Nachrichten - Nanometergroße Seltene Erden, eine neue Kraft in der industriellen Revolution

Nanometergroße Seltene Erden, eine neue Kraft in der industriellen Revolution

Die Nanotechnologie ist ein neues interdisziplinäres Feld, das sich Ende der 1980er und Anfang der 1990er Jahre schrittweise entwickelte. Aufgrund ihres enormen Potenzials für die Schaffung neuer Produktionsprozesse, neuer Materialien und neuer Produkte wird sie im neuen Jahrhundert eine neue industrielle Revolution auslösen. Der aktuelle Entwicklungsstand der Nanowissenschaften und der Nanotechnologie ähnelt dem der Computer- und Informationstechnologie in den 1950er Jahren. Die meisten auf diesem Gebiet tätigen Wissenschaftler sagen voraus, dass die Entwicklung der Nanotechnologie weitreichende Auswirkungen auf viele Aspekte der Technologie haben wird. Wissenschaftler sind überzeugt, dass sie ungewöhnliche Eigenschaften und eine einzigartige Leistungsfähigkeit besitzt. Die wichtigsten Einschlusseffekte, die zu den ungewöhnlichen Eigenschaften von Nano-Seltenerdmaterialien führen, sind der spezifische Oberflächeneffekt, der Kleingrößeneffekt, der Grenzflächeneffekt, der Transparenzeffekt, der Tunneleffekt und der makroskopische Quanteneffekt. Diese Effekte führen dazu, dass sich die physikalischen Eigenschaften von Nanosystemen in Bezug auf Licht, Elektrizität, Wärme und Magnetismus von denen herkömmlicher Materialien unterscheiden und zahlreiche neuartige Merkmale aufweisen. In Zukunft werden Wissenschaftler in drei Hauptrichtungen der Nanotechnologieforschung und -entwicklung vorgehen: Herstellung und Anwendung von Nanomaterialien mit hervorragender Leistungsfähigkeit; Design und Herstellung verschiedener Nanogeräte und -ausrüstungen; Erkennen und Analysieren der Eigenschaften von Nanoregionen. Derzeit gibt es für Nano-Seltene Erden hauptsächlich die folgenden Anwendungsgebiete, und ihre Anwendung muss in Zukunft weiterentwickelt werden.

Nanometer-Lanthanoxid (La2O3)

Nanometer-Lanthanoxid wird für piezoelektrische Materialien, elektrothermische Materialien, thermoelektrische Materialien, magnetoresistive Materialien, lumineszierende Materialien (blaues Pulver), Wasserstoffspeichermaterialien, optisches Glas, Lasermaterialien, verschiedene Legierungsmaterialien, Katalysatoren zur Herstellung organischer chemischer Produkte und Katalysatoren zur Neutralisierung von Autoabgasen verwendet. Auch für landwirtschaftliche Lichtumwandlungsfilme wird Nanometer-Lanthanoxid verwendet.

Nanometer-Ceroxid (CeO2)

Nano-Ceroxid hat folgende Hauptanwendungsgebiete: 1. Als Glaszusatz absorbiert Nano-Ceroxid Ultraviolett- und Infrarotstrahlen und wird für Autoglas verwendet. Es blockiert nicht nur Ultraviolettstrahlen, sondern senkt auch die Temperatur im Fahrzeuginnenraum und spart so Strom für die Klimaanlage. 2. Nano-Ceroxid in Abgaskatalysatoren verhindert wirksam den Ausstoß großer Abgasmengen. 3. Nano-Ceroxid kann als Pigment zum Einfärben von Kunststoffen sowie in der Lack-, Tinten- und Papierindustrie eingesetzt werden. 4. Nano-Ceroxid in Poliermitteln ist als hochpräzises Poliermittel für Silizium-Wafer und Saphir-Einkristallsubstrate anerkannt. 5. Darüber hinaus kann Nano-Ceroxid auch in Wasserstoffspeichermaterialien, thermoelektrischen Materialien, Nano-Ceroxid-Wolframelektroden, Keramikkondensatoren, piezoelektrischen Keramiken, Nano-Ceroxid-Siliziumkarbid-Schleifmitteln, Brennstoffzellenrohstoffen, Benzinkatalysatoren, einigen permanentmagnetischen Materialien, verschiedenen legierten Stählen und Nichteisenmetallen usw. eingesetzt werden.

Das Nanometer-Praseodymoxid (Pr6O11)

Nano-Praseodymoxid wird hauptsächlich wie folgt verwendet: 1. Es wird häufig in Baukeramik und Alltagskeramik verwendet. Es kann mit Keramikglasur gemischt werden, um farbige Glasuren herzustellen, oder es kann auch allein als Unterglasurpigment verwendet werden. Das hergestellte Pigment ist hellgelb mit reinem und elegantem Farbton. 2. Es wird zur Herstellung von Permanentmagneten verwendet und findet breite Anwendung in verschiedenen elektronischen Geräten und Motoren. 3. Es wird zum katalytischen Cracken von Erdöl verwendet. Aktivität, Selektivität und Stabilität der Katalyse können verbessert werden. 4. Nano-Praseodymoxid kann auch zum Schleifpolieren verwendet werden. Außerdem wird Nano-Praseodymoxid immer häufiger im Bereich der Glasfaser eingesetzt. Nano-Neodymoxid (Nd2O3) Nano-Neodymoxid ist aufgrund seiner einzigartigen Stellung im Bereich der Seltenen Erden seit vielen Jahren ein Renner auf dem Markt. Nano-Neodymoxid wird auch in Nichteisenmetallen eingesetzt. Die Zugabe von 1,5 bis 2,5 % Nano-Neodymoxid zu Magnesium- oder Aluminiumlegierungen verbessert deren Hochtemperaturbeständigkeit, Luftdichtheit und Korrosionsbeständigkeit und wird häufig als Werkstoff in der Luftfahrt eingesetzt. Darüber hinaus erzeugt mit Nano-Neodymoxid dotiertes Nano-Yttrium-Aluminium-Granat kurzwellige Laserstrahlen, die in der Industrie häufig zum Schweißen und Schneiden dünner Materialien unter 10 mm Dicke eingesetzt werden. Im medizinischen Bereich wird mit Nano-Nd_2O_3 dotierter Nano-YAG-Laser anstelle von chirurgischen Messern zur Wundentfernung und Wunddesinfektion eingesetzt. Nano-Neodymoxid wird auch zum Färben von Glas- und Keramikmaterialien, Gummiprodukten und Additiven verwendet.

Samariumoxid-Nanopartikel (Sm2O3)

Die Hauptanwendungsgebiete von nanometergroßem Samariumoxid sind: Nanometergroßes Samariumoxid ist hellgelb und wird in Keramikkondensatoren und Katalysatoren eingesetzt. Darüber hinaus besitzt nanometergroßes Samariumoxid nukleare Eigenschaften und kann als Strukturmaterial, Abschirmmaterial und Steuermaterial für Atomreaktoren verwendet werden, um die enorme Energie, die durch Kernspaltung erzeugt wird, sicher zu nutzen. Europiumoxid-Nanopartikel (Eu2O3) werden hauptsächlich in Leuchtstoffen verwendet. Eu3+ dient als Aktivator für roten Leuchtstoff und Eu2+ als blauer Leuchtstoff. Y0O3:Eu3+ ist der beste Leuchtstoff hinsichtlich Lichtausbeute, Beschichtungsstabilität und Rückgewinnungskosten und wird aufgrund seiner verbesserten Lichtausbeute und seines Kontrasts häufig eingesetzt. In letzter Zeit wird Nano-Europiumoxid auch als stimulierter Emissionsleuchtstoff für neue medizinische Röntgendiagnosesysteme verwendet. Nano-Europiumoxid kann auch zur Herstellung farbiger Linsen und optischer Filter sowie für magnetische Blasenspeichergeräte verwendet werden und zeigt seine Fähigkeiten auch in Steuermaterialien, Abschirmmaterialien und Strukturmaterialien von Atomreaktoren. Der rote Leuchtstoff aus feinen Partikeln von Gadolinium-Europiumoxid (Y2O3:Eu3+) wurde aus Nano-Yttriumoxid (Y2O3) und Nano-Europiumoxid (Eu2O3) als Rohstoffen hergestellt. Bei der Verwendung zur Herstellung von dreifarbigem Seltenerd-Leuchtstoff wurde Folgendes festgestellt: (a) Es lässt sich gut und gleichmäßig mit grünem und blauem Pulver mischen; (b) es weist eine gute Beschichtungsleistung auf; (c) da die Partikelgröße des roten Pulvers klein ist, die spezifische Oberfläche zunimmt und die Zahl der leuchtenden Partikel zunimmt, kann die Menge an rotem Pulver in dreifarbigen Seltenerd-Leuchtstoffen reduziert werden

Gadoliniumoxid-Nanopartikel (Gd2O3)

Die Hauptanwendungen sind: 1. Der wasserlösliche paramagnetische Komplex kann das NMR-Bildgebungssignal des menschlichen Körpers in der medizinischen Behandlung verbessern. 2. Basisches Schwefeloxid kann als Matrixgitter für Oszilloskopröhren und Röntgenschirme mit besonderer Helligkeit eingesetzt werden. 3. Nano-Gadoliniumoxid in Nano-Gadolinium-Gallium-Granat ist ein ideales Einzelsubstrat für Magnetblasenspeicher. 4. Bei fehlender Camot-Zyklusgrenze kann es als festes magnetisches Kühlmittel eingesetzt werden. 5. Es dient als Inhibitor zur Kontrolle des Kettenreaktionsniveaus in Kernkraftwerken, um die Sicherheit von Kernreaktionen zu gewährleisten. Darüber hinaus trägt die Verwendung von Nano-Gadoliniumoxid und Nano-Lanthanoxid dazu bei, den Verglasungsbereich zu verändern und die thermische Stabilität von Glas zu verbessern. Nano-Gadoliniumoxid kann auch zur Herstellung von Kondensatoren und Röntgenverstärkungsschirmen verwendet werden. Derzeit werden weltweit große Anstrengungen unternommen, um die Anwendung von Nano-Gadoliniumoxid und seinen Legierungen in der magnetischen Kühlung zu entwickeln und bahnbrechende Fortschritte zu erzielen.

Terbiumoxid-Nanopartikel (Tb4O7)

Die wichtigsten Anwendungsgebiete sind: 1. Leuchtstoffe werden als Aktivatoren für grünes Pulver in dreifarbigen Leuchtstoffen verwendet, z. B. eine mit Nano-Terbiumoxid aktivierte Phosphatmatrix, eine mit Nano-Terbiumoxid aktivierte Silikatmatrix und eine mit Nano-Terbiumoxid aktivierte Nano-Ceroxid-Magnesiumaluminatmatrix, die im angeregten Zustand grünes Licht emittieren. 2. Magnetooptische Speichermaterialien: In den letzten Jahren wurden magnetooptische Materialien auf Nano-Terbiumoxid-Basis erforscht und entwickelt. Die magnetooptische Platte aus amorphem Tb-Fe-Film wird als Computerspeicherelement verwendet und kann die Speicherkapazität um das 10- bis 15-fache erhöhen. 3. Magnetooptisches Glas, ein optisch aktives Faraday-Glas mit Nano-Terbiumoxid, ist ein wichtiges Material zur Herstellung von Rotatoren, Isolatoren und Annulatoren und wird häufig in der Lasertechnologie verwendet. Nano-Terbiumoxid bzw. Nano-Dysprosiumoxid wird hauptsächlich in Sonaren verwendet und findet breite Anwendung in vielen Bereichen, beispielsweise in Kraftstoffeinspritzsystemen, Flüssigkeitsventilsteuerungen, Mikropositionierungen, mechanischen Aktuatoren, Mechanismen und Flügelreglern von Weltraumteleskopen. Die wichtigsten Verwendungszwecke von Dy2O3-Nano-Dysprosiumoxid sind: 1. Nano-Dysprosiumoxid wird als Aktivator für Leuchtstoffe verwendet, und dreiwertiges Nano-Dysprosiumoxid ist ein vielversprechendes Aktivierungsion für dreifarbige Leuchtstoffe mit einem einzelnen Leuchtzentrum. Es besteht hauptsächlich aus zwei Emissionsbändern, eines für die Emission von gelbem und eines für die Emission von blauem Licht, und mit Nano-Dysprosiumoxid dotierte Leuchtstoffe können als dreifarbige Leuchtstoffe verwendet werden. Nanometer-Dysprosiumoxid ist ein notwendiger metallischer Rohstoff zur Herstellung von Terfenol-Legierungen mit großflächigem magnetostriktivem Legierungs-Nano-Terbiumoxid und Nano-Dysprosiumoxid, mit denen einige präzise mechanische Bewegungsaktivitäten realisiert werden können. 3. Nanometer-Dysprosiumoxid-Metall kann als magnetooptisches Speichermaterial mit hoher Aufzeichnungsgeschwindigkeit und Leseempfindlichkeit verwendet werden. 4. Wird zur Herstellung von Nanometer-Dysprosiumoxid-Lampen verwendet. Der in Nano-Dysprosiumoxid-Lampen verwendete Arbeitsstoff ist Nano-Dysprosiumoxid, das die Vorteile hoher Helligkeit, guter Farbe, hoher Farbtemperatur, geringer Größe und stabilen Lichtbogens bietet und als Lichtquelle für Filme und Drucke verwendet wird. 5. Nanometer-Dysprosiumoxid wird aufgrund seines großen Neutroneneinfangquerschnitts zur Messung des Neutronenenergiespektrums oder als Neutronenabsorber in der Atomenergieindustrie verwendet.

Ho_2O_3 Nanometer

Nano-Holmiumoxid wird hauptsächlich wie folgt verwendet: 1. Als Zusatz zu Metall-Halogen-Lampen. Metall-Halogen-Lampen sind Gasentladungslampen, die auf Basis von Quecksilberhochdrucklampen entwickelt wurden und deren Besonderheit darin besteht, dass der Kolben mit verschiedenen Seltenerdhalogeniden gefüllt ist. Derzeit werden hauptsächlich Seltenerdiodide verwendet, die bei Gasentladungen unterschiedliche Spektrallinien emittieren. Als Arbeitsstoff für Nano-Holmiumoxid-Lampen wird Nano-Holmiumoxidiodid verwendet, das eine höhere Metallatomkonzentration im Lichtbogenbereich ermöglicht und so die Strahlungseffizienz deutlich verbessert. 2. Nano-Holmiumoxid kann als Zusatz zu Yttrium-Eisen- oder Yttrium-Aluminium-Granat verwendet werden. 3. Nano-Holmiumoxid kann als Yttrium-Eisen-Aluminium-Granat (Ho:YAG) verwendet werden, das 2-μm-Laser emittieren kann. Die Absorptionsrate von 2-μm-Laser im menschlichen Gewebe ist hoch und liegt fast drei Größenordnungen über der von Hd:YAG0. Daher kann die Verwendung eines Ho:YAG-Lasers bei medizinischen Operationen nicht nur die Effizienz und Genauigkeit der Operation verbessern, sondern auch den Bereich der thermischen Schädigung verkleinern. Der von den Nano-Holmiumoxid-Kristallen erzeugte freie Strahl kann Fett entfernen, ohne übermäßige Hitze zu erzeugen, und so die thermische Schädigung gesunden Gewebes verringern. Berichten zufolge kann die Behandlung von Glaukom mit Nano-Holmiumoxid-Lasern in den USA die Operationsschmerzen lindern. 4. Der magnetostriktiven Legierung Terfenol-D kann auch eine kleine Menge Nano-Holmiumoxid hinzugefügt werden, um das für die Sättigungsmagnetisierung der Legierung erforderliche externe Feld zu reduzieren. 5. Darüber hinaus können mit Nano-Holmiumoxid dotierte Glasfasern zur Herstellung optischer Kommunikationsgeräte wie Glasfaserlaser, Glasfaserverstärker, Glasfasersensoren usw. verwendet werden. Sie werden in der heutigen schnellen Glasfaserkommunikation eine immer wichtigere Rolle spielen.

Nanometer-Yttriumoxid (Y2O3)

Nano-Yttriumoxid wird hauptsächlich wie folgt verwendet: 1. Additive für Stahl und Nichteisenlegierungen. FeCr-Legierungen enthalten üblicherweise 0,5–4 % Nano-Yttriumoxid, wodurch die Oxidationsbeständigkeit und Duktilität dieser rostfreien Stähle verbessert werden können. Durch Zugabe einer angemessenen Menge gemischter Seltenerdmetalle, die reich an Nano-Yttriumoxid sind, zur MB26-Legierung wurden die Gesamteigenschaften der Legierung deutlich verbessert. Sie kann einige mittelfeste und starke Aluminiumlegierungen für beanspruchte Flugzeugkomponenten ersetzen. Durch Zugabe einer kleinen Menge Nano-Yttriumoxid-Seltenerdmetalle zur Al-Zr-Legierung kann die Leitfähigkeit der Legierung verbessert werden. Die Legierung wird von den meisten Drahtfabriken in China übernommen. Kupferlegierungen wurde Nano-Yttriumoxid zugesetzt, um die Leitfähigkeit und mechanische Festigkeit zu verbessern. 2. Siliziumnitrid-Keramikmaterial mit 6 % Nano-Yttriumoxid und 2 % Aluminium. Es kann zur Entwicklung von Motorteilen verwendet werden. 3. Bohren, Schneiden, Schweißen und andere mechanische Bearbeitungen werden an großen Komponenten mithilfe eines Nano-Neodymoxid-Aluminium-Granat-Laserstrahls mit einer Leistung von 400 Watt durchgeführt. 4. Der aus einem Y-Al-Granat-Einkristall bestehende Elektronenmikroskop-Bildschirm hat eine hohe Fluoreszenzhelligkeit, geringe Absorption von Streulicht und eine gute Hochtemperaturbeständigkeit und mechanische Verschleißfestigkeit. 5. Eine Legierung mit hoher Nano-Yttriumoxid-Struktur, die 90 % Nano-Gadoliniumoxid enthält, kann in der Luftfahrt und anderen Bereichen eingesetzt werden, bei denen eine niedrige Dichte und ein hoher Schmelzpunkt erforderlich sind. 6. Hochtemperatur-protonenleitende Materialien mit 90 % Nano-Yttriumoxid sind von großer Bedeutung für die Herstellung von Brennstoffzellen, Elektrolytzellen und Gassensoren, die eine hohe Wasserstofflöslichkeit erfordern. Außerdem wird Nano-Yttriumoxid auch als hochtemperaturbeständiges Spritzmaterial, Verdünnungsmittel für Atomreaktorbrennstoffe, Zusatz von Permanentmagnetmaterial und Getter in der Elektronikindustrie verwendet.

Darüber hinaus können Nano-Seltenerdoxide auch in Kleidungsmaterialien für die menschliche Gesundheit und den Umweltschutz eingesetzt werden. Aktuelle Forschungsarbeiten konzentrieren sich auf den Schutz vor ultravioletter Strahlung; Luftverschmutzung und ultraviolette Strahlung erhöhen das Risiko von Hautkrankheiten und Hautkrebs; die Vermeidung von Umweltverschmutzung erschwert das Anhaften von Schadstoffen an der Kleidung; und auch die Wärmeisolierung wird erforscht. Da Leder hart und leicht altert, ist es an regnerischen Tagen besonders anfällig für Schimmelbildung. Durch Bleichen mit Nano-Seltenerd-Ceroxid kann Leder weicher gemacht werden, wodurch es weniger altert und schimmelt und angenehm zu tragen ist. In den letzten Jahren stehen auch Nanobeschichtungsmaterialien im Fokus der Forschung, wobei der Schwerpunkt auf Funktionsbeschichtungen liegt. Y2O3 mit 80 nm wird in den USA als Infrarot-Abschirmbeschichtung eingesetzt. Die Wärmereflexionseffizienz ist sehr hoch. CeO2 hat einen hohen Brechungsindex und eine hohe Stabilität. Durch die Zugabe von Nano-Seltenerd-Yttriumoxid, Nano-Lanthanoxid und Nano-Ceroxidpulver zur Beschichtung wird die Außenwand alterungsbeständig. Außenwandbeschichtungen altern und blättern leicht ab, da die Farbe lange Zeit Sonnenlicht und UV-Strahlung ausgesetzt ist. Durch die Zugabe von Ceroxid und Yttriumoxid ist die Beschichtung UV-beständig. Aufgrund der sehr kleinen Partikelgröße wird Nano-Ceroxid als UV-Absorber eingesetzt, um die Alterung von Kunststoffprodukten durch UV-Strahlung, Tanks, Autos, Schiffen und Öltanks zu verhindern. Dadurch werden große Werbetafeln im Außenbereich optimal geschützt und Innenwandbeschichtungen vor Schimmel, Feuchtigkeit und Verschmutzung geschützt. Aufgrund der geringen Partikelgröße bleibt Staub nicht so leicht an der Wand haften. Die Beschichtung kann mit Wasser abgewaschen werden. Es gibt noch viele weitere Anwendungsgebiete für Nano-Seltenerdoxide, die weiter erforscht und entwickelt werden müssen, und wir hoffen aufrichtig auf eine erfolgreiche Zukunft.