Навіны - Нанаметровыя рэдказямельныя матэрыялы, новая сіла прамысловай рэвалюцыі

Нанаметровыя рэдказямельныя матэрыялы, новая сіла прамысловай рэвалюцыі

Нанатэхналогіі — гэта новая міждысцыплінарная галіна, якая паступова развівалася ў канцы 1980-х і пачатку 1990-х гадоў. Паколькі яна мае вялікі патэнцыял для стварэння новых вытворчых працэсаў, новых матэрыялаў і новых прадуктаў, яна пачне новую прамысловую рэвалюцыю ў новым стагоддзі. Сучасны ўзровень развіцця нананавукі і нанатэхналогій падобны да ўзроўню камп'ютэрных і інфармацыйных тэхналогій у 1950-х гадах. Большасць навукоўцаў, якія займаюцца гэтай галіной, прагназуюць, што развіццё нанатэхналогій будзе мець шырокі і далёкасяжны ўплыў на многія аспекты тэхналогіі. Навукоўцы лічаць, што яна валодае дзіўнымі ўласцівасцямі і ўнікальнымі характарыстыкамі. Асноўнымі эфектамі абмежавання, якія прыводзяць да дзіўных уласцівасцей нанаматэрыялаў рэдказямельных элементаў, з'яўляюцца эфект удзельнай паверхні, эфект малога памеру, эфект інтэрфейсу, эфект празрыстасці, тунэльны эфект і макраскапічны квантавы эфект. Гэтыя эфекты адрозніваюць фізічныя ўласцівасці нанасістэм ад уласцівасцей традыцыйных матэрыялаў у святле, электрычнасці, цяпле і магнетызме і прадстаўляюць шмат новых асаблівасцей. У будучыні існуе тры асноўныя напрамкі даследаванняў і распрацоўкі нанатэхналогій для навукоўцаў: падрыхтоўка і прымяненне нанаматэрыялаў з выдатнымі характарыстыкамі; распрацоўка і падрыхтоўка розных нанапрылад і абсталявання; выяўленне і аналіз уласцівасцей нанаабласцяў. У цяперашні час нанарэдказямельныя элементы маюць наступныя напрамкі прымянення, і іх прымяненне патрабуе далейшага развіцця ў будучыні.

Нанаметровы аксід лантана (La2O3)

Нанаметровы аксід лантана ўжываецца ў п'езаэлектрычных матэрыялах, электратэрмічных матэрыялах, тэрмаэлектрычных матэрыялах, магнітарэзістыўных матэрыялах, люмінесцэнтных матэрыялах (сіні парашок), матэрыялах для захоўвання вадароду, аптычным шкле, лазерных матэрыялах, розных сплаўных матэрыялах, каталізатарах для падрыхтоўкі арганічных хімічных прадуктаў і каталізатарах для нейтралізацыі выхлапных газаў аўтамабіляў, а таксама ў сельскагаспадарчых плёнках для пераўтварэння святла.

Нанаметровы аксід цэрыя (CeO2)

Асноўныя сферы прымянення нанааксіду цэрыя наступныя: 1. Як дабаўка да шкла, нанааксід цэрыя можа паглынаць ультрафіялетавае і інфрачырвонае выпраменьванне і ўжываецца для аўтамабільнага шкла. Ён можа не толькі прадухіліць ультрафіялетавае выпраменьванне, але і знізіць тэмпературу ўнутры аўтамабіля, тым самым эканомячы электраэнергію для кандыцыянавання паветра. 2. Ужыванне нанааксіду цэрыя ў каталізатарах ачысткі выхлапных газаў аўтамабіляў можа эфектыўна прадухіліць трапленне вялікай колькасці выхлапных газаў аўтамабіляў у паветра. 3. Нанааксід цэрыя можа выкарыстоўвацца ў пігментах для афарбоўвання пластмас, а таксама можа выкарыстоўвацца ў пакрыццях, чарнілах і папяровай прамысловасці. 4. Ужыванне нанааксіду цэрыя ў паліравальных матэрыялах шырока прызнана патрабаваннем высокай дакладнасці для паліроўкі крэмніевых пласцін і падкладак монакрышталічнага сапфіра. 5. Акрамя таго, нанааксід цэрыя можа таксама ўжывацца ў матэрыялах для захоўвання вадароду, тэрмаэлектрычных матэрыялах, вальфрамавых электродах з нанааксіду цэрыя, керамічных кандэнсатарах, п'езаэлектрычнай кераміцы, абразівах з карбіду крэмнія з нанааксіду цэрыя, сыравіне для паліўных элементаў, бензінавых каталізатарах, некаторых пастаянных магнітных матэрыялах, розных легаваных сталях і каляровых металах і г.д.

Нанаметровы аксід празеадыму (Pr6O11)

Асноўныя сферы прымянення нанаметровага аксіду празеадыму наступныя: 1. Ён шырока выкарыстоўваецца ў будаўнічай кераміцы і кераміцы штодзённага ўжытку. Яго можна змешваць з керамічнай глазурай для атрымання каляровай глазуры, а таксама выкарыстоўваць у якасці асобнага пігмента пад глазурай. Атрыманы пігмент мае светла-жоўты колер з чыстым і элегантным адценнем. 2. Ён выкарыстоўваецца для вырабу пастаянных магнітаў і шырока ўжываецца ў розных электронных прыладах і рухавіках. 3. Ён выкарыстоўваецца для каталітычнага крэкінгу нафты. Можна палепшыць актыўнасць, селектыўнасць і стабільнасць каталізу. 4. Нана-аксід празеадыму таксама можа выкарыстоўвацца для абразіўнай паліроўкі. Акрамя таго, ужыванне нанаметровага аксіду празеадыму ў галіне аптычных валокнаў становіцца ўсё больш шырокім. Нанаметровы аксід неадыму (Nd2O3) Нанаметровы аксід неадыму стаў папулярным на рынку на працягу многіх гадоў дзякуючы свайму ўнікальнаму становішчу ў галіне рэдказямельных элементаў. Нанааксід неадыму таксама ўжываецца для каляровых металаў. Даданне 1,5%~2,5% нанааксіду неадыму ў магніевы або алюмініевы сплаў можа палепшыць высокатэмпературныя характарыстыкі, герметычнасць і каразійную ўстойлівасць сплаву, і ён шырока выкарыстоўваецца ў якасці аэракасмічнага матэрыялу для авіяцыі. Акрамя таго, нанаітрыевы алюмініевы гранат, легаваны нанааксідам неадыму, стварае караткахвалевы лазерны прамень, які шырока выкарыстоўваецца для зваркі і рэзкі тонкіх матэрыялаў таўшчынёй менш за 10 мм у прамысловасці. У медыцыне нана-YAG-лазер, легаваны нана-Nd_2O_3, выкарыстоўваецца для выдалення хірургічных ран або дэзінфекцыі ран замест хірургічных нажоў. Нанаметровы аксід неадыму таксама выкарыстоўваецца для афарбоўвання шкляных і керамічных матэрыялаў, гумовых вырабаў і дабавак.

Наначасціцы аксіду самарыю (Sm2O3)

Асноўныя сферы прымянення нанапамернага аксіду самарыю: нанапамерны аксід самарыю мае светла-жоўты колер і выкарыстоўваецца ў керамічных кандэнсатарах і каталізатарах. Акрамя таго, нанапамерны аксід самарыю валодае ядзернымі ўласцівасцямі і можа выкарыстоўвацца ў якасці канструкцыйнага матэрыялу, ахоўнага матэрыялу і кіруючага матэрыялу атамных рэактараў, што дазваляе бяспечна выкарыстоўваць вялікую энергію, якая выпрацоўваецца пры дзяленні ядзер. Наначасціцы аксіду еўропію (Eu2O3) у асноўным выкарыстоўваюцца ў люмінафорах. Eu3+ выкарыстоўваецца ў якасці актыватара чырвонага люмінафора, а Eu2+ - у якасці сіняга. Y0O3:Eu3+ - гэта найлепшы люмінафор па светлавой эфектыўнасці, стабільнасці пакрыцця, кошту аднаўлення і г.д., і ён шырока выкарыстоўваецца дзякуючы паляпшэнню светлавой эфектыўнасці і кантраснасці. Апошнім часам нанааксід еўропію таксама выкарыстоўваецца ў якасці люмінафора з вымушаным выпраменьваннем у новых рэнтгенаўскіх медыцынскіх дыягнастычных сістэмах. Нанааксід еўропію таксама можа выкарыстоўвацца для вырабу каляровых лінзаў і аптычных фільтраў, для магнітных бурбалак, а таксама можа прадэманстраваць свае таленты ў кіруючых матэрыялах, ахоўных матэрыялах і канструкцыйных матэрыялах атамных рэактараў. Дробначасцічны чырвоны люмінафор аксіду гадалінія-еўропію (Y2O3:Eu3+) быў падрыхтаваны з выкарыстаннем нанааксіду ітрыю (Y2O3) і нанааксіду еўропію (Eu2O3) у якасці сыравіны. Пры яго выкарыстанні для падрыхтоўкі трохкаляровага люмінафора рэдказямельных элементаў было выяўлена, што: (а) ён добра і раўнамерна змешваецца з зялёным і сінім парашком; (б) мае добрую эфектыўнасць пакрыцця; (в) паколькі памер часціц чырвонага парашка малы, удзельная плошча паверхні павялічваецца, а колькасць люмінесцэнтных часціц павялічваецца, колькасць чырвонага парашка ў трохкаляровым люмінафоры рэдказямельных элементаў можа быць зменшана, што прыводзіць да зніжэння кошту.

Наначасціцы аксіду гадалінія (Gd2O3)

Яго асноўныя сферы прымянення наступныя: 1. Яго водарастваральны парамагнітны комплекс можа палепшыць сігнал ЯМР-візуалізацыі чалавечага цела пры лячэнні. 2. Асноўны аксід серы можа быць выкарыстаны ў якасці матрычнай сеткі асцылографа і рэнтгенаўскага экрана са спецыяльнай яркасцю. 3. Аксід нанагадалінія ў нанагадалініевым галіевым гранаце з'яўляецца ідэальнай адзінай падкладкай для магнітнай бурбалкавай памяці. 4. Калі няма абмежавання цыклу Камота, яго можна выкарыстоўваць у якасці цвёрдага магнітнага астуджальнай асяроддзя. 5. Ён выкарыстоўваецца ў якасці інгібітара для кантролю ўзроўню ланцуговай рэакцыі атамных электрастанцый для забеспячэння бяспекі ядзерных рэакцый. Акрамя таго, выкарыстанне аксіду нанагадалінія і аксіду наналантана дапамагае змяніць вобласць шклавання і палепшыць тэрмічную стабільнасць шкла. Аксід нанагадалінія таксама можа быць выкарыстаны для вырабу кандэнсатараў і экранаў, якія ўзмацняюць рэнтгенаўскае выпраменьванне. У цяперашні час свет прыкладае вялікія намаганні для развіцця прымянення аксіду нанагадалінія і яго сплаваў у магнітным халадзільніку і дасягнуў прарыўнага прагрэсу.

Наначасціцы аксіду тэрбію (Tb4O7)

Асноўныя вобласці прымянення наступныя: 1. Фосфары выкарыстоўваюцца ў якасці актыватараў зялёнага парашка ў трохкаляровых люмінафорах, такіх як фасфатная матрыца, актываваная нанааксідам тэрбію, сілікатная матрыца, актываваная нанааксідам тэрбію, і нанааксід цэрыя-алюмінат магнію, актываваны нанааксідам тэрбію, якія ўсе выпраменьваюць зялёнае святло ва ўзбуджаным стане. 2. Магнітааптычныя матэрыялы для захоўвання інфармацыі. У апошнія гады былі даследаваны і распрацаваны магнітааптычныя матэрыялы на аснове нанааксіду тэрбію. Магнітааптычны дыск, выраблены з аморфнай плёнкі Tb-Fe, выкарыстоўваецца ў якасці элемента захоўвання камп'ютэрнай інфармацыі, і ёмістасць захоўвання можа быць павялічана ў 10-15 разоў. 3. Магнітааптычнае шкло, аптычна актыўнае шкло Фарадэя, якое змяшчае нанаметровы аксід тэрбію, з'яўляецца ключавым матэрыялам для вырабу рататараў, ізалятараў, кольцаў і шырока выкарыстоўваецца ў лазерных тэхналогіях. Нанаметровы аксід тэрбію (нанаметровы аксід дыспразію) у асноўным выкарыстоўваецца ў гідралакатарах і шырока выкарыстоўваецца ў многіх галінах, такіх як сістэмы ўпырску паліва, кіраванне клапанамі вадкасці, мікрапазіцыянаванне, механічныя прывады, механізмы і рэгулятары крылаў касмічных тэлескопаў самалётаў. Асноўныя сферы прымянення нанааксіду дыспразію Dy2O3: 1. Нанааксід дыспразію выкарыстоўваецца ў якасці актыватара люмінесцэнта, а трохвалентны аксід нанадыспразію - гэта перспектыўны актывацыйны іон трохкаляровых люмінесцэнтных матэрыялаў з адным люмінесцэнтным цэнтрам. Ён у асноўным складаецца з дзвюх палос выпраменьвання, адна - жоўтае святло, другая - сіняе святло, і люмінесцэнтныя матэрыялы, легаваныя нанааксідам дыспразію, могуць выкарыстоўвацца ў якасці трохкаляровых люмінесцэнтаў. 2. Нанаметровы аксід дыспразію з'яўляецца неабходнай металічнай сыравінай для атрымання сплаву тэрфенолу з вялікім магнітастрыкцыйным сплавам нана-аксіду тэрбію і нана-аксіду дыспразію, які можа рэалізоўваць некаторыя дакладныя дзеянні механічнага руху. 3. Нанаметровы металічны аксід дыспразію можа быць выкарыстаны ў якасці магнітааптычнага матэрыялу для захоўвання з высокай хуткасцю запісу і адчувальнасцю счытвання. 4. Выкарыстоўваецца для вырабу нанаметровых лямпаў з аксіду дыспразію. Рабочым рэчывам, якое выкарыстоўваецца ў лямпах з аксіду дыспразію, з'яўляецца нанааксід дыспразію, які мае перавагі высокай яркасці, добрага колеру, высокай каляровай тэмпературы, малога памеру і стабільнай дугі, і выкарыстоўваецца ў якасці крыніцы святла для плёнкі і друку. 5. Нанаметровы аксід дыспразію выкарыстоўваецца для вымярэння энергетычнага спектру нейтронаў або ў якасці паглынальніка нейтронаў у атамнай энергетыцы з-за вялікай плошчы папярочнага сячэння захопу нейтронаў.

Ho _ 2O _ 3 нанаметры

Асноўныя сферы прымянення нана-аксіду гольмію наступныя: 1. У якасці дабаўкі да металагалагенавай лямпы, металагалагенавая лямпа з'яўляецца відам газаразраднай лямпы, распрацаванай на аснове ртутнай лямпы высокага ціску, і яе характарыстыка заключаецца ў тым, што колба запоўнена рознымі галагенідамі рэдказямельных элементаў. У цяперашні час у асноўным выкарыстоўваюцца ёдыды рэдказямельных элементаў, якія выпраменьваюць розныя спектральныя лініі пры газавым разрадзе. Рабочым рэчывам, якое выкарыстоўваецца ў нана-аксіднай лямпе з гольмію, з'яўляецца ёдыд аксіду нана-гольмію, які дазваляе дасягнуць больш высокай канцэнтрацыі атамаў металу ў зоне дугі, тым самым значна паляпшаючы эфектыўнасць выпраменьвання. 2. Нанаметровы аксід гольмію можа быць выкарыстаны ў якасці дабаўкі да жалеза-ітрыевага або алюмініевага граната-ітрыю; 3. Аксід нана-гольмію можа быць выкарыстаны ў якасці жалеза-ітрыевага граната-ітрыю (Ho:YAG), які можа выпраменьваць лазер з даўжынёй хвалі 2 мкм, прычым хуткасць паглынання лазера з даўжынёй хвалі 2 мкм у тканках чалавека высокая. Яна амаль на тры парадкі вышэйшая, чым у Hd:YAG0. Такім чынам, пры выкарыстанні Ho:YAG-лазера для медыцынскіх аперацый можна не толькі павысіць эфектыўнасць і дакладнасць аперацыі, але і паменшыць плошчу цеплавога пашкоджання. Свабодны прамень, які генеруецца нанакрышталем аксіду гольмію, можа выдаляць тлушч без выпрацоўкі празмернага цяпла, тым самым памяншаючы цеплавое пашкоджанне здаровых тканін. Паведамляецца, што лячэнне глаўкомы нанаметровым лазерам на аксіде гольмію ў Злучаных Штатах можа паменшыць боль падчас аперацыі. 4. У магнітастрыкцыйны сплаў Terfenol-D таксама можна дадаць невялікую колькасць нанапамернага аксіду гольмію для памяншэння знешняга поля, неабходнага для намагнічанасці насычэння сплаву. 5. Акрамя таго, аптычнае валакно, легаванае нанааксідам гольмію, можа выкарыстоўвацца для вырабу прылад аптычнай сувязі, такіх як валаконныя лазеры, валаконныя ўзмацняльнікі, валаконныя датчыкі і г.д. Яно будзе адыгрываць больш важную ролю ў сучаснай хуткай валаконнай сувязі.

Нанаметровы аксід ітрыю (Y2O3)

Асноўныя сферы прымянення нанааксіду ітрыю наступныя: 1. Дабаўкі для сталі і каляровых сплаваў. Сплаў FeCr звычайна змяшчае 0,5%~4% нанааксіду ітрыю, які можа палепшыць устойлівасць да акіслення і пластычнасць гэтых нержавеючых сталей. Пасля дадання адпаведнай колькасці змешаных рэдказямельных элементаў, багатых нанааксідам ітрыю, у сплаў MB26, комплексныя ўласцівасці сплаву былі відавочна палепшаны. Ён можа замяніць некаторыя сярэдне- і трывалыя алюмініевыя сплавы для напружаных кампанентаў самалётаў. Даданне невялікай колькасці нанааксіду ітрыю (рэдказямельнага элемента) у сплаў Al-Zr можа палепшыць праводнасць сплаву. Сплаў быў выкарыстаны большасцю заводаў па вытворчасці дроту ў Кітаі. Нанааксід ітрыю быў дададзены ў медны сплаў для паляпшэння праводнасці і механічнай трываласці. 2. Керамічны матэрыял на аснове нітрыду крэмнію, які змяшчае 6% нанааксіду ітрыю і 2% алюмінію. Ён можа быць выкарыстаны для распрацоўкі дэталяў рухавіка. 3. Свідраванне, рэзка, зварка і іншыя механічныя апрацоўкі буйных кампанентаў выконваюцца з выкарыстаннем лазернага прамяня нананеадымавага аксіду алюмініевага граната магутнасцю 400 Вт. 4. Экран электроннага мікраскопа, які складаецца з монакрышталя граната Y-Al, мае высокую яркасць флуарэсцэнцыі, нізкае паглынанне рассеянага святла, а таксама добрую ўстойлівасць да высокіх тэмператур і механічнага зносу. 5. Сплаў з высокай структурай нанааксіду ітрыя, які змяшчае 90% нанааксіду гадалінія, можа быць ужыты ў авіяцыі і іншых выпадках, якія патрабуюць нізкай шчыльнасці і высокай тэмпературы плаўлення. 6. Высокатэмпературныя пратонправодныя матэрыялы, якія змяшчаюць 90% нанааксіду ітрыя, маюць вялікае значэнне для вытворчасці паліўных элементаў, электралітычных элементаў і газавых датчыкаў, якія патрабуюць высокай растваральнасці вадароду. Акрамя таго, нанааксід ітрыя таксама выкарыстоўваецца ў якасці матэрыялу, устойлівага да высокатэмпературнага распылення, разбаўляльніка паліва для атамных рэактараў, дабаўкі да матэрыялу пастаянных магнітаў і гетэра ў электроннай прамысловасці.

Акрамя вышэйзгаданага, нанааксіды рэдказямельных элементаў таксама могуць выкарыстоўвацца ў матэрыялах адзення для аховы здароўя чалавека і аховы навакольнага асяроддзя. З бягучых даследчых блокаў усе яны маюць пэўныя напрамкі: супраць ультрафіялетавага выпраменьвання; забруджванне паветра і ультрафіялетавае выпраменьванне схільныя да скурных захворванняў і раку скуры; прадухіленне забруджвання абцяжарвае прыліпанне забруджвальных рэчываў да адзення; таксама вывучаецца напрамак супрацьзахавання цяпла. Паколькі скура цвёрдая і лёгка старэе, яна найбольш схільная да цвілі ў дажджлівыя дні. Скуру можна змякчыць шляхам адбельвання нанааксідам рэдказямельных элементаў цэрыя, які не так лёгка старэе і не цвілее, і ён зручны ў нашэнні. У апошнія гады нанапакрыцці таксама з'яўляюцца прадметам даследаванняў нанаматэрыялаў, і асноўныя даследаванні сканцэнтраваны на функцыянальных пакрыццях. Y2O3 з даўжынёй даўжыні 80 нм у Злучаных Штатах можа выкарыстоўвацца ў якасці інфрачырвонага экраніруючага пакрыцця. Эфектыўнасць адлюстравання цяпла вельмі высокая. CeO2 мае высокі паказчык праламлення і высокую стабільнасць. Калі ў пакрыццё дадаюць нана-аксід рэдказямельных элементаў ітрыя, нана-аксід лантана і нана-аксід цэрыя, вонкавая сцяна можа супрацьстаяць старэнню, таму што пакрыццё вонкавай сценкі лёгка старэе і адвальваецца, бо фарба доўга падвяргаецца ўздзеянню сонечнага святла і ультрафіялетавых прамянёў, і яна можа супрацьстаяць ультрафіялетавым прамяням пасля дадання аксіду цэрыя і аксіду ітрыя. Акрамя таго, памер яго часціц вельмі малы, і нана-аксід цэрыя выкарыстоўваецца ў якасці паглынальніка ультрафіялетавага выпраменьвання, які, як чакаецца, будзе выкарыстоўвацца для прадухілення старэння пластыкавых вырабаў з-за ультрафіялетавага выпраменьвання, рэзервуараў, аўтамабіляў, караблёў, рэзервуараў для захоўвання нафты і г.д., што можа найлепшым чынам абараніць вялікія вулічныя рэкламныя шчыты і прадухіліць цвіль, вільгаць і забруджванне ўнутраных насценных пакрыццяў. Дзякуючы малому памеру часціц пыл не так лёгка прыліпае да сцяны. І яго можна выціраць вадой. Існуе яшчэ шмат ужыванняў нана-аксідаў рэдказямельных элементаў, якія патрабуюць далейшых даследаванняў і распрацовак, і мы шчыра спадзяемся, што ў іх будзе больш бліскучая будучыня.