産業革命の新たな力となるナノメートルレアアース材料

産業革命の新たな力となるナノメートルレアアース材料

ナノテクノロジーは、1980 年代後半から 1990 年代前半にかけて徐々に開発された新しい学際的な分野です。新しい生産プロセス、新素材、新製品を生み出す大きな可能性を秘めているため、新世紀に新たな産業革命を引き起こすでしょう。現在のナノサイエンスとナノテクノロジーの発展レベルは、1950年代のコンピューターと情報技術の発展レベルに似ています。この分野に携わるほとんどの科学者は、ナノテクノロジーの発展がテクノロジーの多くの側面に広範囲にわたる影響を与えると予測しています。科学者は、ナノレアアース材料には奇妙な特性と独特の性能があると信じています。ナノレアアース材料の奇妙な特性をもたらす主な閉じ込め効果は、比表面効果、小型サイズ効果、界面効果、透明効果、トンネル効果、巨視的量子効果です。これらの効果により、ナノシステムの光、電気、熱、磁気などの物理的性質が従来の材料とは異なり、多くの新しい特徴が現れます。将来、科学者がナノテクノロジーを研究開発するには、準備と応用の 3 つの主な方向があります。優れた性能を備えたナノマテリアル。各種ナノデバイスや装置の設計・準備；ナノ領域の物性を検出・解析します。現在、ナノレアアースの応用方向性は主に以下のとおりであり、今後さらなる応用展開が必要である。

ナノメートル酸化ランタン (La2O3)

ナノメートルの酸化ランタンは、圧電材料、電熱材料、熱電材料、磁気抵抗材料、発光材料（青色粉末）、水素貯蔵材料、光学ガラス、レーザー材料、各種合金材料、有機化学製品調製用触媒、中和触媒などに応用されています。自動車の排気ガスや光変換農業用フィルムなどにもナノメートルの酸化ランタンが応用されています。

ナノメートル酸化セリウム (CeO2)

ナノ酸化セリウムの主な用途は次のとおりです。 1. ガラス添加剤として、ナノ酸化セリウムは紫外線と赤外線を吸収することができ、自動車ガラスに応用されています。紫外線を防ぐだけでなく、車内の温度を下げるのでエアコンの電気代の節約にもなります。2. 自動車排気浄化触媒にナノ酸化セリウムを適用すると、大量の自動車排気ガスが大気中へ排出されるのを効果的に防止できます。ナノ酸化セリウムは、プラスチックを着色するための顔料として使用できるほか、コーティング、インク、製紙産業でも使用できます。4. ナノ酸化セリウムの研磨材料への応用は、シリコンウェーハやサファイア単結晶基板の研磨における高精度の要件として広く認識されています。さらに、ナノ酸化セリウムは、水素貯蔵材料、熱電材料、ナノ酸化セリウムタングステン電極、セラミックコンデンサ、圧電セラミックス、ナノ酸化セリウム炭化ケイ素研磨材、燃料電池原料、ガソリン触媒、一部の永久磁性材料、各種合金鋼、非鉄金属など

ナノメートル酸化プラセオジム（Pr6O11）

ナノメートル酸化プラセオジムの主な用途は次のとおりです。 1. 建築用セラミックスや日用品用セラミックスに広く使用されています。陶磁器の釉薬と混ぜて色釉を作るほか、単独で下絵具としても使用できます。調製された顔料は、純粋で上品な色調の淡い黄色です。2. 永久磁石の製造に使用され、さまざまな電子機器やモーターに広く使用されています。3. 石油接触分解に使用されます。触媒の活性、選択性、安定性を向上させることができます。4. ナノプラセオジム酸化物は研磨研磨にも使用できます。さらに、光ファイバーの分野におけるナノメートル酸化プラセオジムの応用はますます広範になっています。

ナノメートル酸化ネオジム (Nd2O3)

ナノメートル酸化ネオジムは、レアアースの分野における独自の地位により、長年市場で注目を集めてきました。ナノネオジム酸化物は非鉄材料にも適用されます。マグネシウムまたはアルミニウム合金に1.5％〜2.5％のナノネオジム酸化物を添加すると、合金の高温性能、気密性、耐食性が向上し、航空宇宙用に広く使用されています。航空用の素材。さらに、ナノ酸化ネオジムをドープしたナノイットリウムアルミニウムガーネットは短波長レーザービームを生成し、業界では厚さ10mm未満の薄い材料の溶接や切断に広く使用されています。医療面では、ナノ Nd_2O_3 をドープしたナノ YAG レーザーが、外科用メスの代わりに手術創の除去や創傷の消毒に使用されます。ナノメートルの酸化ネオジムは、ガラスやセラミック材料、ゴム製品、添加剤の着色にも使用されます。

酸化サマリウムナノ粒子（Sm2O3）

ナノサイズの酸化サマリウムの主な用途は次のとおりです。 ナノサイズの酸化サマリウムは淡黄色で、セラミックコンデンサーや触媒に応用されています。また、ナノサイズの酸化サマリウムは核性質を有しており、原子力炉の構造材、遮蔽材、制御材として利用でき、核分裂により発生する膨大なエネルギーを安全に利用することができます。酸化ユーロピウムナノ粒子（Eu2O3）は主に蛍光体に使用されます。Eu3+は赤色蛍光体の付活剤として使用され、Eu2+は青色蛍光体として使用されます。Y0O3:Eu3+は、発光効率、コーティングの安定性、回収コストなどの点で最高の蛍光体であり、発光効率とコントラストの向上により広く使用されています。最近、ナノ酸化ユーロピウムは、新しいX線医療診断システムの誘導放出蛍光体としても使用されています。ナノ酸化ユーロピウムは、カラーレンズや光学フィルターの製造、磁気バブル記憶装置にも使用でき、また、その才能を発揮できます。原子炉の制御材料、遮蔽材料、構造材料。ナノ酸化イットリウム(Y2O3)とナノ酸化ユウロピウム(Eu2O3)を原料として用いて、微粒子酸化ガドリニウムユーロピウム(Y2O3:Eu3+)赤色蛍光体を調製した。これを使用して希土類三色蛍光体を調製すると、次のことが判明しました。(a) 緑色粉末および青色粉末とよく均一に混合できる。(b) 良好なコーティング性能。（ｃ）赤色粉末の粒径が小さく、比表面積が大きくなり、発光粒子の数が増加するため、希土類三色蛍光体中の赤色粉末の量を削減でき、コストが低減される。

酸化ガドリニウムナノ粒子（Gd2O3）

その主な用途は次のとおりです。 1. その水溶性常磁性錯体は、医療における人体の NMR イメージング信号を向上させることができます。2.塩基性硫黄酸化物は、特殊な輝度を備えたオシロスコープ管およびX線スクリーンのマトリックスグリッドとして使用できます。3. ナノガドリニウムガリウムガーネット中のナノガドリニウム酸化物は、磁気バブルメモリにとって理想的な単一基板です。4. Camotサイクル制限がない場合、固体磁気冷却媒体として使用できます。5. 核反応の安全性を確保するために、原子力発電所の連鎖反応レベルを制御するための抑制剤として使用されます。さらに、ナノ酸化ガドリニウムおよびナノランタン酸化物の使用は、ガラス化領域を変更し、ガラスの熱安定性を向上させるのに役立ちます。ナノ酸化ガドリニウムは、コンデンサーやX線増感紙の製造にも使用できます。現在、世界はナノ酸化ガドリニウムとその合金の磁気冷凍への応用開発に多大な努力を払っており、画期的な進歩を遂げています。

酸化テルビウムナノ粒子（Tb4O7）

主な応用分野は次のとおりです。 1. 蛍光体は、ナノテルビウム酸化物で活性化されたリン酸塩マトリックス、ナノテルビウム酸化物で活性化されたケイ酸塩マトリックス、ナノテルビウムで活性化されたナノ酸化セリウムアルミン酸マグネシウムマトリックスなど、三色蛍光体の緑色粉末の活性化剤として使用されます。これらはすべて励起状態で緑色の光を発します。2. 磁気光学記憶材料、近年、ナノテルビウム酸化物磁気光学材料が研究開発されています。Tb-Feアモルファス膜で作られた光磁気ディスクはコンピュータの記憶素子として使用されており、記憶容量を10～15倍に増やすことができます。3. ナノメートル酸化テルビウムを含むファラデー光学活性ガラスである磁気光学ガラスは、回転子、アイソレータ、アニュレータを製造するための重要な材料であり、レーザー技術で広く使用されています。ナノメートル酸化テルビウム、ナノメートル酸化ジスプロシウムは主にソナーで使用され、広く使用されています。燃料噴射システム、液体バルブ制御、マイクロポジショニング、機械的アクチュエーター、機構、航空機宇宙望遠鏡の翼調整器など、多くの分野で使用されています。

ナノジスプロシウム酸化物Dy2O3

Dy2O3 ナノジスプロシウム酸化物の主な用途は次のとおりです。1.ナノジスプロシウム酸化物は蛍光体の活性化剤として使用されており、三価のナノジスプロシウム酸化物は単一発光中心を持つ三色発光材料の活性化イオンとして有望である。それは主に 2 つの発光バンドで構成され、1 つは黄色発光、もう 1 つは青色発光であり、ナノジスプロシウム酸化物をドープした発光材料は三色蛍光体として使用できます。ナノメートル酸化ジスプロシウムは、大きな磁歪合金であるナノテルビウム酸化物とナノジスプロシウム酸化物を含むテルフェノール合金を製造するために必要な金属原料であり、機械的運動の正確な動作を実現できます。3. ナノメートルのジスプロシウム酸化物金属は、高い記録速度と読み取り感度を備えた光磁気記憶材料として使用できます。4. ナノメートルジスプロシウム酸化物ランプの製造に使用されます。ナノジスプロシウム酸化物ランプに使用される作動物質はナノジスプロシウム酸化物で、高輝度、良好な色、高色温度、小型サイズ、安定したアークという利点があり、フィルムや印刷の光源として使用されます。5. ナノメートル酸化ジスプロシウムは、中性子捕獲断面積が大きいため、中性子エネルギースペクトルの測定や原子力産業の中性子吸収材として使用されます。

Ho2O3 ナノメーター

ナノホルミウム酸化物の主な用途は次のとおりです。 1. メタルハロゲンランプの添加剤として、メタルハロゲンランプは高圧水銀ランプに基づいて開発されたガス放電ランプの一種であり、その特徴は次のとおりです。電球にはさまざまなレアアースハロゲン化物が充填されています。現在、ガス放電時に異なるスペクトル線を放出する希土類ヨウ化物が主に使用されています。ナノホルミウム酸化物ランプに使用される作動物質はナノホルミウム酸化物ヨウ化物であり、アークゾーンでより高い金属原子濃度を得ることができます。放射効率が大幅に向上します。2. ナノメートルの酸化ホルミウムは、イットリウム鉄またはイットリウムアルミニウムガーネットの添加剤として使用できます。3. ナノホルミウム酸化物は、2μmレーザーを放射できるイットリウム鉄アルミニウムガーネット（Ho:YAG）として使用でき、2μmレーザーに対する人体組織の吸収率は高く、Hdよりもほぼ3桁高いです。ヤグ0。したがって、Ho:YAGレーザーを医療手術に使用すると、手術の効率と精度が向上するだけでなく、熱損傷領域を小さくすることができます。ナノ酸化ホルミウム結晶によって生成される自由ビームは、過剰な熱を発生させることなく脂肪を除去することができ、それによって健康な組織が引き起こす熱損傷を軽減します。米国でのナノメートル酸化ホルミウムレーザーによる緑内障の治療は、痛みを軽減できると報告されています。手術。4. 磁歪合金 Terfenol-D では、合金の飽和磁化に必要な外部磁場を低減するために、少量のナノサイズの酸化ホルミウムを添加することもできます。さらに、ナノホルミウム酸化物をドープした光ファイバーは、光ファイバーレーザー、光ファイバー増幅器、光ファイバーセンサーなどの光通信デバイスの製造に使用できます。今日の高速光ファイバー通信において、より重要な役割を果たすことになります。

ナノ酸化エルビウム(III)

主な用途は次のとおりです。

1. 1550nm でのナノメートル酸化エルビウム(III) の発光は特別に重要です。なぜなら、この波長はまさに光ファイバー通信の光ファイバーの最小損失だからです。980nm と 1480nm の光で励起された後、ナノメートルのエルビウム(III)酸化物イオンは基底状態 4115/2 から高エネルギー状態 4113/2 に遷移します。高エネルギー状態にある Er3+ が基底状態に戻るとき、1550nm の波長の光を放射します。石英ファイバはさまざまな波長の光を伝送できますが、光減衰率はそれぞれ異なります。石英ファイバ伝送では 1550nm 周波数帯域の光減衰率が最も低く (1 キロメートルあたり 0.15 デシベル)、これはほぼ下限の減衰率です。したがって、1550nmの信号光として光ファイバー通信を使用した場合、光の損失は最小限に抑えられます。このようにして、適切な濃度のナノエルビウム(III)酸化物が適切なマトリックスにドープされると、増幅器はレーザー原理に従って通信システムの損失を補償することができます。したがって、1550nmの光信号を増幅する必要がある通信ネットワークでは、ナノエルビウム(III)酸化物ドープファイバ増幅器は不可欠な光デバイスです。現在、ナノエルビウム(III)酸化物ドープシリカファイバー増幅器が商品化されている。無駄な吸収を避けるために、ファイバー中のナノ酸化エルビウム(III)のドープ量は数十から数百ppmであると報告されています。光ファイバー通信の急速な発展により、ナノエルビウム(III)酸化物の新たな応用分野が開かれることになる。

2. ナノメートルの酸化エルビウム(III)がドープされたレーザー結晶とその1730nmレーザーおよび1550nmレーザー出力は人間の目に安全で、良好な大気透過性能を有し、戦場への強力な煙透過能力を有し、良好な機密性を有し、容易に漏洩されない。敵に発見され、軍事目標を照らすときに大きなコントラストが得られます。ポータブルレーザー距離計は軍用に作られており、人間の目には安全です。

3. ナノメートルの酸化エルビウム(III)をガラスに添加して希土類ガラスレーザー材料を作ることができます。これは現在最大の出力パルスエネルギーと最高の出力パワーを持つ固体レーザー材料です。

4. ナノメートル酸化エルビウム(III)は、希土類アップコンバージョンレーザー材料の活性化イオンとしても使用できます。

5. ナノメートル酸化エルビウム(III)は、眼鏡や結晶ガラスの脱色や着色にも使用できます。

ナノメートル酸化イットリウム (Y2O3)

ナノ酸化イットリウムの主な用途は次のとおりです。 1. 鋼および非鉄合金の添加剤。FeCr合金には通常0.5%〜4%のナノ酸化イットリウムが含まれており、これらのステンレス鋼の耐酸化性と延性を向上させることができます。MB26合金にナノメートル酸化イットリウムが豊富な混合希土類を適量添加した後、合金の総合特性は明らかに向上しました。昨日改良されました。航空機の応力がかかる部品の中強度アルミニウム合金の一部を置き換えることができます。Al-Zr 合金に少量のナノ酸化イットリウム希土類を添加すると、合金の導電率を向上させることができます。この合金は中国のほとんどのワイヤー工場で採用されています。ナノ酸化イットリウムを銅合金に添加し、導電性と機械的強度を向上させました。2. 6％のナノ酸化イットリウムと2％のアルミニウムを含む窒化ケイ素セラミック材料。エンジン部品の開発に使用できます。3. 400ワットの出力を持つナノ酸化ネオジムアルミニウムガーネットレーザービームを使用して、大型部品の穴あけ、切断、溶接およびその他の機械加工が実行されます。4. Y-Al ガーネット単結晶で構成される電子顕微鏡スクリーンは、高い蛍光輝度、低い散乱光の吸収、および良好な高温耐性と機械的摩耗耐性を備えています。ナノ酸化ガドリニウムを90％含むハイナノ酸化イットリウム構造合金は、低密度・高融点が要求される航空分野などへの応用が可能です。6. 90% のナノ酸化イットリウムを含む高温プロトン伝導材料は、高い水素溶解度を必要とする燃料電池、電解セル、ガスセンサーの製造にとって非常に重要です。さらに、ナノ酸化イットリウムは、電子産業における耐高温溶射材料、原子炉燃料の希釈剤、永久磁石材料の添加剤、ゲッターとしても使用されています。

上記に加えて、ナノ希土類酸化物は人間の健康管理や環境保護のための衣料品材料にも使用できます。現在の研究ユニットはすべて、特定の方向性を持っています。大気汚染と紫外線は皮膚疾患や皮膚がんを引き起こしやすくなります。汚染防止により、汚染物質が衣類に付着しにくくなります。保温対策の方向でも研究が進められています。革は硬く老化しやすいため、雨の日には最もカビが発生しやすくなります。ナノレアアース酸化セリウムで漂白することで革を柔らかくすることができ、老化やカビが発生しにくく、快適に着用できます。近年ではナノコーティング材料もナノ材料研究の焦点となっており、主な研究は機能性コーティングに焦点を当てています。米国の80nmのY2O3は赤外線遮蔽コーティングとして使用でき、熱の反射効率が非常に高いです。CeO2 は高い屈折率と高い安定性を持っています。ナノ希土類酸化イットリウム、ナノ酸化ランタン、ナノ酸化セリウムの粉末を塗膜に添加すると、外壁塗膜は日光や紫外線にさらされることで老化して剥がれやすくなりますが、外壁の老化に耐えることができます。酸化セリウムと酸化イットリウムを添加することで長期間の耐久性があり、紫外線にも耐えられます。また、粒子径が非常に小さく、紫外線吸収剤としてナノ酸化セリウムが使用されており、プラスチックの老化防止に期待されています。紫外線照射による製品、タンク、自動車、船舶、石油貯蔵タンクなど。屋外の大型看板を保護し、内壁塗装のカビ、湿気、汚染を防ぐのに最適です。粒子が細かいため、ホコリが壁に付きにくく、水拭きも可能です。ナノ希土類酸化物の用途はまだまだ多く研究開発が進められており、その未来がより輝かしいものとなることを心より願っております。