iekārtu projektēšana un sagatavošana; nanoreģionu īpašību noteikšana un analīze. Pašlaik nano retzemju metāliem galvenokārt ir šādi pielietojuma virzieni, un to pielietojums nākotnē ir jāturpina attīstīt.

Nanometra lantāna oksīds (La2O3)

Nanometra lantāna oksīds tiek uzklāts uz pjezoelektriskiem materiāliem, elektrotermiskiem materiāliem, termoelektriskiem materiāliem, magnētiskās pretestības materiāliem, luminiscējošiem materiāliem (zils pulveris), ūdeņraža uzglabāšanas materiāliem, optiskā stikla, lāzermateriāliem, dažādiem sakausējumu materiāliem, katalizatoriem organisko ķīmisko produktu ražošanai un katalizatoriem automobiļu izplūdes gāzu neitralizēšanai, kā arī gaismas pārveidošanas lauksaimniecības plēvēm.

Nanometra cērija oksīds (CeO2)

Galvenie nanocērija oksīda pielietojumi ir šādi: 1. Kā stikla piedeva, nanocērija oksīds var absorbēt ultravioletos un infrasarkanos starus, un to izmanto automašīnu stikliem. Tas var ne tikai novērst ultravioletos starus, bet arī samazināt temperatūru automašīnas salonā, tādējādi ietaupot elektroenerģiju gaisa kondicionēšanai. 2. Nanokērija oksīda izmantošana automašīnu izplūdes gāzu attīrīšanas katalizatorā var efektīvi novērst liela daudzuma automašīnu izplūdes gāzu noplūdi gaisā. 3. Nanokērija oksīdu var izmantot pigmentos plastmasas krāsošanai, kā arī pārklājumu, tintes un papīra rūpniecībā. 4. Nanokērija oksīda izmantošana pulēšanas materiālos ir plaši atzīta par augstas precizitātes prasību silīcija plākšņu un safīra monokristālu substrātu pulēšanai. 5. Turklāt nanocērija oksīdu var izmantot arī ūdeņraža uzglabāšanas materiāliem, termoelektriskiem materiāliem, nanocērija oksīda volframa elektrodiem, keramikas kondensatoriem, pjezoelektriskajai keramikai, nanocērija oksīda silīcija karbīda abrazīviem, degvielas elementu izejvielām, benzīna katalizatoriem, dažiem pastāvīgiem magnētiskiem materiāliem, dažādiem leģētiem tēraudiem un krāsainajiem metāliem utt.

Nanometra prazeodīma oksīds (Pr6O11)

Nanometra prazeodīma oksīda galvenie pielietojumi ir šādi: 1. To plaši izmanto būvkeramikā un ikdienas lietošanas keramikā. To var sajaukt ar keramikas glazūru, lai iegūtu krāsainu glazūru, un to var izmantot arī kā atsevišķu zemglazūras pigmentu. Sagatavotais pigments ir gaiši dzeltens ar tīru un elegantu toni. 2. To izmanto pastāvīgo magnētu ražošanā un plaši izmanto dažādās elektroniskās ierīcēs un motoros. 3. To izmanto naftas katalītiskai krekingam. Var uzlabot katalīzes aktivitāti, selektivitāti un stabilitāti. 4. Nano-prazeodīma oksīdu var izmantot arī abrazīvai pulēšanai. Turklāt nanometra prazeodīma oksīda pielietojums optisko šķiedru jomā kļūst arvien plašāks. Nanometra neodīma oksīds (Nd2O3) Nanometra neodīma oksīds jau daudzus gadus ir kļuvis par karsto punktu tirgū, pateicoties tā unikālajai pozīcijai retzemju metālu jomā. Nano-neodīma oksīds tiek izmantots arī krāsaino metālu materiāliem. Pievienojot 1,5%~2,5% nano-neodīma oksīda magnija vai alumīnija sakausējumam, var uzlabot sakausējuma augstās temperatūras īpašības, hermētiskumu un korozijas izturību, un to plaši izmanto kā kosmosa materiālu aviācijā. Turklāt ar nano-neodīma oksīdu leģēts nano-itrija alumīnija granāts rada īsviļņu lāzera staru, ko rūpniecībā plaši izmanto metināšanai un plānu materiālu ar biezumu zem 10 mm griešanai. Medicīnas jomā ar nano-Nd_2O_3 leģēts Nano-YAG lāzers tiek izmantots ķirurģisko brūču noņemšanai vai dezinfekcijai ķirurģisko nažu vietā. Nanometru neodīma oksīds tiek izmantots arī stikla un keramikas materiālu, gumijas izstrādājumu un piedevu krāsošanai.

Samārija oksīda nanodaļiņas (Sm2O3)

Nanoizmēra samārija oksīda galvenie pielietojumi ir: nanoizmēra samārija oksīds ir gaiši dzeltens, un to izmanto keramikas kondensatoros un katalizatoros. Turklāt nanoizmēra samārija oksīdam piemīt kodola īpašības, un to var izmantot kā strukturālu materiālu, ekranēšanas materiālu un atomenerģijas reaktora vadības materiālu, lai droši izmantotu milzīgo enerģiju, ko rada kodolu skaldīšana. Eiropija oksīda nanodaļiņas (Eu2O3) galvenokārt tiek izmantotas fosforos. Eu3+ tiek izmantots kā sarkanā fosfora aktivators, bet Eu2+ - kā zilā fosfora. Y0O3:Eu3+ ir labākais fosfors gaismas efektivitātes, pārklājuma stabilitātes, atgūšanas izmaksu u. c. ziņā, un tas tiek plaši izmantots, pateicoties gaismas efektivitātes un kontrasta uzlabošanai. Nesen nanoeiropija oksīds tiek izmantots arī kā stimulētas emisijas fosfors jaunām rentgenstaru medicīniskās diagnostikas sistēmām. Nanoeiropija oksīdu var izmantot arī krāsainu lēcu un optisko filtru ražošanā, magnētisko burbuļu uzglabāšanas ierīcēs, un tas var parādīt savas talantus arī atomreaktoru vadības materiālos, ekranēšanas materiālos un strukturālajos materiālos. Izmantojot nano itrija oksīdu (Y2O3) un nano europija oksīdu (Eu2O3) kā izejvielas, tika iegūts smalku daļiņu gadolīnija europija oksīda (Y2O3:Eu3+) sarkanais fosfors. Izmantojot to retzemju trīskrāsu fosfora iegūšanai, tika konstatēts, ka: (a) to var labi un vienmērīgi sajaukt ar zaļo pulveri un zilo pulveri; (b) tam ir laba pārklājuma veiktspēja; (c) tā kā sarkanā pulvera daļiņu izmērs ir mazs, palielinās īpatnējā virsma un luminiscējošo daļiņu skaits, var samazināt sarkanā pulvera daudzumu retzemju trīskrāsu fosforos, kā rezultātā samazinās izmaksas.

Gadolīnija oksīda nanodaļiņas (Gd2O3)

Tā galvenie pielietojumi ir šādi: 1. Tā ūdenī šķīstošais paramagnētiskais komplekss var uzlabot cilvēka ķermeņa NMR attēlveidošanas signālu medicīniskā ārstēšanā. 2. Bāzes sēra oksīdu var izmantot kā osciloskopa lampas matricas režģi un rentgena ekrānu ar īpašu spilgtumu. 3. Nano-gadolīnija oksīds nano-gadolīnija gallija granātā ir ideāls atsevišķs substrāts magnētiskajai burbuļa atmiņai. 4. Ja nav Kamo cikla ierobežojumu, to var izmantot kā cietu magnētisko dzesēšanas vidi. 5. To izmanto kā inhibitoru, lai kontrolētu atomelektrostaciju ķēdes reakcijas līmeni, lai nodrošinātu kodolreakciju drošību. Turklāt nano-gadolīnija oksīda un nano-lantāna oksīda izmantošana ir noderīga, lai mainītu vitrifikācijas reģionu un uzlabotu stikla termisko stabilitāti. Nano-gadolīnija oksīdu var izmantot arī kondensatoru un rentgenstaru pastiprināšanas ekrānu ražošanā. Pašlaik pasaule pieliek lielas pūles, lai attīstītu nano-gadolīnija oksīda un tā sakausējumu pielietojumu magnētiskajā saldēšanā, un ir panākts revolucionārs progress.

Terbija oksīda nanodaļiņas (Tb4O7)

Galvenās pielietojuma jomas ir šādas: 1. Fosforus izmanto kā zaļā pulvera aktivatorus trīskrāsu fosforos, piemēram, fosfāta matricā, ko aktivizē nano-terbija oksīds, silikāta matricā, ko aktivizē nano-terbija oksīds, un nano-cērija oksīda magnija alumināta matricā, ko aktivizē nano-terbija oksīds, un visi šie materiāli ierosinātā stāvoklī izstaro zaļo gaismu. 2. Magnetooptiskie atmiņas materiāli. Pēdējos gados ir pētīti un izstrādāti nano-terbija oksīda magnetooptiskie materiāli. No Tb-Fe amorfās plēves izgatavots magnetooptiskais disks tiek izmantots kā datora atmiņas elements, un atmiņas ietilpību var palielināt 10–15 reizes. 3. Magnetoptiskais stikls, Faraday optiski aktīvais stikls, kas satur nanometru terbija oksīdu, ir galvenais materiāls rotatoru, izolatoru, anulatoru izgatavošanai un plaši tiek izmantots lāzertehnoloģijās. Nanometru terbija oksīds (nanometru disprozija oksīds) galvenokārt tiek izmantots hidrolokatoros un ir plaši izmantots daudzās jomās, piemēram, degvielas iesmidzināšanas sistēmās, šķidruma vārstu vadībā, mikropozicionēšanā, mehāniskajos izpildmehānismos, mehānismos un lidmašīnu kosmosa teleskopu spārnu regulatoros. Dy2O3 nanodisprozija oksīda galvenie pielietojumi ir: 1. Nanodisprozija oksīds tiek izmantots kā fosfora aktivators, un trīsvērtīgais nanodisprozija oksīds ir daudzsološs trīskrāsu luminiscējošu materiālu aktivējošais jons ar vienu luminiscējošu centru. Tas galvenokārt sastāv no divām emisijas joslām, viena ir dzeltenās gaismas emisija, otra ir zilās gaismas emisija, un luminiscējošus materiālus, kas leģēti ar nanodisprozija oksīdu, var izmantot kā trīskrāsu fosforus. 2. Nanometra disprozija oksīds ir nepieciešama metāla izejviela terfenola sakausējuma ar lielu magnetostriktīvo sakausējumu nano-terbija oksīdu un nano-disprozija oksīdu pagatavošanai, kas var realizēt dažas precīzas mehāniskās kustības darbības. 3. Nanometra disprozija oksīda metālu var izmantot kā magnetooptisku atmiņas materiālu ar augstu ierakstīšanas ātrumu un nolasīšanas jutību. 4. Izmanto nanometra disprozija oksīda lampu pagatavošanai. Nano disprozija oksīda lampā izmantotā darba viela ir nano disprozija oksīds, kam ir augsta spilgtuma, labas krāsas, augstas krāsu temperatūras, maza izmēra un stabila loka priekšrocības, un to izmanto kā apgaismojuma avotu filmām un drukāšanai. 5. Nanometra disprozija oksīdu izmanto neitronu enerģijas spektra mērīšanai vai kā neitronu absorbētāju atomenerģijas rūpniecībā, pateicoties tā lielajam neitronu uztveršanas šķērsgriezuma laukumam.

Ho _ 2O _ 3 nanometri

Nanoholmija oksīda galvenie pielietojumi ir šādi: 1. Kā metāla halogēna lampu piedeva, metāla halogēna lampa ir gāzizlādes spuldzes veids, kas izstrādāta uz augstspiediena dzīvsudraba lampu bāzes, un tās īpašība ir tā, ka spuldze ir piepildīta ar dažādiem retzemju halogenīdiem. Pašlaik galvenokārt tiek izmantoti retzemju jodīdi, kas gāzu izlādes laikā izstaro dažādas spektrālās līnijas. Nanoholmija oksīda lampā izmantotā darba viela ir nanoholmija oksīda jodīds, kas var iegūt augstāku metāla atomu koncentrāciju loka zonā, tādējādi ievērojami uzlabojot starojuma efektivitāti. 2. Nanometru holmija oksīdu var izmantot kā itrija dzelzs vai itrija alumīnija granāta piedevu; 3. Nanoholmija oksīdu var izmantot kā itrija dzelzs alumīnija granātu (Ho:YAG), kas var izstarot 2 μm lāzeru, un cilvēka audu absorbcijas ātrums 2 μm lāzeram ir augsts. Tas ir gandrīz par trim lieluma kārtām augstāks nekā Hd:YAG0. Tādēļ, izmantojot Ho:YAG lāzeru medicīniskām operācijām, tas var ne tikai uzlabot operācijas efektivitāti un precizitāti, bet arī samazināt termiskā bojājuma laukumu. Nanoholmija oksīda kristāla radītais brīvais stars var likvidēt taukus, neradot pārmērīgu karstumu, tādējādi samazinot veselo audu radītos termiskos bojājumus. Ir ziņots, ka glaukomas ārstēšana ar nanometru holmija oksīda lāzeru Amerikas Savienotajās Valstīs var mazināt operācijas sāpes. 4. Magnetostriktīvajam sakausējumam Terfenol-D var pievienot arī nelielu daudzumu nanoizmēra holmija oksīda, lai samazinātu sakausējuma piesātinājuma magnetizācijai nepieciešamo ārējo lauku. 5. Turklāt ar nanoholmija oksīdu leģētu optisko šķiedru var izmantot optisko sakaru ierīču, piemēram, optisko šķiedru lāzeru, optisko šķiedru pastiprinātāju, optisko šķiedru sensoru utt., izgatavošanai. Tai būs vēl svarīgāka loma mūsdienu ātrajā optisko šķiedru sakaros.

Nanometra itrija oksīds (Y2O3)

Nanoitrija oksīda galvenie pielietojumi ir šādi: 1. Piedevas tēraudam un krāsaino metālu sakausējumiem. FeCr sakausējums parasti satur 0,5%~4% nanoitrija oksīda, kas var uzlabot šo nerūsējošo tēraudu oksidēšanās izturību un plastiskumu. Pēc atbilstoša daudzuma jaukta retzemju elementa, kas bagāts ar nanometru itrija oksīdu, pievienošanas MB26 sakausējumam sakausējuma visaptverošās īpašības ir acīmredzami uzlabojušās. Tas var aizstāt dažus vidēja un stipra alumīnija sakausējumus lidmašīnu sprieguma komponentiem. Neliela daudzuma nanoitrija oksīda retzemju elementa pievienošana Al-Zr sakausējumam var uzlabot sakausējuma vadītspēju. Šo sakausējumu ir pieņēmusi lielākā daļa stiepļu rūpnīcu Ķīnā. Nanoitrija oksīds tiek pievienots vara sakausējumam, lai uzlabotu vadītspēju un mehānisko izturību. 2. Silīcija nitrīda keramikas materiāls, kas satur 6% nanoitrija oksīda un 2% alumīnija. To var izmantot dzinēju detaļu izstrādei. 3. Urbšana, griešana, metināšana un cita mehāniskā apstrāde tiek veikta liela mēroga komponentiem, izmantojot nanoneodīma oksīda alumīnija granāta lāzera staru ar jaudu 400 vati. 4. Elektronmikroskopa ekrānam, kas sastāv no Y-Al granāta monokristāla, ir augsts fluorescences spilgtums, zema izkliedētās gaismas absorbcija, kā arī laba izturība pret augstu temperatūru un mehānisko nodilumizturību. 5. Augsta nano itrija oksīda struktūras sakausējums, kas satur 90% nano gadolīnija oksīda, var tikt izmantots aviācijā un citās jomās, kur nepieciešams zems blīvums un augsta kušanas temperatūra. 6. Augstas temperatūras protonu vadošiem materiāliem, kas satur 90% nano itrija oksīda, ir liela nozīme degvielas elementu, elektrolītisko elementu un gāzes sensoru ražošanā, kuriem nepieciešama augsta ūdeņraža šķīdība. Turklāt nano itrija oksīdu izmanto arī kā augstas temperatūras izsmidzināšanas izturīgu materiālu, atomu reaktoru degvielas atšķaidītāju, pastāvīgā magnēta materiāla piedevu un getteru elektronikas rūpniecībā.

Papildus iepriekšminētajam, nano retzemju oksīdus var izmantot arī apģērbu materiālos cilvēku veselības aprūpei un vides aizsardzībai. No pašreizējām pētniecības vienībām tiem visiem ir noteikti virzieni: pret ultravioleto starojumu; gaisa piesārņojums un ultravioletais starojums ir pakļauti ādas slimībām un ādas vēzim; piesārņojuma novēršana apgrūtina piesārņotāju pielipšanu apģērbam; tiek pētīta arī siltuma saglabāšanas virzienā. Tā kā āda ir cieta un viegli novecojas, tā ir visvairāk pakļauta pelējuma veidošanās procesam lietainās dienās. Ādu var mīkstināt, balinot ar nano retzemju cērija oksīdu, kas nav viegli novecojams un pelējuma veidošanās procesā, un to ir ērti valkāt. Pēdējos gados nano pārklājumu materiāli ir arī nanomateriālu pētījumu uzmanības centrā, un galvenie pētījumi ir vērsti uz funkcionāliem pārklājumiem. Y2O3 ar 80 nm Amerikas Savienotajās Valstīs var izmantot kā infrasarkano staru ekranēšanas pārklājumu. Siltuma atstarošanas efektivitāte ir ļoti augsta. CeO2 ir augsts refrakcijas indekss un augsta stabilitāte. Kad pārklājumam pievieno nano retzemju itrija oksīdu, nano lantāna oksīdu un nano cērija oksīda pulveri, ārsiena var pretoties novecošanai, jo ārsienu pārklājums viegli noveco un nokrīt, jo krāsa ilgstoši ir pakļauta saules gaismai un ultravioletajiem stariem, un tas var pretoties ultravioletajiem stariem pēc cērija oksīda un itrija oksīda pievienošanas. Turklāt tā daļiņu izmērs ir ļoti mazs, un nano cērija oksīds tiek izmantots kā ultravioletā starojuma absorbētājs, ko paredzēts izmantot, lai novērstu plastmasas izstrādājumu novecošanos ultravioletā starojuma dēļ, tvertnēs, automašīnās, kuģos, naftas uzglabāšanas tvertnēs utt., kas vislabāk var aizsargāt lielus āra reklāmas stendus un novērst pelējuma, mitruma un piesārņojuma veidošanos iekšējo sienu pārklājumos. Mazā daļiņu izmēra dēļ putekļi nelīp pie sienas viegli. Un tos var noslaucīt ar ūdeni. Joprojām ir daudz nano retzemju oksīdu pielietojumu, kas jāturpina pētīt un attīstīt, un mēs patiesi ceram, ka tam būs spožāka nākotne.