Tính chất, ứng dụng và điều chế oxit ytri

Cấu trúc tinh thể của ytri oxit

Ytri oxit (Y₂O₃) là oxit đất hiếm màu trắng không tan trong nước và kiềm nhưng tan trong axit. Đây là sesquioxide đất hiếm loại C điển hình với cấu trúc lập phương tâm khối.

Bảng tham số tinh thể của Y₂O₃

Sơ đồ cấu trúc tinh thể của Y₂O₃

Tính chất vật lý và hóa học của ytri oxit

(1) khối lượng mol là 225,82g/mol và khối lượng riêng là 5,01g/cm³;

(2) Điểm nóng chảy 2410℃, điểm sôi 4300℃, độ ổn định nhiệt tốt;

(3) Tính ổn định vật lý và hóa học tốt và khả năng chống ăn mòn tốt;

(4) Độ dẫn nhiệt cao, có thể đạt tới 27 W/(MK) ở 300K, gấp khoảng hai lần độ dẫn nhiệt của ytri nhôm garnet (Y₃Al₅O₁₂), rất có lợi cho việc sử dụng nó làm môi trường làm việc cho tia laser;

(5) Phạm vi độ trong suốt quang học rộng (0,29~8μm), độ truyền sáng lý thuyết trong vùng khả kiến ​​có thể đạt tới hơn 80%;

(6) Năng lượng phonon thấp, đỉnh mạnh nhất của phổ Raman nằm ở 377cm^-1, có lợi cho việc giảm khả năng chuyển đổi không bức xạ và cải thiện hiệu suất phát sáng chuyển đổi lên;

(7) Dưới 2200℃, Có₂O₃là pha lập phương không có lưỡng chiết. Chiết suất là 1,89 ở bước sóng 1050nm. Chuyển thành pha lục phương trên 2200℃;

(8) Khoảng cách năng lượng của Y₂O₃rất rộng, lên tới 5,5eV, và mức năng lượng của các ion phát quang đất hiếm hóa trị ba được pha tạp nằm giữa dải hóa trị và dải dẫn của Y₂O₃và trên mức năng lượng Fermi, do đó hình thành các trung tâm phát quang rời rạc.

(9)Vâng₂O₃, như một vật liệu nền, có thể chứa nồng độ cao các ion đất hiếm hóa trị ba và thay thế Y³⁺các ion mà không gây ra những thay đổi về cấu trúc.

Công dụng chính của ytri oxit

Là một vật liệu phụ gia chức năng, oxit ytri được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực năng lượng nguyên tử, hàng không vũ trụ, huỳnh quang, điện tử, gốm sứ công nghệ cao, v.v. do các đặc tính vật lý tuyệt vời của nó như hằng số điện môi cao, khả năng chịu nhiệt tốt và khả năng chống ăn mòn mạnh.

Nguồn hình ảnh: Mạng

1, Là vật liệu nền phốt pho, được sử dụng trong lĩnh vực hiển thị, chiếu sáng và đánh dấu;

2, Là vật liệu môi trường laser, có thể chế tạo gốm sứ trong suốt có hiệu suất quang học cao, có thể dùng làm môi trường làm việc laser để nhận ra đầu ra laser ở nhiệt độ phòng;

3, Là vật liệu ma trận phát quang chuyển đổi lên, được sử dụng trong phát hiện hồng ngoại, dán nhãn huỳnh quang và các lĩnh vực khác;

4, Làm thành gốm sứ trong suốt, có thể sử dụng cho thấu kính khả kiến ​​và hồng ngoại, ống đèn phóng điện khí áp suất cao, chất phát quang gốm, cửa sổ quan sát lò nung nhiệt độ cao, v.v.

5, Có thể sử dụng làm bình phản ứng, vật liệu chịu nhiệt độ cao, vật liệu chịu lửa, v.v.

6. Là nguyên liệu thô hoặc phụ gia, chúng cũng được sử dụng rộng rãi trong vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao, vật liệu tinh thể laser, gốm cấu trúc, vật liệu xúc tác, gốm điện môi, hợp kim hiệu suất cao và các lĩnh vực khác.

Phương pháp điều chế bột oxit ytri

Phương pháp kết tủa pha lỏng thường được sử dụng để điều chế oxit đất hiếm, chủ yếu bao gồm phương pháp kết tủa oxalat, phương pháp kết tủa amoni bicarbonat, phương pháp thủy phân urê và phương pháp kết tủa amoniac. Ngoài ra, phương pháp tạo hạt phun cũng là một phương pháp điều chế được quan tâm rộng rãi hiện nay. Phương pháp kết tủa muối

1. Phương pháp kết tủa oxalat

Oxit đất hiếm được điều chế bằng phương pháp kết tủa oxalat có ưu điểm là độ kết tinh cao, dạng tinh thể tốt, tốc độ lọc nhanh, hàm lượng tạp chất thấp và vận hành dễ dàng, đây là phương pháp phổ biến để điều chế oxit đất hiếm có độ tinh khiết cao trong sản xuất công nghiệp.

Phương pháp kết tủa amoni bicarbonate

2. Phương pháp kết tủa amoni bicarbonate

Amoni bicarbonate là một chất kết tủa giá rẻ. Trước đây, người ta thường sử dụng phương pháp kết tủa amoni bicarbonate để tạo hỗn hợp cacbonat đất hiếm từ dung dịch ngâm chiết quặng đất hiếm. Hiện nay, oxit đất hiếm được tạo ra bằng phương pháp kết tủa amoni bicarbonate trong công nghiệp. Nói chung, phương pháp kết tủa amoni bicarbonate là thêm amoni bicarbonate rắn hoặc dung dịch vào dung dịch clorua đất hiếm ở một nhiệt độ nhất định, sau khi lão hóa, rửa, sấy và đốt, oxit thu được. Tuy nhiên, do số lượng bọt khí lớn tạo ra trong quá trình kết tủa amoni bicarbonate và giá trị pH không ổn định trong phản ứng kết tủa, tốc độ hình thành hạt nhanh hoặc chậm, không có lợi cho sự phát triển của tinh thể. Để thu được oxit có kích thước hạt và hình thái lý tưởng, các điều kiện phản ứng phải được kiểm soát chặt chẽ.

3. Kết tủa urê

Phương pháp kết tủa urê được sử dụng rộng rãi trong việc điều chế oxit đất hiếm, không chỉ rẻ và dễ vận hành mà còn có khả năng kiểm soát chính xác quá trình hình thành hạt tiền chất và sự phát triển của hạt, vì vậy phương pháp kết tủa urê đã thu hút ngày càng nhiều người ưa chuộng và thu hút sự quan tâm và nghiên cứu sâu rộng của nhiều học giả hiện nay.

4. Phun hạt

Công nghệ phun tạo hạt có ưu điểm là tính tự động hóa cao, hiệu quả sản xuất cao và chất lượng bột xanh cao nên phun tạo hạt đã trở thành phương pháp tạo hạt bột được sử dụng phổ biến.

Trong những năm gần đây, mức tiêu thụ đất hiếm trong các lĩnh vực truyền thống về cơ bản không thay đổi, nhưng ứng dụng của nó trong các vật liệu mới đã tăng lên rõ rệt. Là một vật liệu mới, nano Y₂O₃có phạm vi ứng dụng rộng hơn. Ngày nay, có nhiều phương pháp để chế tạo nano Y₂O₃Vật liệu, có thể chia thành ba loại: phương pháp pha lỏng, phương pháp pha khí và phương pháp pha rắn, trong đó phương pháp pha lỏng được sử dụng rộng rãi nhất. Chúng được chia thành nhiệt phân phun, tổng hợp thủy nhiệt, nhũ tương siêu nhỏ, sol-gel, tổng hợp đốt cháy và kết tủa. Tuy nhiên, các hạt nano oxit yttri hình cầu sẽ có diện tích bề mặt riêng, năng lượng bề mặt, tính lưu động và phân tán tốt hơn, đáng để tập trung vào.