Naujienos – Nanometrų retųjų žemių medžiagos – nauja jėga pramonės revoliucijoje

Nanometrų retųjų žemių medžiagos – nauja jėga pramonės revoliucijoje

Nanotechnologijos yra nauja tarpdisciplininė sritis, palaipsniui išsivystiusi devintojo dešimtmečio pabaigoje ir dešimtojo dešimtmečio pradžioje. Kadangi jos turi didelį potencialą kurti naujus gamybos procesus, naujas medžiagas ir naujus produktus, naujajame amžiuje jos sukels naują pramonės revoliuciją. Dabartinis nanomokslų ir nanotechnologijų išsivystymo lygis yra panašus į kompiuterių ir informacinių technologijų lygį šeštajame dešimtmetyje. Dauguma šioje srityje dirbančių mokslininkų prognozuoja, kad nanotechnologijų plėtra turės platų ir toli siekiantį poveikį daugeliui technologijų aspektų. Mokslininkai mano, kad jos pasižymi keistomis savybėmis ir unikaliu veikimu. Pagrindiniai apribojimo efektai, lemiantys keistas retųjų žemių nanomedžiagų savybes, yra specifinis paviršiaus efektas, mažo dydžio efektas, sąsajos efektas, skaidrumo efektas, tunelio efektas ir makroskopinis kvantinis efektas. Šie efektai išskiria nanosistemos fizines savybes nuo įprastų medžiagų šviesos, elektros, šilumos ir magnetizmo srityse ir suteikia daug naujų savybių. Ateityje mokslininkai turės tris pagrindines nanotechnologijų tyrimų ir plėtros kryptis: puikių eksploatacinių savybių turinčių nanomedžiagų ruošimas ir taikymas; įvairių nanoįrenginių ir įrangos projektavimas ir ruošimas; nanoregionų savybių aptikimas ir analizė. Šiuo metu nano retųjų žemių taikymo kryptys yra šios, todėl ateityje reikia toliau tobulinti jų taikymą.

Nanometrinis lantano oksidas (La2O3)

Nanometrinis lantano oksidas naudojamas pjezoelektrinėms medžiagoms, elektroterminėms medžiagoms, termoelektrinėms medžiagoms, magnetoresistinėms medžiagoms, liuminescencinėms medžiagoms (mėlyni milteliai), vandenilio kaupimo medžiagoms, optiniam stiklui, lazerinėms medžiagoms, įvairioms lydinių medžiagoms, katalizatoriams organiniams cheminiams produktams gaminti ir katalizatoriams automobilių išmetamosioms dujoms neutralizuoti, o šviesos konversijos žemės ūkio plėvelėms taip pat naudojamos nanometrinis lantano oksidas.

Nanometrinis cerio oksidas (CeO2)

Pagrindiniai nanocerio oksido panaudojimo būdai yra šie: 1. Kaip stiklo priedas, nanocerio oksidas gali sugerti ultravioletinius ir infraraudonuosius spindulius ir buvo naudojamas automobilių stiklams. Jis gali ne tik apsaugoti nuo ultravioletinių spindulių, bet ir sumažinti automobilio vidaus temperatūrą, taip taupydamas elektros energiją oro kondicionavimui. 2. Nanokerio oksido naudojimas automobilių išmetamųjų dujų valymo katalizatoriuje gali veiksmingai užkirsti kelią dideliam automobilių išmetamųjų dujų kiekiui patekti į orą. 3. Nanokerio oksidas gali būti naudojamas pigmentuose plastikams dažyti, taip pat gali būti naudojamas dangų, rašalo ir popieriaus pramonėje. 4. Nanokerio oksido naudojimas poliravimo medžiagose yra plačiai pripažintas kaip didelio tikslumo reikalavimas poliruojant silicio plokšteles ir safyro monokristalų substratus. 5. Be to, nanocerio oksidas taip pat gali būti naudojamas vandenilio kaupimo medžiagoms, termoelektrinėms medžiagoms, nanocerio oksido volframo elektrodams, keraminiams kondensatoriams, pjezoelektrinei keramikai, nanocerio oksido silicio karbido abrazyvams, kuro elementų žaliavoms, benzino katalizatoriams, kai kurioms nuolatinėms magnetinėms medžiagoms, įvairiems legiruotiems plienams ir spalvotiesiems metalams ir kt.

Nanometrinis praseodimio oksidas (Pr6O11)

Pagrindiniai nanometrinio praseodimio oksido panaudojimo būdai yra šie: 1. Jis plačiai naudojamas statybinėje keramikoje ir kasdienio naudojimo keramikoje. Jį galima maišyti su keramikos glazūra, kad būtų gauta spalvota glazūra, taip pat jis gali būti naudojamas kaip vienas poglazūrinis pigmentas. Paruoštas pigmentas yra šviesiai geltonos spalvos, gryno ir elegantiško atspalvio. 2. Jis naudojamas nuolatiniams magnetams gaminti ir plačiai naudojamas įvairiuose elektroniniuose prietaisuose ir varikliuose. 3. Jis naudojamas naftos kataliziniam krekingui. Galima pagerinti katalizės aktyvumą, selektyvumą ir stabilumą. 4. Nanometrinis praseodimio oksidas taip pat gali būti naudojamas abrazyviniam poliravimui. Be to, nanometrinio praseodimio oksido taikymas optinių skaidulų srityje tampa vis platesnis. Nanometrinis neodimio oksidas (Nd2O3) Nanometrinis neodimio oksidas jau daugelį metų tampa populiaria rinkos dalimi dėl savo unikalios padėties retųjų žemių elementų srityje. Nano-neodimio oksidas taip pat naudojamas spalvotųjų metalų medžiagoms. Į magnio arba aliuminio lydinį įdėjus 1,5–2,5 % nano-neodimio oksido, galima pagerinti lydinio atsparumą aukštai temperatūrai, sandarumą ir korozijai, todėl jis plačiai naudojamas kaip kosmoso medžiaga aviacijoje. Be to, nano-itrio aliuminio granatas, legiruotas nano-neodimio oksidu, sukuria trumpųjų bangų lazerio spindulį, kuris pramonėje plačiai naudojamas plonoms, mažesniems nei 10 mm storio medžiagoms suvirinti ir pjauti. Medicinos srityje nano-Nd_2O_3 legiruotas nano-YAG lazeris naudojamas chirurginėms žaizdoms šalinti arba žaizdoms dezinfekuoti vietoj chirurginių peilių. Nanometrinis neodimio oksidas taip pat naudojamas stiklo ir keramikos medžiagoms, gumos gaminiams ir priedams dažyti.

Samario oksido nanodalelės (Sm2O3)

Pagrindiniai nanodalelių dydžio samario oksido panaudojimo būdai: šviesiai geltonos spalvos nanodalelių dydžio samario oksidas naudojamas keraminiuose kondensatoriuose ir katalizatoriuose. Be to, nanodalelių dydžio samario oksidas pasižymi branduolinėmis savybėmis ir gali būti naudojamas kaip konstrukcinė medžiaga, ekranuojanti medžiaga ir atominės energijos reaktorių valdymo medžiaga, kad būtų galima saugiai panaudoti didžiulę branduolio dalijimosi metu susidarančią energiją. Europio oksido nanodalelės (Eu2O3) dažniausiai naudojamos fosforuose. Eu3+ naudojamas kaip raudonojo fosforo aktyvatorius, o Eu2+ – kaip mėlynojo fosforo. Y0O3:Eu3+ yra geriausias fosforas pagal šviesos efektyvumą, dangos stabilumą, regeneravimo sąnaudas ir kt., ir jis plačiai naudojamas dėl pagerėjusio šviesos efektyvumo ir kontrasto. Pastaruoju metu nanodalelių dydžio europio oksidas taip pat naudojamas kaip stimuliuojamos emisijos fosforas naujose rentgeno medicininės diagnostikos sistemose. Nanodalelių dydžio europio oksidas taip pat gali būti naudojamas spalvotiems lęšiams ir optiniams filtrams gaminti, magnetinių burbulų kaupimo įrenginiams, taip pat gali būti naudojamas atominių reaktorių valdymo medžiagose, ekranuojančiose medžiagose ir konstrukcinėse medžiagose. Smulkių dalelių gadolinio europio oksido (Y2O3:Eu3+) raudonasis fosforas buvo pagamintas naudojant nano itrio oksidą (Y2O3) ir nano europio oksidą (Eu2O3) kaip žaliavas. Naudojant jį retųjų žemių trispalviam fosforui gaminti, nustatyta, kad: (a) jį galima gerai ir tolygiai sumaišyti su žaliais ir mėlynais milteliais; (b) jis pasižymi geromis dangos savybėmis; (c) Kadangi raudonųjų miltelių dalelių dydis yra mažas, padidėja savitasis paviršiaus plotas ir liuminescencinių dalelių skaičius, galima sumažinti raudonųjų miltelių kiekį retųjų žemių trispalviuose fosforuose, o tai lemia mažesnę kainą.

Gadolinio oksido nanodalelės (Gd2O3)

Pagrindiniai jo panaudojimo būdai yra šie: 1. Vandenyje tirpus paramagnetinis kompleksas gali pagerinti žmogaus kūno BMR vaizdavimo signalą medicininiame gydyme. 2. Bazinis sieros oksidas gali būti naudojamas kaip osciloskopo vamzdelio matricos tinklelis ir rentgeno spindulių ekranas, pasižymintis ypatingu ryškumu. 3. Nano-gadolinio oksidas nano-gadolinio galio granate yra idealus vienas substratas magnetinei burbulinei atminčiai. 4. Kai nėra Camot ciklo ribos, jis gali būti naudojamas kaip kieta magnetinė aušinimo terpė. 5. Jis naudojamas kaip inhibitorius, kontroliuojantis atominių elektrinių grandininės reakcijos lygį, siekiant užtikrinti branduolinių reakcijų saugą. Be to, nano-gadolinio oksido ir nano-lantano oksido naudojimas padeda pakeisti vitrifikacijos regioną ir pagerinti stiklo terminį stabilumą. Nano-gadolinio oksidas taip pat gali būti naudojamas kondensatoriams ir rentgeno spindulių intensyvinimo ekranams gaminti. Šiuo metu pasaulis deda dideles pastangas, kad plėtotų nano-gadolinio oksido ir jo lydinių taikymą magnetiniame šaldyme, ir padarė didelę pažangą.

Terbio oksido nanodalelės (Tb4O7)

Pagrindinės taikymo sritys yra šios: 1. Fosforos naudojamos kaip žalių miltelių aktyvatoriai trispalvėse fosforose, tokiose kaip fosfato matrica, aktyvuota nano-terbio oksidu, silikato matrica, aktyvuota nano-terbio oksidu, ir nano-cerio oksido magnio aliuminio matrica, aktyvuota nano-terbio oksidu, kurios visos sužadintos būsenos skleidžia žalią šviesą. 2. Magnetooptinės saugojimo medžiagos. Pastaraisiais metais buvo tiriamos ir kuriamos nano-terbio oksido magnetooptinės medžiagos. Magnetooptinis diskas, pagamintas iš Tb-Fe amorfinės plėvelės, naudojamas kaip kompiuterio atminties elementas, o saugojimo talpa gali būti padidinta 10–15 kartų. 3. Magnetooptinis stiklas, Faradėjaus optiškai aktyvus stiklas, kurio sudėtyje yra nanometro terbio oksido, yra pagrindinė medžiaga rotatoriams, izoliatoriams, anulatoriams gaminti ir plačiai naudojama lazerių technologijose. Nanometrinis terbio oksidas (nanometrinis disprozio oksidas) daugiausia naudojamas sonaruose ir yra plačiai naudojamas daugelyje sričių, pavyzdžiui, degalų įpurškimo sistemose, skysčių vožtuvų valdyme, mikropozicionavime, mechaniniuose pavarose, mechanizmuose ir orlaivių kosminių teleskopų sparnų reguliatoriuose. Pagrindiniai Dy2O3 nanodisprozio oksido panaudojimo būdai: 1. Nanodisprozio oksidas naudojamas kaip fosforo aktyvatorius, o trivalentis nanodisprozio oksidas yra perspektyvus trispalvių liuminescencinių medžiagų su vienu liuminescenciniu centru aktyvuojantis jonas. Jį daugiausia sudaro dvi emisijos juostos: viena skleidžia geltoną šviesą, kita – mėlyną šviesą, o nanodisprozio oksidu legiruotos liuminescencinės medžiagos gali būti naudojamos kaip trispalviai fosforai. 2. Nanometrinio disprozio oksidas yra būtina metalo žaliava terfenolio lydiniui su dideliu magnetostrikciniu nano-terbio oksido ir nano-disprozio oksido lydiniu gaminti, kuris gali atlikti tikslius mechaninio judėjimo veiksmus. 3. Nanometrinio disprozio oksido metalas gali būti naudojamas kaip magnetooptinė saugojimo medžiaga, pasižyminti dideliu įrašymo greičiu ir skaitymo jautrumu. 4. Naudojamas nanometrinio disprozio oksido lempų gamybai. Nanometrinio disprozio oksido lempų darbinė medžiaga yra nanodisprozio oksidas, kuris pasižymi dideliu ryškumu, gera spalva, aukšta spalvos temperatūra, mažu dydžiu ir stabiliu lanku, todėl buvo naudojamas kaip apšvietimo šaltinis plėvelėms ir spausdinimui. 5. Nanometrinio disprozio oksidas naudojamas neutronų energijos spektrui matuoti arba kaip neutronų absorberis atominės energetikos pramonėje dėl didelio neutronų gaudymo skerspjūvio ploto.

Ho _ 2O _ 3 nanometras

Pagrindiniai nanoholmio oksido panaudojimo būdai yra šie: 1. Kaip metalo halogeninės lempos priedas, metalo halogeninė lempa yra dujų išlydžio lempos rūšis, sukurta aukšto slėgio gyvsidabrio lempos pagrindu, ir jos savybė yra ta, kad lemputė užpildyta įvairiais retųjų žemių halogenidais. Šiuo metu daugiausia naudojami retųjų žemių jodidai, kurie dujų išlydžio metu skleidžia skirtingas spektrines linijas. Nano holmio oksido lempoje naudojama darbinė medžiaga yra nano holmio oksido jodidas, kuris gali gauti didesnę metalo atomų koncentraciją lanko zonoje, taip žymiai pagerinant spinduliuotės efektyvumą. 2. Nanometrinis holmio oksidas gali būti naudojamas kaip itrio geležies arba itrio aliuminio granato priedas; 3. Nano holmio oksidas gali būti naudojamas kaip itrio geležies aliuminio granatas (Ho:YAG), kuris gali spinduliuoti 2 μm lazerio spinduliuotę, o žmogaus audinių sugerties greitis 2 μm lazerio spinduliuotei yra didelis. Jis yra beveik trimis dydžio eilėmis didesnis nei Hd:YAG0. Todėl naudojant Ho:YAG lazerį medicininėms operacijoms, galima ne tik pagerinti operacijos efektyvumą ir tikslumą, bet ir sumažinti terminio pažeidimo plotą. Nanoholmio oksido kristalo generuojamas laisvas spindulys gali pašalinti riebalus nesukeldamas per didelės šilumos, taip sumažinant sveikų audinių daromą terminį pažeidimą. Pranešama, kad glaukomos gydymas nanometriniu holmio oksido lazeriu Jungtinėse Valstijose gali sumažinti operacijos skausmą. 4. Magnetostrikciniame lydinyje Terfenol-D taip pat galima pridėti nedidelį kiekį nano dydžio holmio oksido, kad sumažėtų lydinio prisotinimo įmagnetinimui reikalingas išorinis laukas. 5. Be to, nanoholmio oksidu legiruotas optinis pluoštas gali būti naudojamas optinių ryšio įrenginių, tokių kaip optinio pluošto lazeriai, optinio pluošto stiprintuvai, optinio pluošto jutikliai ir kt., gamyboje. Jis atliks svarbesnį vaidmenį šiandienos sparčiame optinio pluošto ryšiuose.

Nanometrinis itrio oksidas (Y2O3)

Pagrindiniai nanoitrio oksido panaudojimo būdai yra šie: 1. Plieno ir spalvotųjų metalų lydinių priedai. FeCr lydinyje paprastai yra 0,5–4 % nanoitrio oksido, kuris gali padidinti šių nerūdijančio plieno atsparumą oksidacijai ir tąsumą. Į MB26 lydinį įdėjus tinkamą kiekį retųjų žemių elementų, kuriuose gausu nanometrų itrio oksido, lydinio savybės akivaizdžiai pagerėjo. Jis gali pakeisti kai kuriuos vidutinio ir stiprumo aliuminio lydinius, skirtus įtemptiems orlaivių komponentams. Į Al-Zr lydinį įdėjus nedidelį kiekį nanoitrio oksido retųjų žemių elementų, galima pagerinti lydinio laidumą. Šį lydinį naudoja dauguma Kinijos vielos gamyklų. Į vario lydinį įdėta nanoitrio oksido, siekiant pagerinti laidumą ir mechaninį stiprumą. 2. Silicio nitrido keraminė medžiaga, kurioje yra 6 % nanoitrio oksido ir 2 % aliuminio. Ji gali būti naudojama variklių dalims kurti. 3. Didelių komponentų gręžimas, pjovimas, suvirinimas ir kitas mechaninis apdorojimas atliekamas naudojant 400 vatų galios nanoneodimio oksido aliuminio granato lazerio spindulį. 4. Elektroninio mikroskopo ekranas, sudarytas iš Y-Al granato monokristalo, pasižymi dideliu fluorescencijos ryškumu, maža išsklaidytos šviesos sugertimi, geru atsparumu aukštai temperatūrai ir mechaniniam dilimui. 5. Aukštos nanodalelių itrio oksido struktūros lydinys, kuriame yra 90 % nanodalelių gadolinio oksido, gali būti naudojamas aviacijoje ir kitose srityse, kurioms reikalingas mažas tankis ir aukšta lydymosi temperatūra. 6. Aukštos temperatūros protonams laidžios medžiagos, kuriose yra 90 % nanodalelių itrio oksido, yra labai svarbios gaminant kuro elementus, elektrolizės elementus ir dujų jutiklius, kuriems reikalingas didelis vandenilio tirpumas. Be to, nanodalelių itrio oksidas taip pat naudojamas kaip aukštos temperatūros purškimui atspari medžiaga, atominio reaktoriaus kuro skiediklis, nuolatinio magneto medžiagos priedas ir geteris elektronikos pramonėje.

Be to, kas išdėstyta pirmiau, retųjų žemių oksidų nanodalelės taip pat gali būti naudojamos drabužių medžiagose, skirtose žmonių sveikatos priežiūrai ir aplinkos apsaugai. Dabartiniai tyrimų padaliniai turi tam tikras kryptis: apsauga nuo ultravioletinių spindulių; oro tarša ir ultravioletinė spinduliuotė yra linkusios sukelti odos ligas ir odos vėžį; taršos prevencija apsunkina teršalų prilipimą prie drabužių; taip pat tiriama apsauga nuo šilumos. Kadangi oda yra kieta ir lengvai sensta, lietingomis dienomis ji yra labiausiai linkusi į pelėsį. Odą galima suminkštinti balinant retųjų žemių cerio oksidu nanodalelėmis, kurios nėra lengvai senstančios ir pelėsiančios, todėl yra patogios dėvėti. Pastaraisiais metais nanodanga taip pat yra nanomedžiagų tyrimų dėmesio centre, o pagrindiniai tyrimai sutelkti į funkcines dangas. Jungtinėse Valstijose pagamintas 80 nm bangos ilgio Y2O3 gali būti naudojamas kaip infraraudonųjų spindulių ekranuojanti danga. Šilumos atspindėjimo efektyvumas yra labai didelis. CeO2 turi aukštą lūžio rodiklį ir didelį stabilumą. Kai į dangą pridedama nano retųjų žemių itrio oksido, nano lantano oksido ir nano cerio oksido miltelių, išorinė siena tampa atspari senėjimui, nes išorinės sienos danga lengvai sensta ir nusilupa dėl ilgalaikio saulės spindulių ir ultravioletinių spindulių poveikio, o pridėjus cerio oksido ir itrio oksido, ji gali būti atspari ultravioletiniams spinduliams. Be to, jos dalelių dydis yra labai mažas, o nano cerio oksidas naudojamas kaip ultravioletinių spindulių absorberis, kuris, kaip tikimasi, bus naudojamas siekiant išvengti plastikinių gaminių senėjimo dėl ultravioletinių spindulių, cisternų, automobilių, laivų, naftos saugyklų ir kt., kurie geriausiai apsaugo didelius lauko reklaminius stendus ir apsaugo nuo pelėsio, drėgmės ir taršos vidaus sienų dangose. Dėl mažo dalelių dydžio dulkės sunkiai prilimpa prie sienos. Jas galima nuplauti vandeniu. Vis dar yra daug nano retųjų žemių oksidų panaudojimo būdų, kuriuos reikia toliau tirti ir plėtoti, ir nuoširdžiai tikimės, kad jų ateitis bus šviesesnė.