Tierras raras nanométricas, una nueva fuerza en la revolución industrial

Tierras raras nanométricas, una nueva fuerza en la revolución industrial

La nanotecnología es un nuevo campo interdisciplinario desarrollado gradualmente a finales de los años 80 y principios de los 90.Debido a que tiene un gran potencial para crear nuevos procesos de producción, nuevos materiales y nuevos productos, desencadenará una nueva revolución industrial en el nuevo siglo. El nivel actual de desarrollo de la nanociencia y la nanotecnología es similar al de la informática y la tecnología de la información en la década de 1950.La mayoría de los científicos comprometidos con este campo predicen que el desarrollo de la nanotecnología tendrá un impacto amplio y de largo alcance en muchos aspectos de la tecnología.Los científicos creen que tiene propiedades extrañas y un rendimiento único. Los principales efectos de confinamiento que conducen a las propiedades extrañas de los materiales nano de tierras raras son el efecto de superficie específico, el efecto de tamaño pequeño, el efecto de interfaz, el efecto de transparencia, el efecto túnel y el efecto cuántico macroscópico.Estos efectos hacen que las propiedades físicas del nanosistema sean diferentes de las de los materiales convencionales en cuanto a luz, electricidad, calor y magnetismo, y presentan muchas características novedosas. En el futuro, hay tres direcciones principales para que los científicos investiguen y desarrollen la nanotecnología: preparación y aplicación. de nanomateriales con excelente desempeño;Diseñar y preparar diversos nanodispositivos y equipos;Detectar y analizar las propiedades de nanoregiones.En la actualidad, las nanotierras raras tienen principalmente las siguientes direcciones de aplicación, y su aplicación debe desarrollarse aún más en el futuro.

Nanómetro de óxido de lantano (La2O3)

El óxido de lantano nanométrico se aplica a materiales piezoeléctricos, materiales electrotérmicos, materiales termoeléctricos, materiales de magnetorresistencia, materiales luminiscentes (polvo azul), materiales de almacenamiento de hidrógeno, vidrio óptico, materiales láser, diversos materiales de aleaciones, catalizadores para preparar productos químicos orgánicos y catalizadores para neutralizar. Los gases de escape de los automóviles y las películas agrícolas de conversión de luz también se aplican al óxido de lantano nanométrico.

Óxido de cerio nanométrico (CeO2)

Los principales usos del nanoóxido de cerio son los siguientes: 1. Como aditivo para vidrio, el nanoóxido de cerio puede absorber rayos ultravioleta e infrarrojos y se ha aplicado al vidrio de automóviles.No sólo puede prevenir los rayos ultravioleta, sino también reducir la temperatura dentro del coche, ahorrando así electricidad para el aire acondicionado.2. La aplicación de nanoóxido de cerio en el catalizador de purificación de gases de escape de automóviles puede prevenir eficazmente que una gran cantidad de gases de escape de automóviles se descarguen al aire.3.El óxido de nanocerio se puede utilizar en pigmentos para colorear plásticos y también en las industrias de recubrimientos, tintas y papel.4. La aplicación de nanoóxido de cerio en materiales de pulido ha sido ampliamente reconocida como un requisito de alta precisión para pulir obleas de silicio y sustratos de monocristal de zafiro.5.Además, el nanoóxido de cerio también se puede aplicar a materiales de almacenamiento de hidrógeno, materiales termoeléctricos, electrodos 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, algunos materiales magnéticos permanentes, diversos aceros aleados y metales no ferrosos, etc.

El óxido de praseodimio nanométrico (Pr6O11)

Los principales usos del óxido de praseodimio nanométrico son los siguientes: 1. Se utiliza ampliamente en cerámicas de construcción y de uso diario.Se puede mezclar con esmalte cerámico para hacer un esmalte de color y también se puede utilizar solo como pigmento bajo vidriado.El pigmento preparado es de color amarillo claro con un tono puro y elegante.2. Se utiliza para fabricar imanes permanentes y se usa ampliamente en diversos dispositivos electrónicos y motores.3. Se utiliza para el craqueo catalítico del petróleo. Se puede mejorar la actividad, selectividad y estabilidad de la catálisis.4. El óxido de nanopraseodimio también se puede utilizar para el pulido abrasivo.Además, la aplicación del óxido de praseodimio nanométrico en el campo de la fibra óptica es cada vez más amplia.

Óxido de neodimio nanométrico (Nd2O3)

El óxido de neodimio nanométrico se ha convertido en un punto caliente en el mercado durante muchos años debido a su posición única en el campo de las tierras raras.El óxido de nanoneodimio también se aplica a materiales no ferrosos. Agregar entre un 1,5 % y un 2,5 % de óxido de nano neodimio a una aleación de magnesio o aluminio puede mejorar el rendimiento a altas temperaturas, la estanqueidad al aire y la resistencia a la corrosión de la aleación, y se utiliza ampliamente en el sector aeroespacial. Material para la aviación.Además, el granate de nano itrio y aluminio dopado con nano óxido de neodimio produce un rayo láser de onda corta, que se usa ampliamente para soldar y cortar materiales delgados con un espesor inferior a 10 mm en la industria.En el ámbito médico, el láser Nano-YAG dopado con nano-Nd _ 2O _ 3 se utiliza para eliminar heridas quirúrgicas o desinfectar heridas en lugar de bisturíes quirúrgicos.El óxido de neodimio nanométrico también se utiliza para colorear materiales cerámicos y de vidrio, productos de caucho y aditivos.

Nanopartículas de óxido de samario (Sm2O3)

Los principales usos del óxido de samario de tamaño nanométrico son: el óxido de samario de tamaño nanométrico es de color amarillo claro y se aplica a catalizadores y condensadores cerámicos.Además, el óxido de samario de tamaño nanométrico tiene propiedades nucleares y puede utilizarse como material estructural, material de protección y material de control de reactores de energía atómica, de modo que la enorme energía generada por la fisión nuclear pueda utilizarse de forma segura.Las nanopartículas de óxido de europio (Eu2O3) se utilizan principalmente en fósforos. El Eu3+ se utiliza como activador del fósforo rojo y el Eu2+ se utiliza como fósforo azul.Y0O3:Eu3+ es el mejor fósforo en eficiencia luminosa, estabilidad del recubrimiento, costo de recuperación, etc., y se usa ampliamente debido a la mejora de la eficiencia luminosa y el contraste.Recientemente, el óxido de nanoeuropio también se utiliza como fósforo de emisión estimulada para nuevos sistemas de diagnóstico médico por rayos X. El óxido de nanoeuropio también se puede utilizar para fabricar lentes de colores y filtros ópticos, para dispositivos de almacenamiento de burbujas magnéticas y también puede mostrar su talento en materiales de control, materiales de blindaje y materiales estructurales de reactores atómicos.El fósforo rojo de óxido de gadolinio y europio (Y2O3:Eu3+) de partículas finas se preparó utilizando nanoóxido de itrio (Y2O3) y nanoóxido de europio (Eu2O3) como materias primas.Al usarlo para preparar fósforo tricolor de tierras raras, se descubrió que: (a) se puede mezclar bien y uniformemente con polvo verde y polvo azul;(b) Buen rendimiento del recubrimiento;(c) Debido a que el tamaño de partícula del polvo rojo es pequeño, el área de superficie específica aumenta y el número de partículas luminiscentes aumenta, se puede reducir la cantidad de polvo rojo en los fósforos tricolores de tierras raras, lo que resulta en un menor costo.

Nanopartículas de óxido de gadolinio (Gd2O3)

Sus usos principales son los siguientes: 1. Su complejo paramagnético soluble en agua puede mejorar la señal de imágenes de RMN del cuerpo humano en tratamientos médicos.2. La base de óxido de azufre se puede utilizar como rejilla matricial del tubo de osciloscopio y pantalla de rayos X con brillo especial.3. El óxido de nanogadolinio en el granate de galio y nanogadolinio es un sustrato único ideal para la memoria de burbujas magnéticas.4. Cuando no hay límite de ciclo de Camot, se puede utilizar como medio de enfriamiento magnético sólido.5. Se utiliza como inhibidor para controlar el nivel de reacción en cadena de las centrales nucleares para garantizar la seguridad de las reacciones nucleares.Además, el uso de óxido de nanogadolinio y óxido de nanolantano es útil para cambiar la región de vitrificación y mejorar la estabilidad térmica del vidrio.El nanoóxido de gadolinio también se puede utilizar para fabricar condensadores y pantallas intensificadoras de rayos X. En la actualidad, el mundo está haciendo grandes esfuerzos para desarrollar la aplicación del nanoóxido de gadolinio y sus aleaciones en la refrigeración magnética, y ha logrado grandes avances.

Nanopartículas de óxido de terbio (Tb4O7)

Los principales campos de aplicación son los siguientes: 1. Los fósforos se utilizan como activadores de polvo verde en fósforos tricolores, como la matriz de fosfato activada por nano óxido de terbio, la matriz de silicato activada por nano óxido de terbio y la matriz de aluminato de magnesio con nano óxido de cerio activada por nano terbio. óxido, que emiten luz verde en el estado excitado.2. Materiales de almacenamiento magnetoópticos. En los últimos años, se han investigado y desarrollado materiales magnetoópticos de óxido de nanoterbio.El disco magnetoóptico hecho de película amorfa de Tb-Fe se utiliza como elemento de almacenamiento en la computadora y la capacidad de almacenamiento se puede aumentar entre 10 y 15 veces.3. El vidrio magnetoóptico, vidrio ópticamente activo de Faraday que contiene óxido de terbio nanométrico, es un material clave para fabricar rotadores, aisladores y anuladores y se usa ampliamente en tecnología láser. Óxido de terbio nanométrico El óxido de disprosio nanométrico se usa principalmente en sonar y ha sido ampliamente Se utiliza en muchos campos, como sistemas de inyección de combustible, control de válvulas de líquido, microposicionamiento, actuadores mecánicos, mecanismos y reguladores de alas de telescopios espaciales de aviones.

Nano óxido de disprosio Dy2O3

Los principales usos del óxido de nanodisprosio Dy2O3 son:1.El óxido de nanodisprosio se utiliza como activador del fósforo, y el óxido de nanodisprosio trivalente es un ion activador prometedor de materiales luminiscentes tricolores con un solo centro luminiscente.Consta principalmente de dos bandas de emisión, una es de luz amarilla y la otra es de luz azul, y los materiales luminiscentes dopados con óxido de nanodisprosio se pueden utilizar como fósforos tricolores.2.El óxido de disprosio nanométrico es una materia prima metálica necesaria para preparar la aleación de terfenol con óxido de nano-terbio y óxido de nano-disprosio de aleación magnetoestrictiva grande, que pueden realizar algunas actividades precisas de movimiento mecánico.3. El metal de óxido de disprosio nanométrico se puede utilizar como material de almacenamiento magnetoóptico con alta velocidad de grabación y sensibilidad de lectura.4. Se utiliza para la preparación de la lámpara nanométrica de óxido de disprosio. La sustancia de trabajo utilizada en la lámpara de nano óxido de disprosio es el óxido de nano disprosio, que tiene las ventajas de alto brillo, buen color, alta temperatura de color, tamaño pequeño y arco estable, y ha sido Se utiliza como fuente de iluminación para películas e impresión.5. El óxido de disprosio nanométrico se utiliza para medir el espectro de energía de neutrones o como absorbente de neutrones en la industria de la energía atómica debido a su gran área transversal de captura de neutrones.

Nanómetro Ho2O3

Los principales usos del óxido de nanoholmio son los siguientes: 1. Como aditivo de las lámparas halógenas metálicas, las lámparas halógenas metálicas son un tipo de lámpara de descarga de gas, desarrollada sobre la base de una lámpara de mercurio de alta presión, y su característica es que la bombilla está llena de varios haluros de tierras raras.En la actualidad, se utilizan principalmente yoduros de tierras raras, que emiten diferentes líneas espectrales cuando se descargan gases. La sustancia de trabajo utilizada en la lámpara de óxido de nanoholmio es el yoduro de óxido de nanoholmio, que puede obtener una mayor concentración de átomos metálicos en la zona del arco, por lo tanto mejorando enormemente la eficiencia de la radiación.2. El óxido de holmio nanométrico se puede utilizar como aditivo de hierro ytrio o granate de itrio y aluminio;3. El óxido de nanoholmio se puede utilizar como granate de itrio, hierro y aluminio (Ho:YAG), que puede emitir un láser de 2 μm y la tasa de absorción del tejido humano al láser de 2 μm es alta. Es casi tres órdenes de magnitud mayor que Hd: YAG0.Por lo tanto, cuando se utiliza el láser Ho:YAG para operaciones médicas, no solo puede mejorar la eficiencia y precisión de la operación, sino también reducir el área de daño térmico a un tamaño más pequeño.El haz libre generado por el cristal de nanoóxido de holmio puede eliminar la grasa sin generar calor excesivo, reduciendo así el daño térmico causado por los tejidos sanos. Se informa que el tratamiento del glaucoma con láser nanométrico de óxido de holmio en los Estados Unidos puede reducir el dolor de cirugía.4. En la aleación magnetoestrictiva Terfenol-D, también se puede agregar una pequeña cantidad de óxido de holmio de tamaño nanométrico para reducir el campo externo requerido para la magnetización de saturación de la aleación.Además, la fibra óptica dopada con óxido de nanoholmio se puede utilizar para fabricar dispositivos de comunicación óptica como láseres de fibra óptica, amplificadores de fibra óptica, sensores de fibra óptica, etc. Desempeñará un papel más importante en la rápida comunicación por fibra óptica actual.

Óxido de nanoerbio (III)

Los principales usos son:

1. La emisión de luz de óxido de erbio (III) nanométrico a 1550 nm es de especial importancia, porque esta longitud de onda es exactamente la pérdida mínima de la fibra óptica de comunicación por fibra óptica.Después de ser excitado por la luz a 980 nm y 1480 nm, el ion nanométrico de óxido de erbio (III) pasa del estado fundamental 4115/2 al estado de alta energía 4113/2.Cuando el Er3+ en el estado de alta energía vuelve al estado fundamental, emite luz con una longitud de onda de 1550 nm.La fibra de cuarzo puede transmitir luz de varias longitudes de onda. Sin embargo, las diferentes tasas de atenuación óptica varían; la banda de frecuencia de 1550 nm tiene la tasa de atenuación óptica más baja (0,15 decibelios por kilómetro) en la transmisión de fibra de cuarzo, que es casi la tasa de atenuación límite inferior.Por lo tanto, cuando se utiliza comunicación de fibra óptica como señal luminosa a 1550 nm, se minimiza la pérdida de luz.De esta manera, si se dopa la concentración adecuada de nanoóxido de erbio (III) en la matriz adecuada, el amplificador puede compensar la pérdida en el sistema de comunicación según el principio del láser.Por lo tanto, en la red de telecomunicaciones que necesita amplificar la señal óptica de 1550 nm, el amplificador de fibra dopada con nanoóxido de erbio (III) es un dispositivo óptico indispensable.En la actualidad, se ha comercializado un amplificador de fibra de sílice dopado con nanoóxido de erbio (III).Se informa que para evitar una absorción inútil, la cantidad de dopaje de nanoóxido de erbio (III) en la fibra es de decenas a cientos de ppm.El rápido desarrollo de las comunicaciones por fibra óptica abrirá un nuevo campo de aplicación del nanoóxido de erbio (III).

2. El cristal láser dopado con óxido nanométrico de erbio (III) y su láser de 1730 nm y su salida de láser de 1550 nm son seguros para los ojos humanos, tienen un buen rendimiento de transmisión atmosférica, tienen una fuerte capacidad de penetración de humo en el campo de batalla, buena confidencialidad y no son fáciles de usar. Detectados por el enemigo, y tienen un gran contraste al iluminar objetivos militares.Se ha fabricado un telémetro láser portátil para uso militar, que es seguro para los ojos humanos.

3. Se puede agregar óxido nanométrico de erbio (III) al vidrio para fabricar material láser de vidrio de tierras raras, que es el material láser sólido con la mayor energía de pulso de salida y la mayor potencia de salida en la actualidad.

4. El óxido nanométrico de erbio (III) también se puede utilizar como ion de activación de materiales láser de conversión de tierras raras.

5. El óxido nanométrico de erbio (III) también se puede utilizar en la decoloración y coloración de anteojos y vidrio cristalino.

Nanómetro de óxido de itrio (Y2O3)

Los principales usos del nanoóxido de itrio son los siguientes: 1. Aditivos para acero y aleaciones no ferrosas.La aleación de FeCr generalmente contiene entre 0,5% y 4% de nanoóxido de itrio, lo que puede mejorar la resistencia a la oxidación y la ductilidad de estos aceros inoxidables. Después de agregar la cantidad adecuada de tierras raras mixtas ricas en óxido de itrio nanométrico a la aleación MB26, las propiedades integrales de la aleación fueron obviamente mejorado ayer,Puede reemplazar algunas aleaciones de aluminio medianas y fuertes para los componentes estresados ​​de los aviones;Agregar una pequeña cantidad de tierras raras de nanoóxido de itrio a la aleación de Al-Zr puede mejorar la conductividad de la aleación;La aleación ha sido adoptada por la mayoría de las fábricas de alambre de China.Se añadió óxido de nanoitrio a la aleación de cobre para mejorar la conductividad y la resistencia mecánica.2. Material cerámico de nitruro de silicio que contiene un 6% de nanoóxido de itrio y un 2% de aluminio. Puede utilizarse para desarrollar piezas de motor.3. La perforación, el corte, la soldadura y otros procesos mecánicos se llevan a cabo en componentes de gran escala utilizando un rayo láser de granate de aluminio con nanoóxido de neodimio con una potencia de 400 vatios.4. La pantalla del microscopio electrónico compuesta de monocristal de granate Y-Al tiene un alto brillo de fluorescencia, baja absorción de luz dispersa y buena resistencia a altas temperaturas y al desgaste mecánico.5.La aleación con alta estructura de nanoóxido de itrio que contiene un 90% de nanoóxido de gadolinio se puede aplicar a la aviación y otras ocasiones que requieren baja densidad y alto punto de fusión.6. Los materiales conductores de protones de alta temperatura que contienen un 90% de nanoóxido de itrio son de gran importancia para la producción de pilas de combustible, pilas electrolíticas y sensores de gas que requieren una alta solubilidad en hidrógeno.Además, el óxido de nanoitrio también se utiliza como material resistente a la pulverización a alta temperatura, diluyente de combustible de reactores atómicos, aditivo de material magnético permanente y captador en la industria electrónica.

Además de lo anterior, los nanoóxidos de tierras raras también se pueden utilizar en materiales de ropa para el cuidado de la salud humana y la protección del medio ambiente.De las unidades de investigación actuales, todas tienen determinadas direcciones: radiación anti-ultravioleta;La contaminación del aire y la radiación ultravioleta son propensas a enfermedades y cánceres de piel;La prevención de la contaminación dificulta que los contaminantes se adhieran a la ropa;También se está estudiando para evitar el calor. Debido a que el cuero es duro y fácil de envejecer, es más propenso a enmohecerse en los días de lluvia.El cuero se puede suavizar blanqueando con nanoóxido de cerio de tierras raras, que no envejece ni se enmohece fácilmente, y es cómodo de usar.En los últimos años, los materiales de nanorecubrimiento también son el foco de la investigación sobre nanomateriales, y la investigación principal se centra en los recubrimientos funcionales.Y2O3 con 80 nm en los Estados Unidos se puede utilizar como revestimiento de protección infrarroja. La eficiencia de reflejar el calor es muy alta.CeO2 tiene un alto índice de refracción y alta estabilidad.Cuando se agregan al recubrimiento nanoóxido de itrio de tierras raras, nanoóxido de lantano y nanoóxido de cerio en polvo, la pared exterior puede resistir el envejecimiento, porque el recubrimiento de la pared exterior es fácil de envejecer y caerse porque la pintura está expuesta a la luz solar y los rayos ultravioleta. durante mucho tiempo y puede resistir los rayos ultravioleta después de agregar óxido de cerio y óxido de itrio. Además, su tamaño de partícula es muy pequeño y el nanoóxido de cerio se utiliza como absorbente de rayos ultravioleta, que se espera que se use para prevenir el envejecimiento del plástico. Productos debido a la irradiación ultravioleta, tanques, automóviles, barcos, tanques de almacenamiento de petróleo, etc., que pueden proteger mejor las grandes vallas publicitarias exteriores y prevenir el moho, la humedad y la contaminación de los revestimientos de paredes interiores.Debido a su pequeño tamaño de partícula, el polvo no se adhiere fácilmente a la pared y se puede fregar con agua.Todavía quedan muchos usos de los nanoóxidos de tierras raras por investigar y desarrollar más, y esperamos sinceramente que tenga un futuro más brillante.