اکسید ایتریم (III) : خواص، منابع، نانوذرات و کاربردها!

 

اکسید ایتریم (III) که با نام ایتریا نیز شناخته می شود، به شکل ماده جامد سفید رنگ و مقاوم در برابر هوا وجود دارد. قابلیت هدایت حرارتی این ماده ۲۷ وات در مترمربع است. این ترکیب شیمیایی یک منبع ایتریوم حرارتی بسیار نامحلول در آب است که برای کاربردهای در صنعت شیشه، نوری و سرامیک مناسب می باشد.

 

ترکیبات اکسیدی رسانای برق نیستند، ولی با این حال، برخی از اکسیدهای ساختاری پروسکیت، کاربرد کاتدی الکترونیکی در کاتد سلول های سوختی اکسید جامد و سیستم های تولید اکسیژن دارند.

 

آنها ترکیباتی هستند که حداقل حاوی یک آنیون اکسیژن و یک کاتیون فلزی هستند و به طور معمول در محلول های آبی نامحلول و بسیار پایدار هستند و به همین دلیل در ساختارهای سرامیکی مانند تولید کاسه های سفالی تا الکترونیک پیشرفته و در اجزای ساختاری با وزن سبک در هوا و فضا و کاربردهای الکتروشیمیایی مانند سلول های سوختی که رسانایی یونی دارند، مفید هستند.

 

ترکیبات اکسید فلزی با خلوص بالا (۹۹.۹۹۹٪) مانند اکسید ایتریوم انیدریدهای پایه پودری اند و بنابراین می توانند با اسیدها و با عوامل کاهش دهنده قوی در واکنش های اکسیداسیون واکنش نشان دهند.

 

خواص و مشخصات شناسایی اکسید ایتریم (III)

 

خواص  مشخصات
شکل فیزیکی                                                       جامد سفید رنگ فرمول شیمیایی                                                                      Y۲O۳
دانسیته                                                                   (g/cm۳)۵.۰۱۰ وزن مولکولی                                                       (g/mol) 225.81
نقطه ذوب                                                                    (۰C)2425 شماره (CAS No)                                                        ۱۳۱۴-۳۶-۹
حلالیت در آب                                                                   نامحلول ساختار کریستالی                                مکعبی (bixbyite), cI80

 

Yttriaite- (Y)، که به عنوان یک نوع ماده معدنی جدید در سال ۲۰۱۰ تأیید شده، شکل طبیعی یتریا است. این ماده بسیار نادر است و به عنوان اجزاء موجود در ذرات تنگستن بومی در یک منطقه در سیبری یافت می شود.

 

به عنوان یک جزء شیمیایی سایر مواد معدنی، اکسید ایتریا برای اولین بار در سال ۱۷۸۹ توسط یوهان گادولین، از مواد معدنی کمیاب در معدن در شهر یتربای سوئد، نزدیک استکهلم جدا شد.

 

طیف رامان اکسید ایتریم

 

طیف رامان اکسید ایتریم

 

کاربردهای ایتریم (III) اکسید

 

از ایتریا به طور گسترده ای برای ساختن فسفرهای Eu: YVO۴ و Eu: Y۲O۳ استفاده می شود که در لوله های رنگی تصویر تلویزیون رنگ قرمز ایجاد می کند. اکسید ایتریم یک ماده لیزر احتمالی حالت جامد است.

 

به طور خاص، لیزرهای دارای یتربیوم به عنوان دوپانت اجازه می دهند تا عملکرد کارآمد هم در نمونه های دائمی و هم در رژیم های پالسی وجود داشته باشد. در غلظت زیاد تحریکات (به ترتیب ۱٪) و خنک سازی ضعیف، خاموش شدن انتشار در فرکانس لیزر و انتشار باند پهن صورت می گیرد.

 

روشنایی گاز

 

استفاده اصلی از ماده معدنی ایتریا و هدف از استخراج آن از منابع معدنی به عنوان بخشی از روند ساخت گوشته های گاز و سایر محصولات برای تبدیل شعله های گازهای تولید شده مصنوعی، در ابتدا هیدروژن، بعداً گاز ذغال سنگ، پارافین یا سایر موارد بوده است.

 

این محصولات گاز را به نور مرئی برای دید انسان تبدیل می کنند. این کاربرد تقریباً منسوخ شده است و اکسیدهای توریم و سریم این روزها اجزای بزرگتری از این دست محصولات هستند.

 

سرامیک دندانی

 

کاربردهای ایتریم (III) اکسید

 

از اکسید ایتریم برای تثبیت زیرکونیا در سرامیک های دندانی بدون فلز استفاده می شود. این محصول یک سرامیک بسیار سخت است که به عنوان یک ماده پایه قوی در برخی از ترمیم های کامل سرامیکی دندان استفاده می شود.

 

زیرکونیا مورد استفاده در دندانپزشکی اکسید زیرکونیوم است که با افزودن اکسید ایتریوم تثبیت شده است. نام کامل زیرکونیا مورد استفاده در دندانپزشکی “زیرکونیا تثبیت شده با ایتریا” یا YSZ است.

 

فیلترهای مایکروویو و ابر رساناها

 

از اکسید اتریم برای ساخت گارنت های آهن ایتریوم نیز استفاده می شود که فیلترهای مایکروویو بسیار موثری هستند. همچنین از این ماده برای ساخت ابررسانای با دمای بالا استفاده می شود:

 

 ۲Y۲O۳ + ۸BaO + 12CuO + O۲ → ۴YBa۲Cu۳O۷

 

این سنتز معمولاً در دمای ۸۰۰ درجه سانتی گراد انجام می شود. اکسید ایتریم یک نقطه شروع مهم برای سنتز ترکیبات غیر آلی است. در شیمی آلی فلزی این ماده در واکنش با اسید کلریدریک غلیظ و کلرید آمونیوم به تری کلرید ایتریم تبدیل می شود.

 

تبلور نانوذرات اکسید ایتریم در سنتز فاز گازی

 

تبلور نانوذرات اکسید ایتریم در سنتز فاز گازی

 

یک مطالعه دینامیک مولکولی در سال ۲۰۲۱ میلادی برای بررسی تبلور نانوذرات ایتریوم اکسید منتشر شده است که چکیده آن را در تصویر بالا مشاهده می کنید. ذرات اکسید ایتریم (III) به عنوان مواد میزبان فسفر به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند، که به دلیل ساختار و خواص منحصر به فرد خود، پتانسیل زیادی در برنامه های انرژی و زیست شناسی نشان داده اند.

 

ساختار بلوری نانوذرات این ترکیب از نظر خصوصیات و عملکرد آنها مهم هستند. در سنتز فاز گاز، چگونگی شکل گیری فاز بلوری از نانوذرات آمورف اکسید ایتریوم از اهمیت خاصی برخوردار است، زیرا این فرآیند دانه را برای تکامل بعدی فاز بلوری فراهم می کند و بنابراین می تواند تأثیر قابل توجهی بر ساختار کریستالی فاز نهایی داشته باشد.

 

در این مطالعه از شبیه سازی های دینامیک مولکولی برای بررسی شکل گیری بلورهای اولیه نانوذرات ایترتیوم اکسید در دماهای مختلف استفاده شده است. محیط های با درجه حرارت بالا، تشکیل فاز مونوکلینیک و اندازه ذرات بزرگ از فاز مکعب را موجب می شوند.

 

برای دمای اولیه بالاتر از مقدار بحرانی، یک از مکانیسم های تبلور نانوذرات اکسید ایتریم مربوط به خنک سازی پس از انعقاد ذرات است. در این حالت، افزایش انرژی جنبشی در هنگام انعقاد به سرعت در مولکول های گاز اطراف پخش می شود.