ニュース - ナノメートルの希土類材料、産業革命の新たな力

ナノメートル希土類材料、産業革命の新たな力

ナノテクノロジーは、1980年代後半から1990年代初頭にかけて徐々に発展してきた新しい学際分野です。新しい生産プロセス、新しい材料、新しい製品を生み出す大きな可能性を秘めているため、新世紀の新しい産業革命を引き起こすでしょう。ナノサイエンスとナノテクノロジーの現在の発展レベルは、1950年代のコンピュータと情報技術の発展レベルに似ています。この分野に携わる科学者のほとんどは、ナノテクノロジーの発展が技術の多くの側面に広範かつ遠大な影響を及ぼすと予測しています。科学者たちは、ナノテクノロジーが奇妙な特性とユニークな性能を持っていると考えています。ナノ希土類材料の奇妙な特性をもたらす主な閉じ込め効果は、比表面積効果、小サイズ効果、界面効果、透明性効果、トンネル効果、巨視的量子効果です。これらの効果により、ナノシステムの物理的特性は、光、電気、熱、磁気において従来の材料とは異なり、多くの新しい特徴を提示します。将来、科学者がナノテクノロジーを研究開発する主な方向は3つあります。優れた性能を持つナノ材料の製造と応用各種ナノデバイス・装置の設計・開発、ナノ領域の特性検出・分析。現在、ナノ希土類は主に以下の応用分野を有しており、今後さらにその応用を発展させる必要がある。

ナノメートルランタン酸化物（La2O3）

ナノメートルランタン酸化物は、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、有機化学製品の製造用触媒、自動車排ガス中和用触媒などに応用されており、また、光変換農業用フィルムにもナノメートルランタン酸化物が応用されている。

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、自動車の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、エアコンの電気代を節約できます。2. ナノ酸化セリウムを自動車の排気ガス浄化触媒に応用することで、大量の自動車排気ガスが大気中に排出されるのを効果的に防ぐことができます。3. ナノ酸化セリウムは、プラスチックを着色する顔料として使用できるほか、コーティング、インク、製紙業界でも使用できます。4. ナノ酸化セリウムを研磨材に応用することは、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要件として広く認識されています。5.また、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ー、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、各種合金鋼および非鉄金属などにも応用できます。

ナノメートルプラセオジム酸化物（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ことができ、また、単独で釉下顔料として使用することもできます。調製された顔料は、純粋で上品な色調の淡黄色です。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、安定性が向上します。4.ナノ酸化プラセオジムは、研磨にも使用できます。さらに、光ファイバーの分野では、ナノメートル酸化プラセオジムの応用がますます広がっています。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、希土類元素の分野での独自の地位により、長年にわたって市場でホットスポットとなっています。ナノネオジム酸化物は非鉄材料にも応用されています。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、耐腐食性を向上させることができ、航空用の航空宇宙材料として広く使用されています。さらに、ナノネオジム酸化物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レーザービームを生成し、業界では厚さ10mm以下の薄い材料の溶接と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レーザーは、手術メスの代わりに手術創の除去または傷の消毒に使用されます。ナノメートルのネオジム酸化物は、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）

ナノサイズ酸化サマリウムの主な用途は、淡黄色で、セラミックコンデンサや触媒などに応用されています。また、ナノサイズ酸化サマリウムは核特性を有しており、原子炉の構造材料、遮蔽材料、制御材料などに利用され、核分裂によって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。ユーロピウム酸化物ナノ粒子（Eu2O3）は、主に蛍光体に用いられています。Eu3+は赤色蛍光体の活性剤として、Eu2+は青色蛍光体の活性剤として用いられています。Y0O3:Eu3+は、発光効率、コーティング安定性、回収コストなどにおいて最も優れた蛍光体であり、発光効率とコントラストの向上により広く利用されています。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、色レンズや光学フィルターの製造、磁気バブルストレージデバイスにも使用でき、原子炉の制御材料、遮蔽材料、構造材料でも才能を発揮できます。ナノ酸化イットリウム（Y2O3）とナノ酸化ユーロピウム（Eu2O3）を原料として、微粒子ガドリニウム酸化ユーロピウム（Y2O3：Eu3+）赤色蛍光体を調製しました。これを希土類三色蛍光体の製造に使用すると、（a）緑色粉末および青色粉末と良好かつ均一に混合できること、（b）コーティング性能が良好であること、（c）赤色粉末の粒径が小さいため、比表面積が増加し、発光粒子の数が増えるため、希土類三色蛍光体中の赤色粉末の量を減らすことができ、コストが低減できることがわかっています。

酸化ガドリニウムナノ粒子（Gd2O3）

主な用途は以下のとおりです。1. 水溶性常磁性錯体は、医療における人体のNMR画像信号を向上させることができます。2. ベースとなる硫黄酸化物は、特殊な輝度を持つオシロスコープ管や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に含まれるナノガドリニウム酸化物は、磁気バブルメモリの理想的な単一基板です。4. カモットサイクル制限がない場合、固体磁性冷却媒体として使用できます。5. 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、核反応の安全性を確保します。さらに、ナノガドリニウム酸化物とナノランタン酸化物の使用は、ガラス化領域を変化させ、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）

主な応用分野は以下のとおりです。1. 蛍光体は、ナノ酸化テルビウムで活性化されたリン酸塩マトリックス、ナノ酸化テルビウムで活性化されたケイ酸塩マトリックス、ナノ酸化テルビウムで活性化されたナノ酸化セリウムマグネシウムアルミネートマトリックスなど、三色蛍光体の緑色粉末の活性剤として用いられ、いずれも励起状態で緑色光を発します。2. 磁気光記憶材料、近年、ナノ酸化テルビウムを磁気光学材料とする研究開発が進められています。Tb-Feアモルファス膜を用いた磁気光ディスクは、コンピューターの記憶素子として利用されており、記憶容量を10～15倍に増加させることができます。 3. ナノメートルのテルビウム酸化物を含む磁気光学ガラス、ファラデー光学活性ガラスは、回転子、アイソレータ、アニュレータの製造に重要な材料であり、レーザー技術で広く使用されています。ナノメートルのテルビウム酸化物、ナノメートルのジスプロシウム酸化物は主にソナーに使用され、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、機械アクチュエータ、航空機宇宙望遠鏡のメカニズムと翼レギュレータなど、多くの分野で広く使用されています。 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剤として使用され、三価のナノジスプロシウム酸化物は、単一の発光中心を持つ三色発光材料の有望な活性イオンです。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。2.ナノメートルの酸化ジスプロシウムは、大きな磁歪合金ナノテルビウム酸化物とナノ酸化ジスプロシウム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、機械運動のいくつかの精密な活動を実現できます。 3. ナノメートルの酸化ジスプロシウム金属は、高い記録速度と読み取り感度を備えた磁気光記憶材料として使用できます。 4. ナノメートルの酸化ジスプロシウムランプの製造に使用されます。ナノ酸化ジスプロシウムランプで使用される作動物質はナノ酸化ジスプロシウムであり、高輝度、良好な色、高い色温度、小型、安定したアークなどの利点があり、フィルムや印刷の照明源として使用されています。 5. ナノメートルの酸化ジスプロシウムは、中性子捕獲断面積が大きいため、原子力産業で中性子エネルギースペクトルを測定したり、中性子吸収剤として使用されます。

Ho_2O_3ナノメートル

ナノホルミウム酸化物の主な用途は次のとおりです。1. 金属ハロゲンランプの添加剤として。金属ハロゲンランプは高圧水銀ランプをベースに開発されたガス放電ランプの一種で、その特徴はバルブ内に各種の希土類ハロゲン化物が充填されていることです。現在は主に希土類ヨウ化物が使用されており、ガス放電時に異なるスペクトル線を放射します。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るため、放射効率が大幅に向上します。2. ナノホルミウム酸化物は、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レーザーを放射でき、人体組織の2μmレーザーの吸収率が高く、Hd:YAG0より約3桁高くなります。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、熱損傷領域をより小さくすることができます。ナノホルミウム酸化物結晶によって生成された自由ビームは、過度の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による熱損傷を軽減することができます。米国では、ナノメートルホルミウム酸化物レーザーによる緑内障の治療が手術の痛みを軽減できることが報告されています。4.磁歪合金Terfenol-Dには、少量のナノサイズのホルミウム酸化物を添加することもできます。これにより、合金の飽和磁化に必要な外部磁場を低減できます。5.さらに、ナノホルミウム酸化物をドープした光ファイバは、光ファイバレーザー、光ファイバ増幅器、光ファイバセンサーなどの光通信デバイスの製造に使用できます。今日の急速な光ファイバ通信において、より重要な役割を果たすでしょう。

ナノメートルイットリウム酸化物（Y2O3）

ナノイットリウム酸化物の主な用途は次のとおりです。1. 鋼および非鉄合金用の添加剤。FeCr合金には通常0.5％〜4％のナノイットリウム酸化物が含まれており、これらのステンレス鋼の耐酸化性と延性を高めることができます。MB26合金にナノイットリウム酸化物を豊富に含む適切な量の混合希土類元素を添加すると、合金の総合的な特性が明らかに向上し、航空機の応力を受ける部品の中強度アルミ合金を置き換えることができます。Al-Zr合金に少量のナノイットリウム酸化物希土類元素を添加すると、合金の導電性が向上します。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。ナノイットリウム酸化物を銅合金に添加して、導電性と機械的強度を向上させました。2. 6％のナノイットリウム酸化物と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ネオジム酸化物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、溶接などの機械加工を行います。 4. Y-Alガーネット単結晶で構成された電子顕微鏡スクリーンは、蛍光輝度が高く、散乱光の吸収が少なく、耐高温性と機械摩耗性に優れています。 5. 90％ナノガドリニウム酸化物を含む高ナノイットリウム酸化物構造合金は、航空など、低密度と高融点が求められる用途に使用できます。 6. 90％ナノイットリウム酸化物を含む高温プロトン伝導性材料は、高い水素溶解度が求められる燃料電池、電解セル、ガスセンサーの製造に非常に重要です。さらに、ナノイットリウム酸化物は、高温噴霧耐性材料、原子炉燃料の希釈剤、永久磁石材料の添加剤、電子産業の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、人体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から見ると、すべて一定の方向性があります。紫外線防止。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い。汚染防止は汚染物質が衣服に付着しにくくする。また、保温性向上の方向でも研究されています。革は硬くて老化しやすいため、雨の日はカビが生えやすいです。ナノ希土類酸化物セリウムで漂白すると、革が柔らかくなり、老化やカビが生えにくくなり、着心地が良くなります。近年、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。米国では80nmのY2O3を赤外線遮蔽コーティングとして使用できます。熱反射効率が非常に高いです。CeO2は屈折率が高く、安定性も高いです。ナノ希土類酸化物イットリウム、ナノ酸化ランタン、ナノ酸化セリウムの粉末をコーティング剤に添加すると、外壁の老化を防ぐことができます。外壁コーティング剤は、長期間日光や紫外線にさらされると劣化して剥がれやすくなりますが、酸化セリウムと酸化イットリウムを添加することで紫外線に耐えることができます。また、粒子径が非常に小さいため、ナノ酸化セリウムは紫外線吸収剤として使用され、紫外線によるプラスチック製品の老化防止、タンク、自動車、船舶、石油貯蔵タンクなどの用途が期待されています。屋外の大型看板を保護し、内壁コーティングのカビ、湿気、汚染を防ぐのに最適です。粒子径が小さいため、ほこりが壁に付着しにくく、水でこすり落とすことができます。ナノ希土類酸化物には、研究開発が必要な用途がまだ多くあり、より輝かしい未来が訪れることを心から願っています。