الأخبار - المواد الأرضية النادرة النانومترية، قوة جديدة في الثورة الصناعية

المواد الأرضية النادرة النانومترية، قوة جديدة في الثورة الصناعية

تقنية النانو مجال جديد متعدد التخصصات، تطور تدريجيًا في أواخر الثمانينيات وأوائل التسعينيات. ونظرًا لإمكاناته الكبيرة في ابتكار عمليات إنتاج جديدة ومواد ومنتجات جديدة، فإنه سيُحدث ثورة صناعية جديدة في القرن الجديد. ويتشابه مستوى التطور الحالي لعلم النانو وتقنية النانو مع مستوى تطور تكنولوجيا الحاسوب والمعلومات في الخمسينيات. ويتوقع معظم العلماء الملتزمين بهذا المجال أن يكون لتطوير تقنية النانو تأثير واسع وبعيد المدى على العديد من جوانب التكنولوجيا. ويعتقد العلماء أنها تتمتع بخصائص غريبة وأداء فريد، وتتمثل تأثيرات الاحتجاز الرئيسية التي تؤدي إلى الخصائص الغريبة لمواد الأرض النادرة النانوية في تأثير السطح النوعي، وتأثير الحجم الصغير، وتأثير الواجهة، وتأثير الشفافية، وتأثير النفق، وتأثير الكم العياني. وتجعل هذه التأثيرات الخصائص الفيزيائية لنظام النانو مختلفة عن خصائص المواد التقليدية في الضوء والكهرباء والحرارة والمغناطيسية، وتقدم العديد من الميزات الجديدة. وفي المستقبل، هناك ثلاثة اتجاهات رئيسية للعلماء للبحث والتطوير في تقنية النانو: إعداد وتطبيق المواد النانوية ذات الأداء الممتاز؛ وتصميم وإعداد أجهزة ومعدات نانوية مختلفة؛ كشف وتحليل خصائص المناطق النانوية. حاليًا، تُستخدم العناصر الأرضية النادرة النانوية بشكل رئيسي في المجالات التالية، ويحتاج تطبيقها إلى مزيد من التطوير في المستقبل.

أكسيد اللانثانوم النانومتري (La2O3)

يتم تطبيق أكسيد اللانثانوم النانومتري على المواد الكهرضغطية والمواد الحرارية الكهربائية والمواد الحرارية الكهربائية ومواد المقاومة المغناطيسية والمواد المضيئة (المسحوق الأزرق) ومواد تخزين الهيدروجين والزجاج البصري ومواد الليزر ومواد السبائك المختلفة والمحفزات لإعداد المنتجات الكيميائية العضوية والمحفزات لتحييد عوادم السيارات وأفلام تحويل الضوء الزراعية يتم تطبيقها أيضًا على أكسيد اللانثانوم النانومتري.

أكسيد السيريوم النانومتري (CeO2)

الاستخدامات الرئيسية لأكسيد السيريوم النانوي هي كما يلي: 1. كمادة مضافة للزجاج، يمتص أكسيد السيريوم النانوي الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء، وقد استُخدم في زجاج السيارات. فهو لا يمنع الأشعة فوق البنفسجية فحسب، بل يخفض أيضًا درجة الحرارة داخل السيارة، مما يوفر استهلاك الكهرباء لمكيف الهواء. 2. إن استخدام أكسيد السيريوم النانوي في محفز تنقية عوادم السيارات يمنع بفعالية انبعاث كميات كبيرة من غازات عادم السيارات في الهواء. 3. يمكن استخدام أكسيد السيريوم النانوي في الأصباغ لتلوين البلاستيك، وفي صناعات الطلاء والحبر والورق. 4. يُعد استخدام أكسيد السيريوم النانوي في مواد التلميع أمرًا بالغ الأهمية لتلميع رقائق السيليكون وركائز بلورات الياقوت الأحادية. 5. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا تطبيق أكسيد السيريوم النانوي على مواد تخزين الهيدروجين، والمواد الحرارية الكهربائية، وأقطاب التنغستن من أكسيد السيريوم النانوي، والمكثفات الخزفية، والسيراميك الكهرضغطي، ومواد كاشطة كربيد السيليكون من أكسيد السيريوم النانوي، ومواد الخام لخلايا الوقود، وحفازات البنزين، وبعض المواد المغناطيسية الدائمة، وسبائك الفولاذ المختلفة والمعادن غير الحديدية، إلخ.

أكسيد البراسيوديميوم النانومتري (Pr6O11)

الاستخدامات الرئيسية لأكسيد البراسيوديميوم النانومتري هي كما يلي: 1. يُستخدم على نطاق واسع في سيراميك البناء والسيراميك للاستخدام اليومي. يمكن خلطه مع طلاء السيراميك لصنع طلاء ملون، ويمكن استخدامه أيضًا كصبغة تحت الطلاء بمفرده. الصبغة المُحضرة صفراء فاتحة ذات لون نقي وأنيق. 2. يُستخدم في تصنيع المغناطيسات الدائمة ويُستخدم على نطاق واسع في مختلف الأجهزة الإلكترونية والمحركات. 3. يُستخدم في التكسير الحفزي البترولي، حيث يمكن تحسين نشاط وانتقائية واستقرار التحفيز. 4. يمكن أيضًا استخدام أكسيد البراسيوديميوم النانومتري في التلميع الكاشط. بالإضافة إلى ذلك، يتزايد استخدام أكسيد البراسيوديميوم النانومتري في مجال الألياف البصرية. أكسيد النيوديميوم النانومتري (Nd2O3): أصبح أكسيد النيوديميوم النانومتري نقطة جذب في السوق لسنوات عديدة نظرًا لموقعه الفريد في مجال المعادن النادرة. يُستخدم أكسيد النيوديميوم النانوي أيضًا في المواد غير الحديدية. تُحسّن إضافة 1.5% إلى 2.5% من أكسيد النيوديميوم النانوي إلى سبائك المغنيسيوم أو الألومنيوم من أداء السبيكة في درجات الحرارة العالية، وعزلها عن الهواء، ومقاومتها للتآكل، كما تُستخدم على نطاق واسع كمواد في صناعة الطيران. بالإضافة إلى ذلك، يُنتج عقيق الألومنيوم والإتريوم النانوي المُضاف إليه أكسيد النيوديميوم النانوي شعاع ليزر قصير الموجة، يُستخدم على نطاق واسع في لحام وقطع المواد الرقيقة التي يقل سمكها عن 10 مم في الصناعة. وفي المجال الطبي، يُستخدم ليزر نانو-YAG المُضاف إليه نانو-Nd_2O_3 لإزالة الجروح الجراحية أو تطهيرها بدلًا من استخدام السكاكين الجراحية. كما يُستخدم أكسيد النيوديميوم النانوي في تلوين الزجاج والسيراميك، والمنتجات المطاطية، والمواد المضافة.

جسيمات نانوية من أكسيد الساماريوم (Sm2O3)

الاستخدامات الرئيسية لأكسيد الساماريوم النانوي هي: يتميز بلونه الأصفر الفاتح، ويُستخدم في المكثفات الخزفية والمحفزات. بالإضافة إلى ذلك، يتميز أكسيد الساماريوم النانوي بخواص نووية، ويمكن استخدامه كمواد هيكلية، ومواد حماية، ومواد تحكم في مفاعلات الطاقة الذرية، مما يضمن الاستخدام الآمن للطاقة الهائلة الناتجة عن الانشطار النووي. تُستخدم جسيمات أكسيد اليوروبيوم النانوية (Eu2O3) بشكل رئيسي في الفوسفور. يُستخدم Eu3+ كمنشط للفوسفور الأحمر، ويُستخدم Eu2+ كفوسفور أزرق. يُعدّ Y0O3:Eu3+ أفضل فوسفور من حيث الكفاءة الضوئية، واستقرار الطلاء، وتكلفة الاسترداد، وغيرها، ويُستخدم على نطاق واسع نظرًا لتحسين الكفاءة الضوئية والتباين. في الآونة الأخيرة، يُستخدم أكسيد اليوروبيوم النانوي أيضًا كفوسفور انبعاث مُحفَّز في أنظمة التشخيص الطبي بالأشعة السينية الجديدة. كما يُمكن استخدام أكسيد اليوروبيوم النانوي في تصنيع العدسات الملونة والمرشحات البصرية، وأجهزة تخزين الفقاعات المغناطيسية، ويمكنه أيضًا إظهار مواهبه في مواد التحكم ومواد التدريع والمواد الهيكلية للمفاعلات الذرية. تم تحضير الفوسفور الأحمر ذي الجسيمات الدقيقة من أكسيد اليوروبيوم الغادولينيوم (Y2O3:Eu3+) باستخدام أكسيد الإيتريوم النانوي (Y2O3) وأكسيد اليوروبيوم النانوي (Eu2O3) كمواد خام. عند استخدامه لتحضير فوسفور ثلاثي الألوان من العناصر الأرضية النادرة، وُجد أن: (أ) يُمكن خلطه جيدًا وبشكل متساوٍ مع مسحوق أخضر ومسحوق أزرق؛ (ب) أداء طلاء جيد؛ (ج) نظرًا لصغر حجم جسيمات المسحوق الأحمر، تزداد مساحة السطح النوعية ويزداد عدد الجسيمات المضيئة، ويمكن تقليل كمية المسحوق الأحمر في فوسفور ثلاثي الألوان من العناصر الأرضية النادرة، مما يؤدي إلى انخفاض التكلفة.

جسيمات نانوية من أكسيد الغادولينيوم (Gd2O3)

استخداماته الرئيسية هي كما يلي: 1. يُمكن لمركبه البارامغناطيسي القابل للذوبان في الماء تحسين إشارة تصوير الرنين المغناطيسي النووي لجسم الإنسان في العلاج الطبي. 2. يُمكن استخدام أكسيد الكبريت القاعدي كشبكة مصفوفة لأنبوب راسم الذبذبات وشاشة الأشعة السينية ذات السطوع العالي. 3. يُعد أكسيد الغادولينيوم النانوي في عقيق الغاليوم النانوي الغادولينيوم ركيزة مثالية لذاكرة الفقاعات المغناطيسية. 4. عند عدم وجود حد لدورة كاموت، يُمكن استخدامه كوسيط تبريد مغناطيسي صلب. 5. يُستخدم كمثبط للتحكم في مستوى التفاعل المتسلسل في محطات الطاقة النووية لضمان سلامة التفاعلات النووية. بالإضافة إلى ذلك، يُساعد استخدام أكسيد الغادولينيوم النانوي وأكسيد اللانثانوم النانوي على تغيير منطقة التزجيج وتحسين الاستقرار الحراري للزجاج. يمكن أيضًا استخدام أكسيد الغادولينيوم النانوي في تصنيع المكثفات وشاشات تكثيف الأشعة السينية. في الوقت الحاضر، يبذل العالم جهودًا كبيرة لتطوير تطبيق أكسيد الغادولينيوم النانوي وسبائكه في التبريد المغناطيسي، وقد حقق تقدمًا كبيرًا

جسيمات نانوية من أكسيد التربيوم (Tb4O7)

مجالات التطبيق الرئيسية هي كما يلي: 1. تُستخدم الفوسفورات كمنشطات للمسحوق الأخضر في الفوسفور ثلاثي الألوان، مثل مصفوفة الفوسفات المُنشَّطة بأكسيد التربيوم النانوي، ومصفوفة السيليكات المُنشَّطة بأكسيد التربيوم النانوي، ومصفوفة ألومينات المغنيسيوم بأكسيد السيريوم النانوي المُنشَّطة بأكسيد التربيوم النانوي، والتي تُصدر جميعها ضوءًا أخضر في الحالة المُثارة. 2. مواد التخزين المغناطيسية البصرية: في السنوات الأخيرة، خضعت مواد مغناطيسية بصرية من أكسيد التربيوم النانوي للبحوث والتطوير. يُستخدم القرص المغناطيسي البصري المصنوع من غشاء غير متبلور من Tb-Fe كعنصر تخزين حاسوبي، ويمكن زيادة سعة التخزين بمقدار 10 إلى 15 مرة. ٣. يُعدّ الزجاج المغناطيسي البصري، وهو زجاج فاراداي النشط بصريًا والمحتوي على أكسيد التيربيوم النانومتري، مادةً أساسيةً في صناعة الدوارات والعوازل والمُحَوِّلات، ويُستخدم على نطاق واسع في تقنية الليزر. يُستخدم أكسيد التيربيوم النانومتري وأكسيد الديسبروسيوم النانومتري بشكل رئيسي في أجهزة السونار، وقد استُخدم على نطاق واسع في العديد من المجالات، مثل أنظمة حقن الوقود، والتحكم في صمامات السوائل، وتحديد المواقع الدقيقة، والمشغلات الميكانيكية، وآليات ومنظم أجنحة تلسكوبات الفضاء للطائرات. الاستخدامات الرئيسية لأكسيد الديسبروسيوم النانوي Dy2O3 هي: ١. يُستخدم أكسيد الديسبروسيوم النانوي كمنشط للفوسفور، ويُعدّ أكسيد الديسبروسيوم النانوي الثلاثي التكافؤ أيونًا منشطًا واعدًا للمواد المضيئة ثلاثية الألوان ذات مركز مضيء واحد. يتكون بشكل أساسي من نطاقي انبعاث، أحدهما انبعاث الضوء الأصفر والآخر انبعاث الضوء الأزرق، ويمكن استخدام المواد المضيئة المخصبة بأكسيد الديسبروسيوم النانوي كفوسفور ثلاثي الألوان. 2. يُعد أكسيد الديسبروسيوم النانوي مادة خام معدنية ضرورية لإعداد سبيكة تيرفينول مع سبيكة أكسيد تيربيوم النانوي وأكسيد الديسبروسيوم النانوي ذات المغناطيس الكبير، والتي يمكنها تحقيق بعض الأنشطة الدقيقة للحركة الميكانيكية. 3. يمكن استخدام معدن أكسيد الديسبروسيوم النانوي كمادة تخزين مغناطيسية بصرية ذات سرعة تسجيل عالية وحساسية قراءة. 4. يُستخدم في إعداد مصباح أكسيد الديسبروسيوم النانوي. المادة العاملة المستخدمة في مصباح أكسيد الديسبروسيوم النانوي هي أكسيد الديسبروسيوم النانوي، الذي يتميز بمزايا السطوع العالي واللون الجيد ودرجة حرارة اللون العالية والحجم الصغير والقوس المستقر، وقد تم استخدامه كمصدر إضاءة للأفلام والطباعة. 5. يستخدم أكسيد الديسبروسيوم النانومتري لقياس طيف طاقة النيوترون أو كممتص للنيوترونات في صناعة الطاقة الذرية بسبب مساحته المقطعية الكبيرة لالتقاط النيوترون.

Ho _ 2O _ 3 نانومتر

الاستخدامات الرئيسية لأكسيد النانو هولميوم هي كما يلي: 1. يُعدّ مصباح الهالوجين المعدني، كمادة مضافة لمصابيح الهالوجين المعدنية، نوعًا من مصابيح التفريغ الغازي، وقد طُوّر على أساس مصابيح الزئبق عالية الضغط، ويتميز بملء المصباح بمجموعة متنوعة من هاليدات العناصر الأرضية النادرة. حاليًا، تُستخدم يوديدات العناصر الأرضية النادرة بشكل رئيسي، والتي تُصدر خطوطًا طيفية مختلفة عند تفريغ الغاز. المادة الفعالة المستخدمة في مصباح أكسيد النانو هولميوم هي يوديد أكسيد النانو هولميوم، والذي يمكنه الحصول على تركيز أعلى لذرات المعدن في منطقة القوس، مما يُحسّن كفاءة الإشعاع بشكل كبير. 2. يمكن استخدام أكسيد الهولميوم النانومتري كمادة مضافة لحديد الإيتريوم أو عقيق الألومنيوم الإيتريوم. ٣. يُمكن استخدام أكسيد الهولميوم النانوي كعقيق حديد وألومنيوم إيتريوم (Ho:YAG)، الذي يُصدر ليزرًا بطول موجة ٢ ميكرومتر، كما أن معدل امتصاص الأنسجة البشرية له مرتفع، وهو أعلى بثلاث مرات تقريبًا من ليزر Hd:YAG0. لذلك، عند استخدام ليزر Ho:YAG في العمليات الطبية، لا يُحسّن هذا الليزر كفاءة ودقة العملية فحسب، بل يُقلل أيضًا من مساحة الضرر الحراري. يُمكن للشعاع الحر المُولّد من بلورة أكسيد الهولميوم النانوي أن يُزيل الدهون دون توليد حرارة زائدة، مما يُقلل من الضرر الحراري الذي تُسببه الأنسجة السليمة. تُشير التقارير إلى أن علاج الجلوكوما باستخدام ليزر أكسيد الهولميوم النانوي في الولايات المتحدة يُمكن أن يُخفف من ألم الجراحة. ٤. في سبيكة Terfenol-D المغناطيسية، يُمكن أيضًا إضافة كمية صغيرة من أكسيد الهولميوم النانوي لتقليل المجال الخارجي اللازم لتشبع السبيكة بالمغناطيس. ٥. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام الألياف الضوئية المخصبة بأكسيد النانو هولميوم في صنع أجهزة الاتصالات الضوئية مثل ليزر الألياف الضوئية، ومكبرات الألياف الضوئية، وأجهزة استشعار الألياف الضوئية، وما إلى ذلك. وسوف تلعب دورًا أكثر أهمية في الاتصالات السريعة بالألياف الضوئية اليوم.

أكسيد الإيتريوم النانومتري (Y2O3)

الاستخدامات الرئيسية لأكسيد النانو إيتريوم هي كما يلي: 1. إضافات للصلب والسبائك غير الحديدية. تحتوي سبيكة FeCr عادةً على 0.5٪ ~ 4٪ من أكسيد النانو إيتريوم، والذي يمكن أن يعزز مقاومة الأكسدة ومرونتها لهذه الفولاذ المقاوم للصدأ بعد إضافة كمية مناسبة من خليط نادر غني بأكسيد النانو إيتريوم إلى سبيكة MB26، تم تحسين الخصائص الشاملة للسبائك بشكل واضح أمس، ويمكن أن تحل محل بعض سبائك الألومنيوم المتوسطة والقوية للمكونات المجهدة للطائرات؛ يمكن أن تؤدي إضافة كمية صغيرة من أكسيد النانو إيتريوم الأرضي النادر إلى سبيكة Al-Zr إلى تحسين موصلية السبيكة؛ وقد اعتمدت معظم مصانع الأسلاك في الصين السبائك. تمت إضافة أكسيد النانو إيتريوم إلى سبيكة النحاس لتحسين الموصلية والقوة الميكانيكية. 2. مادة سيراميك نتريد السيليكون تحتوي على 6٪ أكسيد النانو إيتريوم و 2٪ ألومنيوم. يمكن استخدامها لتطوير أجزاء المحرك. ٣. تُجرى عمليات الحفر والقطع واللحام وغيرها من العمليات الميكانيكية على مكونات كبيرة الحجم باستخدام شعاع ليزر نانوي من أكسيد النيوديميوم والألومنيوم العقيق بقوة ٤٠٠ واط. ٤. تتميز شاشة المجهر الإلكتروني، المصنوعة من بلورة أحادية من عقيق Y-Al، بسطوع فلوري عالٍ، وامتصاص منخفض للضوء المتناثر، ومقاومة جيدة لدرجات الحرارة العالية والتآكل الميكانيكي. ٥. يمكن استخدام سبيكة أكسيد الإيتريوم النانوية عالية الكثافة، التي تحتوي على ٩٠٪ من أكسيد الغادولينيوم النانوي، في مجال الطيران والمجالات الأخرى التي تتطلب كثافة منخفضة ونقطة انصهار عالية. ٦. تُعد المواد الموصلة للبروتونات عالية الحرارة، والتي تحتوي على ٩٠٪ من أكسيد الإيتريوم النانوي، ذات أهمية كبيرة في إنتاج خلايا الوقود، والخلايا الإلكتروليتية، وأجهزة استشعار الغاز التي تتطلب ذوبانًا عاليًا في الهيدروجين. بالإضافة إلى ذلك، يُستخدم أكسيد الإيتريوم النانوي أيضًا كمواد مقاومة للرش في درجات الحرارة العالية، ومخفف لوقود المفاعلات الذرية، ومضافًا لمواد المغناطيس الدائم، ومُستحلبًا في الصناعة الإلكترونية.

بالإضافة إلى ما سبق، يمكن استخدام أكاسيد العناصر الأرضية النادرة النانوية في صناعة الملابس لأغراض رعاية صحة الإنسان وحماية البيئة. وتركز وحدات البحث الحالية على استخدامات محددة: مقاومة الأشعة فوق البنفسجية؛ تلوث الهواء والأشعة فوق البنفسجية عرضة لأمراض الجلد وسرطان الجلد؛ منع التلوث يمنع التصاق الملوثات بالملابس؛ كما تُدرس هذه الأكاسيد في مجال مقاومة الحرارة. ولأن الجلد صلب وسهل التعتيق، فهو أكثر عرضة للعفن في الأيام الممطرة. يمكن تليين الجلد بالتبييض باستخدام أكسيد السيريوم النانوي الأرضي النادر، الذي لا يتعرض للتعتيق والعفن بسهولة، وهو مريح للارتداء. في السنوات الأخيرة، أصبحت مواد الطلاء النانوية محور أبحاث المواد النانوية، ويركز البحث الرئيسي على الطلاءات الوظيفية. يمكن استخدام Y2O3 بطول أطوال موجية 80 نانومتر في الولايات المتحدة كطلاء واقي من الأشعة تحت الحمراء. يتميز بكفاءته العالية في عكس الحرارة. يتميز ثاني أكسيد السيريوم بمعامل انكسار عالٍ وثبات عالٍ. عند إضافة أكسيد الإيتريوم النانوي من العناصر الأرضية النادرة، وأكسيد اللانثانوم النانوي، ومسحوق أكسيد السيريوم النانوي إلى الطلاء، يصبح الجدار الخارجي مقاومًا للشيخوخة، نظرًا لسهولة شيخوخة الطلاء وتساقطه نتيجة تعرضه لأشعة الشمس والأشعة فوق البنفسجية لفترات طويلة، كما أنه مقاوم للأشعة فوق البنفسجية بعد إضافتهما. علاوة على ذلك، يتميز أكسيد السيريوم النانوي بصغر حجم جزيئاته، ويُستخدم كممتص للأشعة فوق البنفسجية، مما يُتوقع استخدامه لمنع شيخوخة المنتجات البلاستيكية الناتجة عن الأشعة فوق البنفسجية، والخزانات، والسيارات، والسفن، وخزانات النفط، وغيرها، مما يوفر حماية مثالية للوحات الإعلانية الخارجية الكبيرة، ويمنع العفن والرطوبة والتلوث في طلاء الجدران الداخلية. وبفضل صغر حجم جزيئاته، يصعب التصاق الغبار بالجدار، ويمكن تنظيفه بالماء. لا تزال هناك العديد من استخدامات أكاسيد الأتربة النادرة النانوية التي تحتاج إلى مزيد من البحث والتطوير، ونأمل أن يكون لها مستقبل أكثر إشراقًا.