خواص، کاربرد و تهیه اکسید ایتریم

ساختار بلوری اکسید ایتریم

اکسید ایتریم (Y)₂O₃) یک اکسید خاکی کمیاب سفید نامحلول در آب و قلیا و محلول در اسید است. این یک سسکوئی اکسید خاکی کمیاب نوع C معمولی با ساختار مکعبی مرکز پر است.

جدول پارامترهای کریستال Y₂O₃

نمودار ساختار کریستالی Y₂O₃

خواص فیزیکی و شیمیایی اکسید ایتریم

(1) جرم مولی 225.82 گرم بر مول و چگالی 5.01 گرم بر سانتی‌متر مکعب است³;

(2) نقطه ذوب 2410℃نقطه جوش ۴۳۰۰℃پایداری حرارتی خوب؛

(3) پایداری فیزیکی و شیمیایی خوب و مقاومت در برابر خوردگی خوب؛

(4) رسانایی حرارتی بالا است، که می‌تواند در دمای 300 کلوین به 27 W/(MK) برسد، که تقریباً دو برابر رسانایی حرارتی گارنت ایتریم آلومینیوم (Y) است.₃Al₅O₁₂)، که برای استفاده از آن به عنوان محیط کار لیزری بسیار مفید است.

(5) محدوده شفافیت نوری وسیع است (0.29 ~ 8μm) و عبوردهی نظری در ناحیه مرئی می‌تواند به بیش از 80٪ برسد.

(6) انرژی فونون کم است و قوی‌ترین پیک طیف رامان در 377cm-1 قرار دارد.^-1که برای کاهش احتمال گذار غیرتابشی و بهبود راندمان نوری تبدیل به بالا مفید است؛

(7) زیر 2200℃، ی₂O₃یک فاز مکعبی بدون دوشکستی است. ضریب شکست در طول موج 1050 نانومتر 1.89 است. در طول موج بالاتر از 2200 به فاز شش ضلعی تبدیل می‌شود.℃;

(8) شکاف انرژی Y₂O₃بسیار گسترده است، تا 5.5eV، و سطح انرژی یون‌های لومینسانس سه ظرفیتی آلاییده شده با عناصر خاکی کمیاب بین نوار ظرفیت و نوار رسانش Y قرار دارد.₂O₃و بالاتر از سطح انرژی فرمی، در نتیجه مراکز لومینسانس گسسته تشکیل می‌دهند.

(9)ی₂O₃به عنوان یک ماده زمینه، می‌تواند غلظت بالایی از یون‌های خاکی کمیاب سه ظرفیتی را در خود جای دهد و جایگزین Y شود.³⁺یون‌ها بدون ایجاد تغییرات ساختاری.

کاربردهای اصلی اکسید ایتریم

اکسید ایتریم، به عنوان یک ماده افزودنی کاربردی، به دلیل خواص فیزیکی عالی مانند ثابت دی الکتریک بالا، مقاومت حرارتی خوب و مقاومت در برابر خوردگی قوی، به طور گسترده در زمینه‌های انرژی اتمی، هوافضا، فلورسانس، الکترونیک، سرامیک‌های پیشرفته و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرد.

منبع تصویر: شبکه

1، به عنوان یک ماده ماتریس فسفر، در زمینه‌های نمایش، روشنایی و علامت‌گذاری استفاده می‌شود.

2، به عنوان یک ماده واسطه لیزری، می‌توان سرامیک‌های شفاف با عملکرد نوری بالا تهیه کرد که می‌توانند به عنوان یک واسطه کار لیزری برای تحقق خروجی لیزر در دمای اتاق استفاده شوند.

3، به عنوان یک ماده ماتریس لومینسنت با تبدیل بالا، در تشخیص مادون قرمز، برچسب گذاری فلورسانس و سایر زمینه ها استفاده می شود.

4، ساخته شده به سرامیک شفاف، که می‌تواند برای لنزهای مرئی و مادون قرمز، لامپ‌های تخلیه گاز فشار بالا، جرقه‌زن‌های سرامیکی، پنجره‌های مشاهده کوره‌های دمای بالا و غیره استفاده شود.

5، می‌توان از آن به عنوان ظرف واکنش، ماده مقاوم در برابر دمای بالا، ماده نسوز و غیره استفاده کرد.

6، به عنوان مواد اولیه یا افزودنی، آنها همچنین به طور گسترده در مواد ابررسانا با دمای بالا، مواد کریستالی لیزر، سرامیک‌های ساختاری، مواد کاتالیزوری، سرامیک‌های دی‌الکتریک، آلیاژهای با کارایی بالا و سایر زمینه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

روش تهیه پودر اکسید ایتریم

روش رسوب فاز مایع اغلب برای تهیه اکسیدهای عناصر خاکی کمیاب استفاده می‌شود که عمدتاً شامل روش رسوب اگزالات، روش رسوب بی‌کربنات آمونیوم، روش هیدرولیز اوره و روش رسوب آمونیاک است. علاوه بر این، گرانولاسیون اسپری نیز یک روش آماده‌سازی است که در حال حاضر به طور گسترده مورد توجه قرار گرفته است. روش رسوب نمک

۱. روش رسوب‌گذاری اگزالات

اکسید خاکی کمیاب تهیه شده با روش رسوب اگزالات دارای مزایای درجه تبلور بالا، فرم کریستالی خوب، سرعت فیلتراسیون سریع، محتوای ناخالصی کم و سهولت استفاده است که روشی رایج برای تهیه اکسید خاکی کمیاب با خلوص بالا در تولید صنعتی است.

روش رسوب‌گذاری بی‌کربنات آمونیوم

۲. روش رسوب‌گذاری بی‌کربنات آمونیوم

بی‌کربنات آمونیوم یک رسوب‌دهنده ارزان است. در گذشته، مردم اغلب از روش رسوب بی‌کربنات آمونیوم برای تهیه کربنات خاکی کمیاب مخلوط از محلول لیچینگ سنگ معدن خاکی کمیاب استفاده می‌کردند. در حال حاضر، اکسیدهای خاکی کمیاب در صنعت با روش رسوب بی‌کربنات آمونیوم تهیه می‌شوند. به طور کلی، روش رسوب بی‌کربنات آمونیوم، افزودن جامد یا محلول بی‌کربنات آمونیوم به محلول کلرید خاکی کمیاب در دمای معین است. پس از پیرسازی، شستشو، خشک کردن و سوزاندن، اکسید به دست می‌آید. با این حال، به دلیل تعداد زیاد حباب‌های ایجاد شده در طول رسوب بی‌کربنات آمونیوم و مقدار pH ناپایدار در طول واکنش رسوب، سرعت هسته‌زایی سریع یا کند است که برای رشد کریستال مساعد نیست. برای به دست آوردن اکسید با اندازه و مورفولوژی ذرات ایده‌آل، شرایط واکنش باید به شدت کنترل شود.

۳. رسوب اوره

روش رسوب اوره به طور گسترده در تهیه اکسید عناصر کمیاب مورد استفاده قرار می‌گیرد، که نه تنها ارزان و آسان برای استفاده است، بلکه پتانسیل دستیابی به کنترل دقیق هسته‌زایی پیش‌ساز و رشد ذرات را نیز دارد، بنابراین روش رسوب اوره توجه بیشتر مردم را به خود جلب کرده و توجه و تحقیقات گسترده‌ای را از سوی بسیاری از محققان در حال حاضر به خود جلب کرده است.

4. گرانولاسیون اسپری

فناوری گرانولاسیون اسپری مزایای اتوماسیون بالا، راندمان تولید بالا و کیفیت بالای پودر سبز را دارد، بنابراین گرانولاسیون اسپری به یک روش گرانولاسیون پودر رایج تبدیل شده است.

در سال‌های اخیر، مصرف عناصر خاکی کمیاب در زمینه‌های سنتی اساساً تغییر نکرده است، اما کاربرد آن در مواد جدید به طور قابل توجهی افزایش یافته است. به عنوان یک ماده جدید، نانو Y₂O₃زمینه کاربرد وسیع‌تری دارد. امروزه روش‌های زیادی برای تهیه نانو Y وجود دارد.₂O₃موادی که می‌توانند به سه دسته تقسیم شوند: روش فاز مایع، روش فاز گازی و روش فاز جامد، که در میان آنها روش فاز مایع پرکاربردترین است. آنها به پیرولیز اسپری، سنتز هیدروترمال، میکروامولسیون، سل-ژل، سنتز احتراقی و رسوبی تقسیم می‌شوند. با این حال، نانوذرات اکسید ایتریم کروی شده دارای سطح ویژه بالاتر، انرژی سطحی، سیالیت و پراکندگی بهتری خواهند بود که ارزش تمرکز بر روی آنها را دارد.