Actualités - Les terres rares nanométriques, une nouvelle force de la révolution industrielle

Les terres rares nanométriques, une nouvelle force de la révolution industrielle

Les nanotechnologies sont un nouveau domaine interdisciplinaire qui s'est progressivement développé à la fin des années 1980 et au début des années 1990. Grâce à leur potentiel considérable pour créer de nouveaux procédés de production, de nouveaux matériaux et de nouveaux produits, elles déclencheront une nouvelle révolution industrielle au cours du nouveau siècle. Le niveau de développement actuel des nanosciences et des nanotechnologies est similaire à celui de l'informatique et des technologies de l'information dans les années 1950. La plupart des scientifiques impliqués dans ce domaine prédisent que le développement des nanotechnologies aura un impact considérable sur de nombreux aspects technologiques. Les scientifiques attribuent à ces nanomatériaux des propriétés particulières et des performances uniques. Les principaux effets de confinement à l'origine de ces propriétés particulières sont l'effet de surface spécifique, l'effet de petite taille, l'effet d'interface, l'effet de transparence, l'effet tunnel et l'effet quantique macroscopique. Ces effets différencient les propriétés physiques des nanosystèmes de celles des matériaux conventionnels en termes de lumière, d'électricité, de chaleur et de magnétisme, et présentent de nombreuses caractéristiques innovantes. À l'avenir, les scientifiques s'orienteront vers trois axes principaux de recherche et de développement des nanotechnologies : la préparation et l'application de nanomatériaux aux performances exceptionnelles ; la conception et la préparation de divers nanodispositifs et équipements ; Détection et analyse des propriétés des nanorégions. À l'heure actuelle, les nanoterres rares présentent les principales applications suivantes, et leur application devra être développée davantage à l'avenir.

Oxyde de lanthane nanométrique (La2O3)

L'oxyde de lanthane nanométrique est appliqué aux matériaux piézoélectriques, aux matériaux électrothermiques, aux matériaux thermoélectriques, aux matériaux de magnétorésistance, aux matériaux luminescents (poudre bleue), aux matériaux de stockage d'hydrogène, au verre optique, aux matériaux laser, à divers matériaux d'alliage, aux catalyseurs pour la préparation de produits chimiques organiques et aux catalyseurs pour la neutralisation des gaz d'échappement des automobiles, et les films agricoles de conversion de lumière sont également appliqués à l'oxyde de lanthane nanométrique.

Oxyde de cérium nanométrique (CeO2)

Les principales utilisations du nano-oxyde de cérium sont les suivantes : 1. En tant qu’additif pour le verre, il absorbe les rayons ultraviolets et infrarouges et a été appliqué au verre automobile. Il permet non seulement de prévenir les rayons ultraviolets, mais aussi de réduire la température à l’intérieur du véhicule, économisant ainsi l’énergie nécessaire à la climatisation. 2. Son utilisation dans les catalyseurs de purification des gaz d’échappement automobiles permet d’éviter efficacement le rejet d’une grande quantité de gaz d’échappement dans l’air. 3. Le nano-oxyde de cérium peut être utilisé dans les pigments pour colorer les plastiques, ainsi que dans les industries du revêtement, de l’encre et du papier. 4. Son utilisation dans les matériaux de polissage est largement reconnue comme une exigence de haute précision pour le polissage des plaquettes de silicium et des substrats monocristallins de saphir. De plus, l'oxyde de cérium nano peut également être appliqué aux matériaux de stockage d'hydrogène, aux matériaux thermoélectriques, aux électrodes de tungstène en oxyde de cérium nano, aux condensateurs en céramique, aux céramiques piézoélectriques, aux abrasifs en carbure de silicium en oxyde de cérium nano, aux matières premières pour piles à combustible, aux catalyseurs à essence, à certains matériaux magnétiques permanents, à divers aciers alliés et métaux non ferreux, etc.

L'oxyde de praséodyme nanométrique (Pr6O11)

Les principales utilisations de l'oxyde de praséodyme nanométrique sont les suivantes : 1. Largement utilisé dans la céramique de construction et les céramiques d'usage quotidien, il peut être mélangé à de l'émail céramique pour obtenir un émail coloré et peut également être utilisé seul comme pigment sous-glaçure. Le pigment obtenu est d'un jaune clair pur et élégant. 2. Utilisé dans la fabrication d'aimants permanents et largement utilisé dans divers appareils électroniques et moteurs. 3. Utilisé pour le craquage catalytique du pétrole, il permet d'améliorer l'activité, la sélectivité et la stabilité de la catalyse. 4. L'oxyde de praséodyme nanométrique peut également être utilisé pour le polissage abrasif. De plus, son application dans le domaine des fibres optiques est de plus en plus répandue. Oxyde de néodyme nanométrique (Nd2O3) : L'oxyde de néodyme nanométrique est devenu un produit phare du marché depuis de nombreuses années en raison de sa position unique dans le domaine des terres rares. L'oxyde de nano-néodyme est également utilisé dans les matériaux non ferreux. L'ajout de 1,5 à 2,5 % d'oxyde de nano-néodyme à un alliage de magnésium ou d'aluminium permet d'améliorer les performances à haute température, l'étanchéité à l'air et la résistance à la corrosion de l'alliage. Il est également largement utilisé comme matériau aérospatial pour l'aviation. De plus, le nano-grenat d'yttrium-aluminium dopé à l'oxyde de nano-néodyme produit un faisceau laser à ondes courtes, largement utilisé dans l'industrie pour le soudage et la découpe de matériaux minces d'une épaisseur inférieure à 10 mm. Dans le domaine médical, le laser nano-YAG dopé au nano-Nd_2O_3 est utilisé pour l'ablation ou la désinfection des plaies chirurgicales, en remplacement des bistouris. L'oxyde de nano-néodyme est également utilisé pour la coloration du verre et des matériaux céramiques, des produits en caoutchouc et des additifs.

Nanoparticules d'oxyde de samarium (Sm2O3)

Les principales utilisations de l'oxyde de samarium nanométrique sont : de couleur jaune clair, il est utilisé dans les condensateurs et catalyseurs céramiques. De plus, il possède des propriétés nucléaires et peut être utilisé comme matériau de structure, de blindage et de contrôle des réacteurs nucléaires, permettant ainsi d'exploiter en toute sécurité l'énergie considérable générée par la fission nucléaire. Les nanoparticules d'oxyde d'europium (Eu2O3) sont principalement utilisées dans les phosphores. Eu3+ est utilisé comme activateur du phosphore rouge, et Eu2+ comme phosphore bleu. Y0O3:Eu3+ est le phosphore le plus performant en termes d'efficacité lumineuse, de stabilité du revêtement, de coût de récupération, etc., et son utilisation est largement répandue en raison de l'amélioration de l'efficacité lumineuse et du contraste. Récemment, le nano-oxyde d'europium a également été utilisé comme phosphore à émission stimulée dans de nouveaux systèmes de diagnostic médical par rayons X. Il peut également être utilisé pour la fabrication de lentilles colorées et de filtres optiques, pour les dispositifs de stockage à bulles magnétiques, et peut également démontrer son potentiel dans les matériaux de contrôle, de blindage et de structure des réacteurs atomiques. Le phosphore rouge à fines particules d'oxyde de gadolinium-europium (Y2O3:Eu3+) a été préparé à partir de nano-oxyde d'yttrium (Y2O3) et de nano-oxyde d'europium (Eu2O3). Son utilisation pour la préparation de phosphore tricolore de terres rares a révélé : (a) une bonne homogénéité du mélange avec les poudres verte et bleue ; (b) une bonne performance de revêtement ; (c) la faible granulométrie de la poudre rouge, l'augmentation de la surface spécifique et du nombre de particules luminescentes, permettant de réduire la quantité de poudre rouge dans les phosphores tricolores de terres rares, d'où un coût réduit.

Nanoparticules d'oxyde de gadolinium (Gd2O3)

Ses principales utilisations sont les suivantes : 1. Son complexe paramagnétique hydrosoluble peut améliorer le signal d'imagerie RMN du corps humain en traitement médical. 2. L'oxyde de soufre basique peut être utilisé comme grille matricielle pour tube d'oscilloscope et écran à rayons X avec une luminosité particulière. 3. L'oxyde de nano-gadolinium dans le grenat de gallium-naphtalène constitue un substrat unique idéal pour la mémoire à bulles magnétiques. 4. En l'absence de limite de cycle de Camot, il peut être utilisé comme agent de refroidissement magnétique solide. 5. Il est utilisé comme inhibiteur pour contrôler le niveau de réaction en chaîne dans les centrales nucléaires afin d'en garantir la sécurité. De plus, l'utilisation de nano-oxydes de gadolinium et de lanthane permet de modifier la zone de vitrification et d'améliorer la stabilité thermique du verre. Le nano-oxyde de gadolinium peut également être utilisé pour la fabrication de condensateurs et d'écrans intensificateurs de rayons X. Actuellement, de grands efforts sont déployés pour développer l'application du nano-oxyde de gadolinium et de ses alliages à la réfrigération magnétique, et des progrès considérables ont été réalisés.

Nanoparticules d'oxyde de terbium (Tb4O7)

Les principaux domaines d'application sont les suivants : 1. Les phosphores sont utilisés comme activateurs de poudre verte dans les phosphores tricolores, tels que la matrice de phosphate activée par du nano-oxyde de terbium, la matrice de silicate activée par du nano-oxyde de terbium et la matrice d'aluminate de magnésium et d'oxyde de cérium nano activé par du nano-oxyde de terbium, qui émettent toutes une lumière verte à l'état excité. 2. Matériaux de stockage magnéto-optiques. Ces dernières années, des matériaux magnéto-optiques à base de nano-oxyde de terbium ont été étudiés et développés. Le disque magnéto-optique en film amorphe Tb-Fe est utilisé comme élément de stockage informatique, et la capacité de stockage peut être multipliée par 10 à 15. 3. Le verre magnéto-optique, verre optiquement actif de Faraday contenant de l'oxyde de terbium nanométrique, est un matériau essentiel pour la fabrication de rotateurs, d'isolateurs et d'annulateurs, et est largement utilisé dans la technologie laser. L'oxyde de terbium nanométrique et l'oxyde de dysprosium nanométrique sont principalement utilisés dans les sonars et ont été largement utilisés dans de nombreux domaines, tels que les systèmes d'injection de carburant, le contrôle des soupapes de liquide, le micropositionnement, les actionneurs mécaniques, les mécanismes et les régulateurs d'aile des télescopes spatiaux. Les principales utilisations de l'oxyde de dysprosium nanométrique Dy2O3 sont : 1. L'oxyde de dysprosium nanométrique est utilisé comme activateur de phosphore, et l'oxyde de dysprosium nanométrique trivalent est un ion activateur prometteur pour les matériaux luminescents tricolores à centre luminescent unique. Il se compose principalement de deux bandes d'émission, l'une pour l'émission de lumière jaune, l'autre pour l'émission de lumière bleue, et les matériaux luminescents dopés à l'oxyde de dysprosium nanométrique peuvent être utilisés comme phosphores tricolores. L'oxyde de dysprosium nanométrique est une matière première métallique nécessaire à la préparation d'un alliage de terphénol avec un grand alliage magnétostrictif d'oxyde de terbium nanométrique et d'oxyde de dysprosium nanométrique, qui peut réaliser certaines activités précises de mouvement mécanique. 3. L'oxyde de dysprosium nanométrique métallique peut être utilisé comme matériau de stockage magnéto-optique avec une vitesse d'enregistrement et une sensibilité de lecture élevées. 4. Utilisé pour la préparation de lampes à l'oxyde de dysprosium nanométrique. La substance de travail utilisée dans la lampe à l'oxyde de dysprosium nanométrique est l'oxyde de dysprosium nanométrique, qui présente les avantages d'une luminosité élevée, d'une bonne couleur, d'une température de couleur élevée, d'une petite taille et d'un arc stable, et a été utilisé comme source d'éclairage pour le cinéma et l'impression. 5. L'oxyde de dysprosium nanométrique est utilisé pour mesurer le spectre d'énergie des neutrons ou comme absorbeur de neutrons dans l'industrie de l'énergie atomique en raison de sa grande section transversale de capture de neutrons.

Ho _ 2O _ 3 nanomètre

Les principales utilisations du nano-oxyde d'holmium sont les suivantes : 1. En tant qu'additif pour lampe halogène métallique, cette lampe à décharge gazeuse est développée à partir d'une lampe à mercure haute pression. Son ampoule est remplie de divers halogénures de terres rares. Actuellement, on utilise principalement des iodures de terres rares, qui émettent différentes raies spectrales lors de la décharge gazeuse. Le composé actif utilisé dans la lampe à nano-oxyde d'holmium est le nano-iodure d'oxyde d'holmium, qui permet d'obtenir une concentration en atomes métalliques plus élevée dans la zone d'arc, améliorant ainsi considérablement l'efficacité du rayonnement. 2. L'oxyde d'holmium nanométrique peut être utilisé comme additif pour le grenat d'yttrium-fer ou d'yttrium-aluminium ; 3. L'oxyde d'holmium nanométrique peut être utilisé comme grenat d'yttrium-fer-aluminium (Ho:YAG), capable d'émettre un laser de 2 µm. Le taux d'absorption des tissus humains par un laser de 2 µm est élevé, presque trois fois supérieur à celui du Hd:YAG0. Par conséquent, l'utilisation du laser Ho:YAG en chirurgie médicale permet non seulement d'améliorer l'efficacité et la précision de l'opération, mais aussi de réduire la zone de dommage thermique. Le faisceau libre généré par le cristal d'oxyde d'holmium nanométrique peut éliminer la graisse sans générer de chaleur excessive, réduisant ainsi les dommages thermiques causés aux tissus sains. Aux États-Unis, il a été rapporté que le traitement du glaucome par laser à l'oxyde d'holmium nanométrique pouvait réduire la douleur de l'intervention chirurgicale. 4. Dans l'alliage magnétostrictif Terfenol-D, une petite quantité d'oxyde d'holmium nanométrique peut également être ajoutée afin de réduire le champ externe nécessaire à la magnétisation à saturation de l'alliage. 5. De plus, les fibres optiques dopées à l'oxyde d'holmium nanométrique peuvent être utilisées pour fabriquer des dispositifs de communication optique tels que des lasers à fibre optique, des amplificateurs à fibre optique, des capteurs à fibre optique, etc. Elles joueront un rôle plus important dans les communications rapides par fibre optique actuelles.

Oxyde d'yttrium nanométrique (Y2O3)

Français Les principales utilisations du nano-oxyde d'yttrium sont les suivantes : 1. Additifs pour l'acier et les alliages non ferreux. L'alliage FeCr contient généralement 0,5 % à 4 % de nano-oxyde d'yttrium, ce qui peut améliorer la résistance à l'oxydation et la ductilité de ces aciers inoxydables. Après avoir ajouté une quantité appropriée de terres rares mélangées riches en nano-oxyde d'yttrium dans l'alliage MB26, les propriétés globales de l'alliage ont été nettement améliorées hier. Il peut remplacer certains alliages d'aluminium moyennement et fortement sollicités pour les composants d'avions ; L'ajout d'une petite quantité de nano-oxyde d'yttrium (terre rare) dans l'alliage Al-Zr peut améliorer la conductivité de l'alliage ; L'alliage a été adopté par la plupart des usines de fils en Chine. Le nano-oxyde d'yttrium a été ajouté à l'alliage de cuivre pour améliorer la conductivité et la résistance mécanique. 2. Matériau céramique en nitrure de silicium contenant 6 % de nano-oxyde d'yttrium et 2 % d'aluminium. Il peut être utilisé pour développer des pièces de moteur. 3. Le perçage, la découpe, le soudage et d'autres usinages mécaniques sont réalisés sur des composants de grande taille à l'aide d'un faisceau laser à grenat d'aluminium et d'oxyde de nano-néodyme d'une puissance de 400 watts. 4. L'écran du microscope électronique, composé d'un monocristal de grenat Y-Al, présente une fluorescence élevée, une faible absorption de la lumière diffusée et une bonne résistance aux hautes températures et à l'usure mécanique. 5. L'alliage à haute teneur en nano-oxyde d'yttrium, contenant 90 % de nano-oxyde de gadolinium, peut être utilisé dans l'aéronautique et d'autres applications nécessitant une faible densité et un point de fusion élevé. 6. Les matériaux conducteurs de protons à haute température contenant 90 % de nano-oxyde d'yttrium sont essentiels à la production de piles à combustible, de cellules électrolytiques et de capteurs de gaz nécessitant une solubilité élevée dans l'hydrogène. De plus, le nano-oxyde d'yttrium est également utilisé comme matériau résistant à la pulvérisation à haute température, diluant pour combustible de réacteur nucléaire, additif pour aimants permanents et getter dans l'industrie électronique.

Outre ce qui précède, les nano-oxydes de terres rares peuvent également être utilisés dans les vêtements pour la santé humaine et la protection de l'environnement. Les unités de recherche actuelles ont toutes des axes de recherche spécifiques : la protection contre les rayons ultraviolets ; la pollution atmosphérique et les rayons ultraviolets sont propices aux maladies et aux cancers cutanés ; la prévention de la pollution empêche les polluants d'adhérer aux vêtements ; et des études sont également menées pour la protection contre la chaleur. Le cuir étant dur et facile à vieillir, il est particulièrement sensible à la moisissure par temps de pluie. Le cuir peut être assoupli par blanchiment à l'oxyde de cérium nano-terre rare, résistant au vieillissement et à la moisissure, et confortable à porter. Ces dernières années, les nano-revêtements sont également au cœur de la recherche sur les nanomatériaux, principalement axée sur les revêtements fonctionnels. Aux États-Unis, l'Y2O3 à 80 nm peut être utilisé comme revêtement de protection contre les infrarouges. Son efficacité de réflexion de la chaleur est très élevée. Le CeO2 présente un indice de réfraction élevé et une grande stabilité. L'ajout de poudres de nano-oxydes de terres rares (yttrium, lanthane et cérium) au revêtement permet de protéger les murs extérieurs du vieillissement. Ce revêtement est en effet sujet au vieillissement et à l'usure en raison d'une exposition prolongée à la lumière du soleil et aux ultraviolets. De plus, l'ajout d'oxydes de cérium et d'yttrium permet de résister aux ultraviolets. De plus, grâce à sa très petite taille de particules, le nano-oxyde de cérium est utilisé comme absorbeur d'ultraviolets. Il devrait être utilisé pour prévenir le vieillissement des produits plastiques dû aux ultraviolets, notamment pour les réservoirs, les automobiles, les navires, les réservoirs de stockage de pétrole, etc. Il offre une protection optimale pour les grands panneaux d'affichage extérieurs et prévient la moisissure, l'humidité et la pollution des revêtements muraux intérieurs. Grâce à sa petite taille de particules, la poussière adhère difficilement aux murs et peut être nettoyée à l'eau. De nombreuses applications des nano-oxydes de terres rares restent à développer, et nous espérons sincèrement qu'elles connaîtront un avenir prometteur.