خصائص وتطبيقات وتحضير أكسيد الإيتريوم

البنية البلورية لأكسيد الإيتريوم

أكسيد الإيتريوم (Y₂O₃) هو أكسيد أبيض من معادن الأرض النادرة، غير قابل للذوبان في الماء والقلويات، وقابل للذوبان في الأحماض. وهو أكسيد نصفي نموذجي من معادن الأرض النادرة من النوع C، ذو بنية مكعبة مركزية الجسم.

جدول معلمات البلورة لـ Y₂O₃

مخطط البنية البلورية لـ Y₂O₃

الخصائص الفيزيائية والكيميائية لأكسيد الإيتريوم

(1) الكتلة المولية هي 225.82 جم/مول والكثافة هي 5.01 جم/سم³;

(2) نقطة الانصهار 2410درجة مئويةنقطة الغليان 4300درجة مئوية، استقرار حراري جيد؛

(3) الاستقرار الفيزيائي والكيميائي الجيد ومقاومة التآكل الجيدة؛

(4) الموصلية الحرارية عالية، والتي يمكن أن تصل إلى 27 واط/(MK) عند 300 كلفن، وهو ما يقرب من ضعف الموصلية الحرارية للعقيق الإيتريوم والألومنيوم (Y₃Al₅O₁₂)، وهو أمر مفيد جدًا لاستخدامه كوسيلة عمل بالليزر؛

(5) نطاق الشفافية البصرية واسع (0.29~8μm)، ويمكن أن تصل النفاذية النظرية في المنطقة المرئية إلى أكثر من 80٪؛

(6) طاقة الفونون منخفضة، وأقوى قمة في طيف رامان تقع عند 377 سم^-1، وهو أمر مفيد لتقليل احتمالية التحول غير الإشعاعي وتحسين كفاءة التحويل الضوئي العلوي؛

(7) أقل من 2200درجة مئوية، ي₂O₃هو طور مكعب بدون انكسار مزدوج. معامل الانكسار هو 1.89 عند طول موجي 1050 نانومتر. يتحول إلى طور سداسي عند 2200 نانومتر.درجة مئوية;

(8) فجوة الطاقة لـ Y₂O₃واسع جدًا، يصل إلى 5.5 إلكترون فولت، ومستوى طاقة الأيونات المضيئة الثلاثية التكافؤ للأرض النادرة يقع بين نطاق التكافؤ ونطاق التوصيل لـ Y₂O₃وفوق مستوى طاقة فيرمي، وبالتالي تشكل مراكز مضيئة منفصلة.

(9)ي₂O₃باعتبارها مادة مصفوفة، يمكنها استيعاب تركيزات عالية من أيونات الأرض النادرة الثلاثية التكافؤ واستبدال Y³⁺الأيونات دون التسبب في تغييرات هيكلية.

الاستخدامات الرئيسية لأكسيد الإيتريوم

أكسيد الإيتريوم، باعتباره مادة مضافة وظيفية، يستخدم على نطاق واسع في مجالات الطاقة الذرية، والفضاء، والفلورسنت، والإلكترونيات، والسيراميك عالي التقنية وما إلى ذلك بسبب خصائصه الفيزيائية الممتازة مثل الثابت العازل العالي، ومقاومة الحرارة الجيدة ومقاومة التآكل القوية.

مصدر الصورة: شبكة

1. باعتبارها مادة مصفوفة الفوسفور، يتم استخدامها في مجالات العرض والإضاءة والعلامات؛

2. باعتبارها مادة وسيطة لليزر، يمكن تحضير السيراميك الشفاف ذو الأداء البصري العالي، والذي يمكن استخدامه كوسيط عمل ليزر لتحقيق إخراج الليزر في درجة حرارة الغرفة؛

3. باعتبارها مادة مصفوفة مضيئة للتحويل العلوي، يتم استخدامها في الكشف عن الأشعة تحت الحمراء ووضع العلامات الفلورية وغيرها من المجالات؛

4. مصنوعة من السيراميك الشفاف، والتي يمكن استخدامها للعدسات المرئية والأشعة تحت الحمراء، وأنابيب مصباح التفريغ الغازي عالي الضغط، والمضات الخزفية، ونوافذ مراقبة الفرن عالية الحرارة، وما إلى ذلك.

5. يمكن استخدامه كوعاء تفاعل، مادة مقاومة لدرجات الحرارة العالية، مادة مقاومة للحرارة، إلخ.

6. كمواد خام أو إضافات، يتم استخدامها أيضًا على نطاق واسع في المواد الفائقة التوصيل ذات درجات الحرارة العالية، ومواد الكريستال الليزرية، والسيراميك الهيكلي، والمواد الحفزية، والسيراميك العازل، والسبائك عالية الأداء وغيرها من المجالات.

طريقة تحضير مسحوق أكسيد الإيتريوم

تُستخدم طريقة ترسيب الطور السائل غالبًا لتحضير أكاسيد العناصر الأرضية النادرة، والتي تشمل بشكل رئيسي ترسيب الأكسالات، وترسيب بيكربونات الأمونيوم، وتحلل اليوريا، وترسيب الأمونيا. كما تُعدّ التحبيبات بالرش من طرق التحضير الشائعة حاليًا.

1. طريقة ترسيب الأوكسالات

يتميز أكسيد الأرض النادرة المحضر بطريقة ترسيب الأكسالات بمزايا درجة التبلور العالية، وشكل البلورة الجيد، وسرعة الترشيح السريعة، ومحتوى الشوائب المنخفض، والتشغيل السهل، وهي طريقة شائعة لإعداد أكسيد الأرض النادرة عالي النقاء في الإنتاج الصناعي.

طريقة ترسيب بيكربونات الأمونيوم

2. طريقة ترسيب بيكربونات الأمونيوم

بيكربونات الأمونيوم مادة ترسيب رخيصة. في الماضي، كان الناس يستخدمون غالبًا طريقة ترسيب بيكربونات الأمونيوم لتحضير كربونات الأرض النادرة المختلطة من محلول ترشيح خام الأرض النادرة. حاليًا، يتم تحضير أكاسيد الأرض النادرة بهذه الطريقة في الصناعة. بشكل عام، تتمثل طريقة ترسيب بيكربونات الأمونيوم في إضافة مادة بيكربونات الأمونيوم الصلبة أو المحلول إلى محلول كلوريد الأرض النادرة عند درجة حرارة معينة، وبعد التعتيق والغسل والتجفيف والحرق، يتم الحصول على الأكسيد. ومع ذلك، نظرًا للعدد الكبير من الفقاعات المتولدة أثناء ترسيب بيكربونات الأمونيوم وعدم استقرار قيمة الرقم الهيدروجيني أثناء تفاعل الترسيب، يكون معدل التنوي سريعًا أو بطيئًا، مما لا يساعد على نمو البلورات. للحصول على أكسيد بحجم جسيمات وشكل مثاليين، يجب التحكم بدقة في ظروف التفاعل.

3. ترسب اليوريا

تُستخدم طريقة ترسيب اليوريا على نطاق واسع في تحضير أكسيد الأرض النادرة، وهي ليست رخيصة وسهلة التشغيل فحسب، بل لديها أيضًا القدرة على تحقيق التحكم الدقيق في نواة المادة الأولية ونمو الجسيمات، لذلك اجتذبت طريقة ترسيب اليوريا المزيد والمزيد من تأييد الناس وجذبت اهتمامًا واسعًا وأبحاثًا من العديد من العلماء في الوقت الحاضر.

4. التحبيب بالرش

تتمتع تقنية التحبيب بالرش بمزايا الأتمتة العالية وكفاءة الإنتاج العالية والجودة العالية للمسحوق الأخضر، لذلك أصبحت التحبيب بالرش طريقة شائعة الاستخدام لتحبيب المسحوق.

في السنوات الأخيرة، لم يتغير استهلاك المعادن النادرة في المجالات التقليدية بشكل كبير، لكن استخدامها في المواد الجديدة ازداد بشكل ملحوظ. كمواد جديدة، تُعرف النانو Y بـ₂O₃مجال تطبيقه أوسع. تتوفر حاليًا طرق عديدة لتحضير نانو Y.₂O₃المواد، والتي يمكن تقسيمها إلى ثلاث فئات: طريقة الطور السائل، طريقة الطور الغازي، وطريقة الطور الصلب، وتُعد طريقة الطور السائل الأكثر استخدامًا. وتنقسم هذه المواد إلى: التحلل الحراري بالرش، والتخليق الحراري المائي، والمستحلب الدقيق، والسول-جيل، والتخليق بالاحتراق، والترسيب. ومع ذلك، تتميز جسيمات أكسيد الإيتريوم النانوية الكروية بمساحة سطح نوعية أعلى، وطاقة سطحية أعلى، وسيولة وتشتت أفضل، وهو أمر يستحق التركيز عليه.