Notizie - Materiali nanometrici delle terre rare, una nuova forza nella rivoluzione industriale

Materiali nanometrici delle terre rare, una nuova forza nella rivoluzione industriale

La nanotecnologia è un nuovo campo interdisciplinare sviluppatosi gradualmente tra la fine degli anni '80 e l'inizio degli anni '90. Grazie al suo grande potenziale per la creazione di nuovi processi produttivi, nuovi materiali e nuovi prodotti, darà il via a una nuova rivoluzione industriale nel nuovo secolo. L'attuale livello di sviluppo della nanoscienza e della nanotecnologia è simile a quello dell'informatica e delle tecnologie dell'informazione negli anni '50. La maggior parte degli scienziati impegnati in questo campo prevede che lo sviluppo della nanotecnologia avrà un impatto ampio e di vasta portata su molti aspetti della tecnologia. Gli scienziati ritengono che abbia proprietà insolite e prestazioni uniche. I principali effetti di confinamento che portano alle proprietà insolite dei nanomateriali di terre rare sono l'effetto di superficie specifico, l'effetto di piccole dimensioni, l'effetto di interfaccia, l'effetto di trasparenza, l'effetto tunnel e l'effetto quantistico macroscopico. Questi effetti rendono le proprietà fisiche del nanosistema diverse da quelle dei materiali convenzionali in termini di luce, elettricità, calore e magnetismo, e presentano molte caratteristiche innovative. In futuro, ci sono tre direzioni principali per la ricerca e lo sviluppo della nanotecnologia da parte degli scienziati: preparazione e applicazione di nanomateriali con prestazioni eccellenti; progettazione e preparazione di vari dispositivi e apparecchiature nano; Rilevamento e analisi delle proprietà delle nano-regioni. Attualmente, le nano-terre rare trovano applicazione principalmente nei seguenti ambiti, e il loro utilizzo richiederà ulteriori sviluppi in futuro.

Ossido di lantanio nanometrico (La2O3)

L'ossido di lantano nanometrico viene applicato a materiali piezoelettrici, materiali elettrotermici, materiali termoelettrici, materiali magnetoresistente, materiali luminescenti (polvere blu), materiali per l'accumulo di idrogeno, vetro ottico, materiali laser, vari materiali in lega, catalizzatori per la preparazione di prodotti chimici organici e catalizzatori per la neutralizzazione dei gas di scarico delle automobili; anche le pellicole agricole per la conversione della luce vengono applicate all'ossido di lantano nanometrico.

Ossido di cerio nanometrico (CeO2)

I principali utilizzi del nanoossido di cerio sono i seguenti: 1. Come additivo per vetri, il nanoossido di cerio può assorbire i raggi ultravioletti e infrarossi ed è stato applicato ai vetri delle automobili. Non solo può prevenire i raggi ultravioletti, ma anche ridurre la temperatura all'interno dell'auto, risparmiando così energia elettrica per l'aria condizionata. 2. L'applicazione del nanoossido di cerio nel catalizzatore di purificazione dei gas di scarico delle automobili può efficacemente impedire che una grande quantità di gas di scarico delle automobili venga scaricata nell'aria. 3. Il nanoossido di cerio può essere utilizzato nei pigmenti per colorare le materie plastiche e può anche essere utilizzato nell'industria dei rivestimenti, degli inchiostri e della carta. 4. L'applicazione del nanoossido di cerio nella lucidatura dei materiali è stata ampiamente riconosciuta come un requisito di alta precisione per la lucidatura di wafer di silicio e substrati monocristallini di zaffiro. 5. Inoltre, l'ossido di cerio nano può essere applicato anche a materiali di accumulo dell'idrogeno, materiali termoelettrici, elettrodi di tungsteno in ossido di cerio nano, condensatori ceramici, ceramiche piezoelettriche, abrasivi in carburo di silicio in ossido di cerio nano, materie prime per celle a combustibile, catalizzatori per benzina, alcuni materiali magnetici permanenti, varie leghe di acciaio e metalli non ferrosi, ecc.

L'ossido di praseodimio nanometrico (Pr6O11)

I principali utilizzi dell'ossido di praseodimio nanometrico sono i seguenti: 1. È ampiamente utilizzato nella ceramica da costruzione e nella ceramica di uso quotidiano. Può essere miscelato con smalto ceramico per creare smalto colorato e può anche essere utilizzato da solo come pigmento sottosmalto. Il pigmento preparato è giallo chiaro con una tonalità pura ed elegante. 2. È utilizzato per la produzione di magneti permanenti ed è ampiamente utilizzato in vari dispositivi elettronici e motori. 3. È utilizzato per il cracking catalitico del petrolio. L'attività, la selettività e la stabilità della catalisi possono essere migliorate. 4. L'ossido di praseodimio nanometrico può anche essere utilizzato per la lucidatura abrasiva. Inoltre, l'applicazione dell'ossido di praseodimio nanometrico nel campo delle fibre ottiche è sempre più ampia. Ossido di neodimio nanometrico (Nd₂O₂) L'ossido di neodimio nanometrico è diventato un punto di riferimento sul mercato da molti anni grazie alla sua posizione unica nel campo delle terre rare. L'ossido di nano-neodimio viene applicato anche ai materiali non ferrosi. L'aggiunta di ossido di nano-neodimio dall'1,5% al 2,5% in leghe di magnesio o alluminio può migliorare le prestazioni ad alta temperatura, la tenuta all'aria e la resistenza alla corrosione della lega, ed è ampiamente utilizzato come materiale aerospaziale per l'aviazione. Inoltre, il nano-granato di ittrio e alluminio drogato con ossido di nano-neodimio produce un raggio laser a onde corte, ampiamente utilizzato per la saldatura e il taglio di materiali sottili con spessori inferiori a 10 mm in ambito industriale. In campo medico, il laser Nano-YAG drogato con nano-Nd-2O-3 viene utilizzato per rimuovere ferite chirurgiche o disinfettarle al posto dei bisturi. L'ossido di neodimio nanometrico viene utilizzato anche per la colorazione di materiali in vetro e ceramica, prodotti in gomma e additivi.

Nanoparticelle di ossido di samario (Sm2O3)

I principali utilizzi dell'ossido di samario nanometrico sono: il suo colore giallo chiaro lo rende adatto a condensatori ceramici e catalizzatori. Inoltre, l'ossido di samario nanometrico possiede proprietà nucleari e può essere utilizzato come materiale strutturale, schermante e di controllo nei reattori atomici, consentendo di utilizzare in sicurezza l'enorme energia generata dalla fissione nucleare. Le nanoparticelle di ossido di europio (Eu₂O₂) sono principalmente utilizzate nei fosfori. Eu₂O₂ è utilizzato come attivatore del fosforo rosso, mentre Eu₂O₂O₂ è utilizzato come fosforo blu. Y₂O₂:Eu₂O₂ è il fosforo migliore in termini di efficienza luminosa, stabilità del rivestimento, costi di recupero, ecc., ed è ampiamente utilizzato grazie al miglioramento dell'efficienza luminosa e del contrasto. Recentemente, l'ossido di europio nano è stato utilizzato anche come fosforo a emissione stimolata per un nuovo sistema di diagnosi medica a raggi X. L'ossido di europio nano può essere utilizzato anche per la produzione di lenti colorate e filtri ottici, per dispositivi di memorizzazione a bolle magnetiche e può anche mostrare le sue potenzialità nei materiali di controllo, nei materiali di schermatura e nei materiali strutturali dei reattori atomici. Il fosforo rosso di ossido di europio e gadolinio (Y₂O₂:Eu₂+) a particelle fini è stato preparato utilizzando ossido di ittrio nano (Y₂O₂) e ossido di europio nano (Eu₂O₂) come materie prime. Utilizzandolo per preparare il fosforo tricolore di terre rare, si è riscontrato che: (a) può essere miscelato bene e uniformemente con polvere verde e polvere blu; (b) buone prestazioni di rivestimento; (c) poiché le dimensioni delle particelle di polvere rossa sono ridotte, l'area superficiale specifica e il numero di particelle luminescenti aumentano, consentendo di ridurre la quantità di polvere rossa nei fosfori tricolori di terre rare, con conseguente riduzione dei costi.

Nanoparticelle di ossido di gadolinio (Gd2O3)

I suoi principali utilizzi sono i seguenti: 1. Il suo complesso paramagnetico idrosolubile può migliorare il segnale di imaging NMR del corpo umano nei trattamenti medici. 2. L'ossido di zolfo di base può essere utilizzato come griglia di matrice del tubo dell'oscilloscopio e dello schermo a raggi X con luminosità speciale. 3. L'ossido di nano-gadolinio nel granato di gallio di nano-gadolinio è un substrato singolo ideale per la memoria a bolle magnetiche. 4. Quando non c'è limite al ciclo di Camot, può essere utilizzato come mezzo di raffreddamento magnetico solido. 5. Viene utilizzato come inibitore per controllare il livello di reazione a catena delle centrali nucleari per garantire la sicurezza delle reazioni nucleari. Inoltre, l'uso di ossido di nano-gadolinio e ossido di nano-lantanio è utile per modificare la regione di vetrificazione e migliorare la stabilità termica del vetro. L'ossido di gadolinio nano può anche essere utilizzato per la produzione di condensatori e schermi di intensificazione dei raggi X. Attualmente, il mondo sta compiendo grandi sforzi per sviluppare l'applicazione dell'ossido di gadolinio nano e delle sue leghe nella refrigerazione magnetica e ha fatto progressi rivoluzionari

Nanoparticelle di ossido di terbio (Tb4O7)

I principali campi di applicazione sono i seguenti: 1. I fosfori sono utilizzati come attivatori di polvere verde nei fosfori tricolori, come la matrice di fosfato attivata da nanoossido di terbio, la matrice di silicato attivata da nanoossido di terbio e la matrice di alluminato di magnesio e ossido di cerio nanoattivata da nanoossido di terbio, che emettono tutte luce verde nello stato eccitato. 2. Materiali di archiviazione magneto-ottici. Negli ultimi anni, sono stati studiati e sviluppati materiali magneto-ottici a base di nanoossido di terbio. Il disco magneto-ottico in film amorfo di Tb-Fe viene utilizzato come elemento di archiviazione per computer e la capacità di archiviazione può essere aumentata di 10~15 volte. 3. Il vetro magneto-ottico, vetro otticamente attivo di Faraday contenente ossido di terbio nanometrico, è un materiale chiave per la realizzazione di rotatori, isolatori, annulatori ed è ampiamente utilizzato nella tecnologia laser. L'ossido di terbio nanometrico, o ossido di disprosio nanometrico, è utilizzato principalmente nei sonar ed è stato ampiamente utilizzato in molti campi, come il sistema di iniezione del carburante, il controllo delle valvole dei liquidi, il microposizionamento, gli attuatori meccanici, i meccanismi e i regolatori alari dei telescopi spaziali. I principali usi dell'ossido di disprosio nanometrico Dy2O3 sono: 1. L'ossido di disprosio nanometrico è utilizzato come attivatore del fosforo e l'ossido di disprosio nanovalente è un promettente ione attivante di materiali luminescenti tricolori con un singolo centro luminescente. È costituito principalmente da due bande di emissione, una per l'emissione di luce gialla e l'altra per l'emissione di luce blu, e i materiali luminescenti drogati con ossido di disprosio nanometrico possono essere utilizzati come fosfori tricolori. 2. L'ossido di disprosio nanometrico è una materia prima metallica necessaria per la preparazione di una lega Terfenol con un'ampia lega magnetostrittiva di ossido di terbio nanometrico e ossido di disprosio nanometrico, in grado di realizzare alcune precise attività di movimento meccanico. 3. L'ossido di disprosio nanometrico può essere utilizzato come materiale di archiviazione magneto-ottica con elevata velocità di registrazione e sensibilità di lettura. 4. Utilizzato per la preparazione di lampade a ossido di disprosio nanometrico. La sostanza di lavoro utilizzata nelle lampade a ossido di disprosio nanometrico è l'ossido di disprosio nanometrico, che presenta i vantaggi di elevata luminosità, buona resa cromatica, elevata temperatura di colore, dimensioni ridotte e arco stabile, ed è stato utilizzato come fonte di illuminazione per pellicole e stampe. 5. L'ossido di disprosio nanometrico viene utilizzato per misurare lo spettro energetico dei neutroni o come assorbitore di neutroni nell'industria dell'energia atomica grazie alla sua ampia sezione trasversale di cattura dei neutroni.

Ho _ 2O _ 3 nanometri

I principali utilizzi dell'ossido di nano-olmio sono i seguenti: 1. Come additivo per lampade alogene metalliche, le lampade alogene metalliche sono un tipo di lampada a scarica di gas, sviluppate sulla base di lampade a mercurio ad alta pressione, la cui caratteristica è che il bulbo è riempito con vari alogenuri di terre rare. Attualmente, vengono utilizzati principalmente ioduri di terre rare, che emettono diverse linee spettrali durante la scarica di gas. La sostanza di lavoro utilizzata nelle lampade a ossido di nano-olmio è l'ossido di ioduro di nano-olmio, che può ottenere una maggiore concentrazione di atomi metallici nella zona dell'arco, migliorando così notevolmente l'efficienza di radiazione. 2. L'ossido di olmio nanometrico può essere utilizzato come additivo per ittrio-ferro o granato di ittrio-alluminio; 3. L'ossido di olmio nanometrico può essere utilizzato come granato di ittrio, ferro e alluminio (Ho:YAG), che può emettere un laser a 2 μm, e il tasso di assorbimento del laser a 2 μm da parte dei tessuti umani è elevato. È quasi tre ordini di grandezza superiore a quello di Hd:YAG. Pertanto, l'utilizzo del laser Ho:YAG per interventi chirurgici medici non solo migliora l'efficienza e la precisione dell'intervento, ma riduce anche l'area di danno termico. Il fascio libero generato dal cristallo di ossido di olmio nanometrico può eliminare il grasso senza generare calore eccessivo, riducendo così il danno termico causato dai tessuti sani. È stato riportato che il trattamento del glaucoma con laser a ossido di olmio nanometrico negli Stati Uniti può ridurre il dolore chirurgico. 4. Nella lega magnetostrittiva Terfenol-D, è possibile aggiungere anche una piccola quantità di ossido di olmio nanometrico per ridurre il campo esterno necessario per la magnetizzazione di saturazione della lega. 5. Inoltre, la fibra ottica drogata con nanoossido di olmio può essere utilizzata per realizzare dispositivi di comunicazione ottica come laser a fibra ottica, amplificatori a fibra ottica, sensori a fibra ottica, ecc. Avrà un ruolo sempre più importante nell'attuale rapida comunicazione in fibra ottica.

Ossido di ittrio nanometrico (Y2O3)

I principali utilizzi dell'ossido di ittrio nanometrico sono i seguenti: 1. Additivi per acciaio e leghe non ferrose. La lega FeCr contiene solitamente dallo 0,5% al 4% di ossido di ittrio nanometrico, che può migliorare la resistenza all'ossidazione e la duttilità di questi acciai inossidabili. Dopo aver aggiunto una quantità adeguata di terre rare miste ricche di ossido di ittrio nanometrico alla lega MB26, le proprietà complessive della lega sono state ovviamente migliorate ieri, e può sostituire alcune leghe di alluminio di media e forte resistenza per i componenti sollecitati degli aeromobili; l'aggiunta di una piccola quantità di terre rare di ossido di ittrio nanometrico alla lega Al-Zr può migliorare la conduttività della lega; la lega è stata adottata dalla maggior parte delle fabbriche di fili in Cina. L'ossido di ittrio nanometrico è stato aggiunto alla lega di rame per migliorarne la conduttività e la resistenza meccanica. 2. Materiale ceramico al nitruro di silicio contenente il 6% di ossido di ittrio nanometrico e il 2% di alluminio. Può essere utilizzato per sviluppare parti di motori. 3. Foratura, taglio, saldatura e altre lavorazioni meccaniche vengono eseguite su componenti di grandi dimensioni utilizzando un raggio laser a granato di alluminio e ossido di neodimio nano con una potenza di 400 watt. 4. Lo schermo del microscopio elettronico, composto da un monocristallo di granato Y-Al, presenta un'elevata fluorescenza, un basso assorbimento della luce diffusa e una buona resistenza alle alte temperature e all'usura meccanica. 5. La lega con struttura ad alto contenuto di ossido di ittrio nano, contenente il 90% di ossido di gadolinio nano, può essere utilizzata in aviazione e in altri settori che richiedono bassa densità e alto punto di fusione. 6. I materiali conduttivi protonici ad alta temperatura, contenenti il 90% di ossido di ittrio nano, sono di grande importanza per la produzione di celle a combustibile, celle elettrolitiche e sensori di gas che richiedono un'elevata solubilità dell'idrogeno. Inoltre, l'ossido di ittrio nano viene utilizzato anche come materiale resistente alla spruzzatura ad alta temperatura, diluente del combustibile per reattori atomici, additivo di materiali magnetici permanenti e getter nell'industria elettronica.

Oltre a quanto sopra, i nanoossidi di terre rare possono essere utilizzati anche nei materiali per abbigliamento per la cura della salute umana e la protezione ambientale. Dalle attuali unità di ricerca, tutti hanno specifiche direzioni: anti-radiazioni ultraviolette; L'inquinamento atmosferico e le radiazioni ultraviolette sono inclini a malattie e tumori della pelle; La prevenzione dell'inquinamento rende difficile l'adesione degli inquinanti agli indumenti; Si sta anche studiando la possibilità di mantenere il calore. Poiché la pelle è dura e facilmente invecchiabile, è più soggetta a muffa nei giorni di pioggia. La pelle può essere ammorbidita sbiancandola con nanoossido di cerio di terre rare, che non è facile da invecchiare e ammuffire ed è comoda da indossare. Negli ultimi anni, anche i materiali di rivestimento nano sono al centro della ricerca sui nanomateriali e la ricerca principale si concentra sui rivestimenti funzionali. L'Y₂O₂ con 80 nm negli Stati Uniti può essere utilizzato come rivestimento schermante contro gli infrarossi. L'efficienza di riflessione del calore è molto elevata. Il CeO₂ ha un alto indice di rifrazione e un'elevata stabilità. Aggiungendo al rivestimento nano ossido di ittrio di terre rare, nano ossido di lantanio e nano polvere di ossido di cerio, la parete esterna può resistere all'invecchiamento, poiché il rivestimento della parete esterna è facile da invecchiare e staccare a causa della lunga esposizione alla luce solare e ai raggi ultravioletti, e può resistere ai raggi ultravioletti dopo l'aggiunta di ossido di cerio e ossido di ittrio. Inoltre, le sue particelle sono molto piccole e il nano ossido di cerio viene utilizzato come assorbitore di raggi ultravioletti, che si prevede venga utilizzato per prevenire l'invecchiamento di prodotti in plastica dovuto all'irradiazione ultravioletta, come serbatoi, automobili, navi, serbatoi di stoccaggio del petrolio, ecc., proteggendo al meglio i grandi cartelloni pubblicitari esterni e prevenendo muffa, umidità e inquinamento per i rivestimenti delle pareti interne. Grazie alle sue piccole particelle, la polvere non si attacca facilmente alla parete e può essere strofinata con acqua. Ci sono ancora molti usi dei nano ossidi di terre rare da approfondire e sviluppare, e speriamo sinceramente che abbiano un futuro più brillante.