Berriak - Nanometroko lur arraroen materialak, industria-iraultzaren indar berria

Nanometroko lur arraroen materialak, industria-iraultzaren indar berria

Nanoteknologia 1980ko hamarkada amaieran eta 1990eko hamarkada hasieran pixkanaka garatu zen diziplina arteko arlo berria da. Ekoizpen-prozesu berriak, material berriak eta produktu berriak sortzeko potentzial handia duenez, mende berrian industria-iraultza berri bat abiaraziko du. Nanozientziaren eta nanoteknologiaren egungo garapen-maila 1950eko hamarkadan ordenagailu eta informazio-teknologiak izan zuenaren antzekoa da. Arlo honetan konprometitutako zientzialari gehienek aurreikusten dute nanoteknologiaren garapenak eragin zabala eta urruna izango duela teknologiaren alderdi askotan. Zientzialariek uste dute propietate arraroak eta errendimendu berezia duela. Nanomaterial arraroen propietate arraroak eragiten dituzten konfinamendu-efektu nagusiak gainazal-efektu espezifikoa, tamaina txikiko efektua, interfaze-efektua, gardentasun-efektua, tunel-efektua eta efektu kuantiko makroskopikoa dira. Efektu hauek nanosistemen propietate fisikoak argian, elektrizitatean, beroan eta magnetismoan ohiko materialenetatik desberdinak bihurtzen dituzte, eta ezaugarri berritzaile asko aurkezten dituzte. Etorkizunean, hiru norabide nagusi dituzte zientzialariek nanoteknologia ikertzeko eta garatzeko: errendimendu bikaina duten nanomaterialen prestaketa eta aplikazioa; hainbat nanogailu eta ekipamendu diseinatu eta prestatzea; nanoeskualdeen propietateak detektatu eta aztertzea. Gaur egun, nano lur arraroek aplikazio norabide hauek dituzte batez ere, eta etorkizunean gehiago garatu behar da haren aplikazioa.

Nanometroko lantano oxidoa (La2O3)

Lantano oxido nanometrikoa material piezoelektrikoetan, material elektrotermikoetan, material termoelektrikoetan, magnetoerresistentzia materialetan, material lumineszenteetan (hauts urdina), hidrogenoa gordetzeko materialetan, beira optikoan, laser materialetan, aleazio material desberdinetan, produktu kimiko organikoak prestatzeko katalizatzaileetan eta automobilen ihes-gasak neutralizatzeko katalizatzaileetan aplikatzen da, eta argi-bihurketa nekazaritzako filmetan ere lantano oxido nanometrikoetan aplikatzen da.

Nanometroko zerio oxidoa (CeO2)

Nano-zerio oxidoaren erabilera nagusiak hauek dira: 1. Beira-gehigarri gisa, nano-zerio oxidoak izpi ultramoreak eta infragorriak xurga ditzake, eta automobilen beiran aplikatu da. Izpi ultramoreak saihestu ez ezik, autoaren barruko tenperatura ere murriztu dezake, eta horrela aire giroturako elektrizitatea aurreztu. 2. Nano-zerio oxidoa automobilen ihes-gasen arazketa-katalizatzailean aplikatzeak eraginkortasunez eragotzi dezake automobilen ihes-gas kopuru handia airera isurtzea. 3. Nano-zerio oxidoa pigmentu gisa erabil daiteke plastikoak koloreztatzeko, eta estaldura, tinta eta paper-industrietan ere erabil daiteke. 4. Nano-zerio oxidoa leuntzeko materialetan aplikatzea oso aitortua izan da siliziozko obleak eta zafiro kristal bakarreko substratuak leuntzeko zehaztasun handiko baldintza gisa. 5. Horrez gain, nano-zerio oxidoa hidrogenoa biltegiratzeko materialetan, material termoelektrikoetan, nano-zerio oxido tungsteno elektrodoetan, zeramikazko kondentsadoreetan, zeramika piezoelektrikoetan, nano-zerio oxido silizio karburozko urratzaileetan, erregai-pilen lehengaietan, gasolina-katalizatzaileetan, material magnetiko iraunkor batzuetan, hainbat aleazio-altzairutan eta metal ez-ferrikoetan, etab. ere aplika daiteke.

Nanometroko praseodimio oxidoa (Pr6O11)

Praseodimio oxido nanometrikoaren erabilera nagusiak hauek dira: 1. Oso erabilia da zeramika eraikitzeko eta eguneroko erabilerako zeramikak egiteko. Zeramikazko esmaltearekin nahastu daiteke esmalte koloreztatua egiteko, eta esmalte azpiko pigmentu gisa ere erabil daiteke. Prestatutako pigmentua hori argia da, tonu puru eta dotorearekin. 2. Iman iraunkorrak fabrikatzeko erabiltzen da eta hainbat gailu elektroniko eta motorretan oso erabilia da. 3. Petrolioaren pitzadura katalitikoan erabiltzen da. Katalisiaren jarduera, selektibitatea eta egonkortasuna hobetu daitezke. 4. Nano-praseodimio oxidoa leunketa urratzailerako ere erabil daiteke. Horrez gain, nano-praseodimio oxidoaren aplikazioa zuntz optikoaren arloan gero eta zabalagoa da. Nano-neodimio oxidoa (Nd2O3) Nano-neodimio oxidoa merkatuan beroa bihurtu da urte askotan, lur arraroen arloan duen posizio paregabeagatik. Nano-neodimio oxidoa material ez-ferrikoetan ere aplikatzen da. Magnesio edo aluminio aleazioari % 1,5~% 2,5 nano neodimio oxidoa gehitzeak aleazioaren tenperatura altuko errendimendua, airearekiko hermetikotasuna eta korrosioarekiko erresistentzia hobetu ditzake, eta oso erabilia da hegazkingintzan material aeroespazial gisa. Horrez gain, nano neodimio oxidoz dopatutako nano itrio aluminio granateak uhin laburreko laser izpia sortzen du, eta hori oso erabilia da industrian 10 mm-tik beherako lodiera duten material meheak soldatzeko eta ebakitzeko. Medikuntza arloan, nano-Nd _ 2O _ 3-rekin dopatutako Nano-YAG laserra zauri kirurgikoak kentzeko edo desinfektatzeko erabiltzen da, labana kirurgikoen ordez. Nanometroko neodimio oxidoa beira eta zeramikazko materialak, kautxuzko produktuak eta gehigarriak koloreztatzeko ere erabiltzen da.

Samario oxido nanopartikulak (Sm2O3)

Samario oxido nanometrikoaren erabilera nagusiak hauek dira: samario oxido nanometrikoa hori argia da, eta zeramikazko kondentsadore eta katalizatzaileetan aplikatzen da. Gainera, samario oxido nanometrikoak propietate nuklearrak ditu, eta erreaktore atomikoen egitura-material, babes-material eta kontrol-material gisa erabil daiteke, fisio nuklearrak sortutako energia erraldoia segurtasunez erabil dadin. Europio oxido nanopartikulak (Eu2O3) gehienbat fosforoetan erabiltzen dira. Eu3+ fosforo gorriaren aktibatzaile gisa erabiltzen da, eta Eu2+ fosforo urdin gisa. Y0O3:Eu3+ fosforo onena da argi-eraginkortasunari, estalduraren egonkortasunari, berreskuratze-kostuari, etab., eta asko erabiltzen ari da argi-eraginkortasunaren eta kontrastearen hobekuntzagatik. Duela gutxi, nano europio oxidoa ere erabili da emisio estimulatuko fosforo gisa X izpien bidezko diagnostiko mediko sistema berrietarako. Nano-europio oxidoa lente koloredunak eta iragazki optikoak fabrikatzeko, burbuila magnetikoen biltegiratze-gailuetarako ere erabil daiteke, eta bere talentua ere erakuts dezake kontrol-materialetan, babes-materialetan eta erreaktore atomikoen egitura-materialetan. Gadolinio europio oxido (Y2O3:Eu3+) partikula fineko fosforo gorria nano itrio oxidoa (Y2O3) eta nano europio oxidoa (Eu2O3) lehengai gisa erabiliz prestatu zen. Lur arraroen hiru koloreko fosforoa prestatzeko erabiltzean, honako hau ikusi zen: (a) hauts berdearekin eta hauts urdinarekin ondo eta uniformeki nahas daitekeela; (b) Estaldura-errendimendu ona duela; (c) Hauts gorriaren partikula-tamaina txikia denez, azalera espezifikoa handitzen denez eta partikula lumineszenteen kopurua handitzen denez, lur arraroen hiru koloreko fosforoetan dagoen hauts gorriaren kantitatea murriztu daiteke, eta horrek kostu txikiagoa dakar.

Gadolinio oxido nanopartikulak (Gd2O3)

Bere erabilera nagusiak hauek dira: 1. Bere uretan disolbagarria den konplexu paramagnetikoak giza gorputzaren NMR irudi-seinalea hobetu dezake tratamendu medikoan. 2. Sufre oxido basea osziloskopio hodiaren eta X izpien pantailaren matrize-sare gisa erabil daiteke, distira bereziarekin. 3. Nano-gadolinio galio granatean dagoen nano-gadolinio oxidoa substratu bakar aproposa da burbuila magnetikoen memoriarako. 4. Camot zikloaren mugarik ez dagoenean, hozte-euskarri magnetiko solido gisa erabil daiteke. 5. Inhibitzaile gisa erabiltzen da zentral nuklearren erreakzio-kate maila kontrolatzeko, erreakzio nuklearren segurtasuna bermatzeko. Horrez gain, nano-gadolinio oxidoaren eta nano-lantano oxidoaren erabilera lagungarria da bitrifikazio-eskualdea aldatzeko eta beiraren egonkortasun termikoa hobetzeko. Nano-gadolinio oxidoa kondentsadoreak eta X izpien intentsifikazio-pantailak fabrikatzeko ere erabil daiteke. Gaur egun, munduak ahalegin handiak egiten ari da nano-gadolinio oxidoaren eta bere aleazioen aplikazioa hozte magnetikoan garatzeko, eta aurrerapen handiak egin ditu.

Terbio oxido nanopartikulak (Tb4O7)

Aplikazio-eremu nagusiak hauek dira: 1. Fosforoak hiru koloreko fosforoetan hauts berdearen aktibatzaile gisa erabiltzen dira, hala nola nanoterbio oxidoak aktibatutako fosfato matrizea, nanoterbio oxidoak aktibatutako silikato matrizea eta nanoterbio oxidoak aktibatutako nanozerio oxido magnesio aluminato matrizea, eta horiek guztiek argi berdea igortzen dute egoera kitzikatuan. 2. Biltegiratze-material magneto-optikoak. Azken urteotan, nanoterbio oxidozko material magneto-optikoak ikertu eta garatu dira. Tb-Fe film amorfoz egindako disko magneto-optikoa ordenagailuen biltegiratze-elementu gisa erabiltzen da, eta biltegiratze-ahalmena 10~15 aldiz handitu daiteke. 3. Magneto-optiko beira, nanometroko terbio oxidoa duen Faraday beira optikoki aktiboa, errotagailuak, isolatzaileak, eraztungailuak egiteko funtsezko materiala da eta laser teknologian asko erabiltzen da. Nanometroko terbio oxidoa nanometroko disprosio oxidoa batez ere sonarrean erabiltzen da, eta asko erabili da arlo askotan, hala nola erregai injekzio sisteman, likido balbulen kontrolean, mikroposizionamenduan, aktuadore mekanikoan, mekanismoan eta hegazkinen espazio teleskopioen hegal erregulatzailean. Dy2O3 nano disprosio oxidoaren erabilera nagusiak hauek dira: 1. Nano-disprosio oxidoa fosforoaren aktibatzaile gisa erabiltzen da, eta nano-disprosio oxido tribalentea hiru koloreko materialen lumineszenteen aktibazio ioi itxaropentsua da, lumineszente zentro bakarrarekin. Batez ere bi emisio banda ditu, bata argi horiaren emisioa da, bestea argi urdinaren emisioa, eta nano-disprosio oxidoarekin dopatutako material lumineszenteak hiru koloreko fosforo gisa erabil daitezke. 2. Nanometroko disprosio oxidoa beharrezko metalezko lehengaia da nanoterbio oxido eta nanodisprosio oxido aleazio magnetostriktibo handiekin Terfenol aleazioa prestatzeko, mugimendu mekanikoaren jarduera zehatz batzuk gauzatzeko gai dena. 3. Nanometroko disprosio oxido metala magneto-optiko biltegiratze material gisa erabil daiteke, grabazio-abiadura eta irakurketa-sentsibilitate handikoa. 4. Nanometroko disprosio oxido lanpara prestatzeko erabiltzen da. Nano disprosio oxido lanparan erabiltzen den lan-substantzia nano disprosio oxidoa da, distira handikoa, kolore ona, kolore-tenperatura altua, tamaina txikia eta arku egonkorra bezalako abantailak dituena, eta filmetarako eta inprimaketarako argiztapen-iturri gisa erabili izan da. 5. Nanometroko disprosio oxidoa neutroien energia-espektroa neurtzeko edo energia atomikoaren industrian neutroien xurgatzaile gisa erabiltzen da, neutroien harrapaketa-eremu zeharkako handia duelako.

Ho _ 2O _ 3 Nanometro

Nano-holmio oxidoaren erabilera nagusiak hauek dira: 1. Metal halogeno lanpara gehigarri gisa, metal halogeno lanpara gas deskargako lanpara mota bat da, presio handiko merkurio lanpara oinarritzat hartuta garatua, eta bere ezaugarria da bonbilla hainbat lur arraro haluroz beteta dagoela. Gaur egun, lur arraro ioduroak erabiltzen dira batez ere, gas deskargatzean lerro espektral desberdinak igortzen dituztenak. Nano-holmio oxido lanparan erabiltzen den lan-substantzia nano-holmio oxido ioduroa da, eta horrek metal atomo kontzentrazio handiagoa lor dezake arku eremuan, eta horrela erradiazio eraginkortasuna asko hobetzen du. 2. Nanometroko holmio oxidoa itrio burdin edo itrio aluminio granatearen gehigarri gisa erabil daiteke; 3. Nano-holmio oxidoa itrio burdin aluminio granate (Ho:YAG) gisa erabil daiteke, 2 μm-ko laserra igor dezakeena, eta giza ehunaren xurgapen-tasa 2 μm-ko laserrera altua da. Ia hiru magnitude-ordena handiagoa da Hd:YAG0 baino. Beraz, Ho:YAG laserra ebakuntza medikoetarako erabiltzean, ez bakarrik eragiketaren eraginkortasuna eta zehaztasuna hobetu daiteke, baita kalte termikoaren eremua tamaina txikiago batera murriztu ere. Nano holmio oxido kristalak sortutako izpi askeak gantza ezaba dezake gehiegizko beroa sortu gabe, eta horrela ehun osasuntsuek eragindako kalte termikoa murriztu. Jakinarazi da Estatu Batuetan nanometroko holmio oxido laserrarekin glaukoma tratatzeak ebakuntzaren mina murriztu dezakeela. 4. Terfenol-D aleazio magnetostriktiboan, nano tamainako holmio oxido kantitate txiki bat ere gehi daiteke aleazioaren saturazio magnetizaziorako behar den kanpoko eremua murrizteko. 5. Horrez gain, nano-holmio oxidoz dopatutako zuntz optikoa erabil daiteke komunikazio optikoko gailuak egiteko, hala nola zuntz optikoko laserrak, zuntz optikoko anplifikadoreak, zuntz optikoko sentsoreak, etab. Gaur egungo zuntz optikoko komunikazio azkarran paper garrantzitsuagoa izango du.

Nanometroko itrio oxidoa (Y2O3)

Nano-itrio oxidoaren erabilera nagusiak hauek dira: 1. Altzairu eta aleazio ez-ferrikoetarako gehigarriak. FeCr aleazioak normalean % 0,5 ~ % 4 nano-itrio oxidoa dauka, eta horrek altzairu herdoilgaitz hauen oxidazio-erresistentzia eta harikortasuna hobetu ditzake. MB26 aleazioari nanometroko itrio oxidoan aberatsa den lur arraro nahasi kopuru egokia gehitu ondoren, aleazioaren propietate orokorrak nabarmen hobetu ziren atzo. Hegazkinen osagai estresatuetarako aluminiozko aleazio ertain eta sendo batzuk ordezkatu ditzake; Al-Zr aleazioari nano-itrio oxido lur arraro kantitate txiki bat gehitzeak aleazioaren eroankortasuna hobetu dezake; Txinako alanbre-lantegi gehienek erabili dute aleazioa. Nano-itrio oxidoa gehitu zitzaion kobrezko aleazioari eroankortasuna eta erresistentzia mekanikoa hobetzeko. 2. % 6 nano-itrio oxidoa eta % 2 aluminioa dituen silizio nitruro zeramikazko materiala. Motorraren piezak garatzeko erabil daiteke. 3. Zulaketa, ebaketa, soldadura eta bestelako prozesamendu mekanikoak eskala handiko osagaietan egiten dira, 400 watt-eko potentziako nano neodimio oxidozko aluminio granatezko laser izpi bat erabiliz. 4. Y-Al granate kristal bakarrez osatutako mikroskopio elektronikoaren pantailak fluoreszentzia-distira handia, argi sakabanatuaren xurgapen txikia eta tenperatura altuko erresistentzia eta higadura mekanikoarekiko erresistentzia ona ditu. 5. % 90 nano gadolinio oxidoa duen nano itrio oxido egitura handiko aleazioa hegazkingintzan eta dentsitate baxua eta urtze-puntu altua behar duten beste ekitaldi batzuetan aplika daiteke. 6. % 90 nano itrio oxidoa duten tenperatura altuko protoi eroale materialak oso garrantzitsuak dira hidrogeno disolbagarritasun handia behar duten erregai-pilak, zelula elektrolitikoak eta gas-sentsoreak ekoizteko. Horrez gain, nano-itrio oxidoa tenperatura altuko ihinztadura-erresistente material gisa, erreaktore atomikoen erregaiaren diluente gisa, iman iraunkorreko materialen gehigarri gisa eta industria elektronikoan lortzaile gisa ere erabiltzen da.

Goikoez gain, nano lur arraroen oxidoak arropa-materialetan ere erabil daitezke gizakien osasun-zaintzarako eta ingurumen-babeserako. Gaur egungo ikerketa-unitateetatik, guztiek norabide jakin batzuk dituzte: erradiazio ultramorearen aurkakoa; Airearen kutsadura eta erradiazio ultramoreak larruazaleko gaixotasunak eta larruazaleko minbizia izateko joera dute; Kutsaduraren prebentzioak zaildu egiten du kutsatzaileak arropari itsastea; Beroaren aurkako mantentze-lanaren norabidean ere aztertzen ari da. Larrua gogorra eta erraz zahartzen denez, euri-egunetan lizuntzeko joera handiagoa du. Larrua leundu daiteke nano lur arraroen zerio oxidoarekin zurituz, eta ez da erraz zahartzen eta lizuntzen, eta erosoa da janzteko. Azken urteotan, nanoestaldura-materialak ere nanomaterialen ikerketaren ardatz dira, eta ikerketa nagusia estaldura funtzionaletan zentratzen da. Estatu Batuetan 80nm-ko Y2O3 infragorrien babes-estaldura gisa erabil daiteke. Beroa islatzeko eraginkortasuna oso handia da. CeO2-k errefrakzio-indize handia eta egonkortasun handia ditu. Nano lur arraroen itrio oxidoa, nano lantano oxidoa eta nano zerio oxido hautsa estaldurari gehitzen zaizkionean, kanpoko hormak zahartzeari eutsi diezaioke, kanpoko hormaren estaldura erraz zahartzen eta erortzen baita, pintura denbora luzez eguzki-argiaren eta izpi ultramoreen eraginpean dagoelako, eta zerio oxidoa eta itrio oxidoa gehitu ondoren izpi ultramoreei eutsi diezaieke. Gainera, bere partikula-tamaina oso txikia da, eta nano zerio oxidoa ultramoreen xurgatzaile gisa erabiltzen da, eta hori plastikozko produktuen zahartzea saihesteko erabiliko dela espero da erradiazio ultramorearen ondorioz, tankeak, automobilak, itsasontziak, olio-biltegiratze tankeak, etab., kanpoko kartel handiak ondoen babestu eta lizunak, hezetasuna eta kutsadura saihestu ditzake barneko horma-estaldurentzat. Bere partikula-tamaina txikia dela eta, hautsa ez da erraz itsasten horman. Eta urarekin garbitu daiteke. Nano lur arraroen oxidoen erabilera asko daude oraindik gehiago ikertu eta garatu beharrekoak, eta zinez espero dugu etorkizun distiratsuagoa izatea.