สมบัติ การใช้งาน และการเตรียมอิตเทรียมออกไซด์

โครงสร้างผลึกของอิตเทรียมออกไซด์

อิตเทรียมออกไซด์ (Y₂O₃) เป็นออกไซด์ของแรร์เอิร์ธสีขาวที่ไม่ละลายน้ำและด่าง และละลายได้ในกรด เป็นเซสควิออกไซด์แรร์เอิร์ธชนิด C ทั่วไปที่มีโครงสร้างลูกบาศก์ที่มีศูนย์กลางอยู่ที่วัตถุ

ตารางพารามิเตอร์คริสตัลของ Y₂O₃

แผนภาพโครงสร้างผลึกของ Y₂O₃

สมบัติทางกายภาพและเคมีของอิตเทรียมออกไซด์

(1) มวลโมลาร์คือ 225.82g/mol และความหนาแน่นคือ 5.01g/cm3³;

(2) จุดหลอมเหลว 2410℃, จุดเดือด 4300℃, มีเสถียรภาพทางความร้อนดี;

(3) มีเสถียรภาพทางกายภาพและเคมีที่ดีและทนต่อการกัดกร่อนที่ดี

(4) ค่าการนำความร้อนสูง โดยสามารถไปถึง 27 W/(MK) ที่อุณหภูมิ 300K ซึ่งสูงกว่าค่าการนำความร้อนของอิตเทรียมอะลูมิเนียมการ์เนต (Y) ประมาณสองเท่า₃Al₅O₁₂) ซึ่งมีประโยชน์อย่างมากต่อการนำมาใช้เป็นตัวกลางการทำงานด้วยเลเซอร์

(5) ช่วงความโปร่งใสของแสงกว้าง (0.29~8μm) และการส่งผ่านทางทฤษฎีในช่วงที่มองเห็นได้สามารถเข้าถึงได้มากกว่า 80%

(6) พลังงานโฟนอนต่ำ และจุดสูงสุดที่แข็งแกร่งที่สุดของสเปกตรัมรามานอยู่ที่ 377 ซม.^-1ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการลดความน่าจะเป็นของการเปลี่ยนผ่านที่ไม่แผ่รังสีและปรับปรุงประสิทธิภาพการส่องสว่างในการแปลงขึ้น

(7) ต่ำกว่า 2200℃, ย.₂O₃เป็นเฟสลูกบาศก์ที่ไม่มีการหักเหแสงแบบคู่กัน ดัชนีหักเหแสงเท่ากับ 1.89 ที่ความยาวคลื่น 1,050 นาโนเมตร เปลี่ยนเป็นเฟสหกเหลี่ยมที่สูงกว่า 2,200 นาโนเมตร℃;

(8) ช่องว่างพลังงานของ Y₂O₃มีความกว้างมากถึง 5.5eV และระดับพลังงานของไอออนเรืองแสงธาตุหายากสามชนิดที่ถูกเจือปนจะอยู่ระหว่างแถบวาเลนซ์และแถบการนำไฟฟ้าของ Y₂O₃และอยู่เหนือระดับพลังงานของแฟร์มี ทำให้เกิดศูนย์กลางเรืองแสงที่แยกจากกัน

(9)ย₂O₃เนื่องจากเป็นวัสดุเมทริกซ์ จึงสามารถรองรับไอออนธาตุหายากที่มีประจุบวกสามชนิดที่มีความเข้มข้นสูงและแทนที่ Y³⁺ไอออนโดยไม่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง

การใช้งานหลักของอิตเทรียมออกไซด์

อิตเทรียมออกไซด์เป็นวัสดุเสริมฟังก์ชันที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านพลังงานปรมาณู อวกาศ การเรืองแสง อิเล็กทรอนิกส์ เซรามิกไฮเทค และอื่นๆ อีกมากมาย เนื่องจากมีคุณสมบัติทางกายภาพที่ยอดเยี่ยม เช่น ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสูง ทนความร้อนได้ดี และทนต่อการกัดกร่อนได้ดี

ที่มาของภาพ : เครือข่าย

1. เป็นวัสดุเมทริกซ์ฟอสเฟอร์ ใช้ในด้านการแสดงภาพ การให้แสงสว่าง และการทำเครื่องหมาย

2. เนื่องจากเป็นวัสดุตัวกลางเลเซอร์ จึงสามารถเตรียมเซรามิกโปร่งใสที่มีประสิทธิภาพทางแสงสูงได้ ซึ่งสามารถใช้เป็นตัวกลางการทำงานของเลเซอร์เพื่อให้ได้เอาต์พุตเลเซอร์ที่อุณหภูมิห้อง

3. เนื่องจากเป็นวัสดุเมทริกซ์เรืองแสงแบบอัปคอนเวอร์ชั่น จึงใช้ในการตรวจจับอินฟราเรด การติดฉลากเรืองแสง และสาขาอื่นๆ

4. ผลิตจากเซรามิกโปร่งใส ซึ่งสามารถนำไปใช้กับเลนส์ที่มองเห็นและอินฟราเรด หลอดปล่อยก๊าซแรงดันสูง เซรามิกประกายแสง หน้าต่างสังเกตการณ์เตาเผาอุณหภูมิสูง เป็นต้น

5. สามารถใช้เป็นภาชนะปฏิกิริยา วัสดุทนความร้อนสูง วัสดุทนไฟ ฯลฯ

6. เนื่องจากเป็นวัตถุดิบหรือสารเติมแต่ง จึงใช้กันอย่างแพร่หลายในวัสดุตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง วัสดุคริสตัลเลเซอร์ เซรามิกโครงสร้าง วัสดุเร่งปฏิกิริยา เซรามิกไดอิเล็กตริก โลหะผสมประสิทธิภาพสูง และสาขาอื่นๆ

วิธีการเตรียมผงอิตเทรียมออกไซด์

วิธีการตกตะกอนในเฟสของเหลวมักใช้ในการเตรียมออกไซด์ของธาตุหายาก ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยวิธีการตกตะกอนออกซาเลต วิธีการตกตะกอนแอมโมเนียมไบคาร์บอเนต วิธีการไฮโดรไลซิสยูเรีย และวิธีการตกตะกอนแอมโมเนีย นอกจากนี้ การพ่นเม็ดยังเป็นวิธีการเตรียมที่ได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางในปัจจุบัน วิธีการตกตะกอนเกลือ

1. วิธีการตกตะกอนออกซาเลต

ออกไซด์ของแรร์เอิร์ธที่เตรียมโดยวิธีการตกตะกอนออกซาเลตมีข้อดีคือมีระดับการตกผลึกสูง มีรูปร่างผลึกที่ดี กรองได้รวดเร็ว มีสิ่งเจือปนต่ำ และใช้งานง่าย ซึ่งเป็นวิธีการทั่วไปในการเตรียมออกไซด์ของแรร์เอิร์ธที่มีความบริสุทธิ์สูงในการผลิตทางอุตสาหกรรม

วิธีการตกตะกอนแอมโมเนียมไบคาร์บอเนต

2. วิธีการตกตะกอนแอมโมเนียมไบคาร์บอเนต

แอมโมเนียมไบคาร์บอเนตเป็นสารตกตะกอนราคาถูก ในอดีตผู้คนมักใช้กรรมวิธีตกตะกอนแอมโมเนียมไบคาร์บอเนตในการเตรียมคาร์บอเนตแรร์เอิร์ธผสมจากสารละลายของแร่แรร์เอิร์ธ ปัจจุบันออกไซด์แรร์เอิร์ธเตรียมโดยใช้กรรมวิธีตกตะกอนแอมโมเนียมไบคาร์บอเนตในอุตสาหกรรม โดยทั่วไปกรรมวิธีตกตะกอนแอมโมเนียมไบคาร์บอเนตคือการเติมแอมโมเนียมไบคาร์บอเนตที่เป็นของแข็งหรือสารละลายลงในสารละลายแรร์เอิร์ธคลอไรด์ที่อุณหภูมิหนึ่ง หลังจากบ่ม ล้าง อบแห้ง และเผา จะได้ออกไซด์ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากมีฟองอากาศจำนวนมากที่เกิดขึ้นระหว่างการตกตะกอนแอมโมเนียมไบคาร์บอเนตและค่า pH ที่ไม่เสถียรระหว่างปฏิกิริยาการตกตะกอน อัตราการเกิดนิวเคลียสจึงเร็วหรือช้า ซึ่งไม่เอื้อต่อการเติบโตของผลึก เพื่อให้ได้ออกไซด์ที่มีขนาดและสัณฐานวิทยาของอนุภาคที่เหมาะสม จำเป็นต้องควบคุมเงื่อนไขของปฏิกิริยาอย่างเคร่งครัด

3. การตกตะกอนยูเรีย

วิธีการตกตะกอนยูเรียใช้กันอย่างแพร่หลายในการเตรียมออกไซด์ของธาตุหายาก ซึ่งไม่เพียงแต่ราคาถูกและใช้งานง่าย แต่ยังมีศักยภาพในการควบคุมนิวเคลียสของสารตั้งต้นและการเติบโตของอนุภาคได้อย่างแม่นยำ ดังนั้น วิธีการตกตะกอนยูเรียจึงดึงดูดความสนใจจากผู้คนมากขึ้นเรื่อยๆ และดึงดูดความสนใจและการวิจัยอย่างกว้างขวางจากนักวิชาการจำนวนมากในปัจจุบัน

4. การพ่นเม็ด

เทคโนโลยีการพ่นเม็ดมีข้อดีคือมีระบบอัตโนมัติสูง ประสิทธิภาพการผลิตสูง และผงสีเขียวคุณภาพสูง ดังนั้นการพ่นเม็ดจึงกลายเป็นวิธีการพ่นเม็ดผงที่ใช้กันทั่วไป

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การบริโภคแร่ธาตุหายากในแหล่งดั้งเดิมไม่ได้เปลี่ยนแปลงไปมากนัก แต่การนำไปใช้ในวัสดุใหม่เพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด ในฐานะวัสดุใหม่ นาโน Y₂O₃มีขอบเขตการใช้งานที่กว้างขึ้น ปัจจุบันมีวิธีการต่างๆ มากมายในการเตรียมนาโน Y₂O₃วัสดุที่สามารถแบ่งได้เป็น 3 ประเภท ได้แก่ วิธีเฟสของเหลว วิธีเฟสก๊าซ และวิธีเฟสของแข็ง โดยวิธีเฟสของเหลวนั้นใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด แบ่งออกเป็นการพ่นไพโรไลซิส การสังเคราะห์ด้วยความร้อนใต้พิภพ ไมโครอิมัลชัน โซลเจล การสังเคราะห์ด้วยการเผาไหม้ และการตกตะกอน อย่างไรก็ตาม นาโนอนุภาคออกไซด์อิตเทรียมที่มีลักษณะเป็นทรงกลมจะมีพื้นที่ผิวจำเพาะ พลังงานพื้นผิว ความลื่นไหล และการกระจายตัวที่ดีกว่า ซึ่งควรค่าแก่การให้ความสำคัญ