Oxid lutecitý (III)
| Oxid lutecitýNemovitosti |
| Synonymum | Oxid luční, oxid seskvičí |
| Číslo CAS | 12032-20-1 |
| Chemický vzorec | Lu2O3 |
| Molární hmotnost | 397,932 g/mol |
| Bod tání | 2 490 °C (4 510 °F; 2 760 K) |
| Bod varu | 3 980 °C (7 200 °F; 4 250 K) |
| Rozpustnost v jiných rozpouštědlech | Nerozpustný |
| Pásmová mezera | 5,5 eV |
Vysoká čistotaOxid lutecitýSpecifikace
| Velikost částic (D50) | 2,85 μm |
| Čistota (Lu2O3) | ≧99,999 % |
| TREO (Celkem oxidů vzácných zemin) | 99,55 % |
| Obsah nečistot RE | ppm | Nečistoty jiné než REE | ppm |
| La2O3 | <1 | Fe2O3 | 1,39 |
| CeO2 | <1 | SiO2 | 10,75 |
| Pr6O11 | <1 | CaO | 23,49 |
| Nd2O3 | <1 | PbO | Nd |
| Sm2O3 | <1 | CL¯ | 86,64 |
| Eu2O3 | <1 | Zákon o záměru | 0,15 % |
| Gd2O3 | <1 | ||
| Tb4O7 | <1 | ||
| Dy2O3 | <1 | ||
| Ho2O3 | <1 | ||
| Er2O3 | <1 | ||
| Tm2O3 | <1 | ||
| Yb2O3 | <1 | ||
| Y2O3 | <1 |
【Balení】25 kg/pytel Požadavky: odolné proti vlhkosti, bez prachu, suché, větrané a čisté.
Co jeOxid lutecitýpoužívá se k čemu?
Laserové krystaly a materiály pro jádrové matrice pro pevnolátkové lasery:
Hlavní aplikace: Lu₂O₃ je klíčovým výchozím materiálem pro výrobu vysoce výkonných laserových krystalů, jako je luteciem dopovaný yttriovo-hlinitý granát a luteciem dopovaný yttriovo-lithný fluorid. Tyto krystaly se obvykle označují jako Lu: YAG (yttriovo-hlinitý granát) nebo Lu: YLF (yttriovo-lithný fluorid).
Mechanismus účinku: Luteciové ionty (Lu³⁺) se samy o sobě obvykle nepoužívají jako aktivní ionty (centra laserové emise). Přesto jako součást matricové mřížky mohou poskytovat extrémně stabilní a kompaktní mřížkové prostředí. Při dopování jinými ionty vzácných zemin (jako je Nd³⁺, Yb³⁺, Er³⁺, Tm³⁺, Ho³⁺) vykazují krystaly na bázi Lu₂O₃:
Vysoká tepelná vodivost: Efektivně odvádí teplo, což umožňuje provoz laseru s vysokým výkonem a snižuje tepelné efekty čočky.
Vysoká chemická a mechanická stabilita: Zajišťuje dlouhodobou spolehlivost laserů v náročných podmínkách.
Vynikající vlastnosti fononové energie: Ovlivňuje dobu života energetické hladiny a kvantovou účinnost laserových iontů.
Použití: Tyto lasery se široce používají v průmyslovém zpracování materiálů (řezání, svařování, značení), lékařství (oftalmologická chirurgie, ošetření kůže), vědeckém výzkumu, lidaru a potenciálním výzkumu inerciální fúze.
Speciální keramika a sklo:
Optické sklo s vysokým indexem lomu/nízkou disperzí: Lu₂O₃ se používá k výrobě speciálního optického skla (například lanthanoidového optického skla) s extrémně vysokým indexem lomu a extrémně nízkými disperzními vlastnostmi. Toto sklo je nezbytné pro korekci chromatické aberace v pokročilých optických systémech (jako jsou objektivy mikroskopů, špičkové objektivy fotoaparátů a litografické systémy).
Průhledná keramika: Lu₂O₃ samotný nebo v kombinaci s jinými oxidy (například Y₂O₃) lze použít k výrobě průhledné polykrystalické keramiky. Tato keramika má optickou uniformitu a propustnost světla podobnou monokrystalům, ale je větší, má vyšší mechanickou pevnost a její výroba může být levnější. Mezi aplikace patří média pro laserový zisk, infračervená okna, kryty raket a stínidla pro vysoce intenzivní osvětlení.
Strukturální keramické přísady: Malé množství Lu₂O₃ lze přidat jako slinovací přísadu nebo prostředek pro úpravu hranic zrn pro zlepšení mechanických vlastností za vysokých teplot, odolnosti proti oxidaci a odolnosti proti tečení u jiných pokročilých keramických materiálů (jako je nitrid křemíku a karbid křemíku) a používá se ve vysokoteplotních ložiskách, řezných nástrojích a součástech turbínových motorů.
Scintilátor a detekce záření:
Základní suroviny: Lu₂O₃ je nepostradatelná surovina pro syntézu vysoce výkonných monokrystalů a keramiky scintilátorů na bázi lutecia. Nejdůležitějšími zástupci jsou:
Lutecitý křemičitan: Lu₂SiO₅:Ce³⁺ a jeho deriváty v krystalech. Díky vysoké hustotě (~7,4 g/cm³), vysokému efektivnímu atomovému číslu, rychlé době rozpadu a vysokému světelnému výkonu je nejpokročilejším detektorovým materiálem v pozitronové emisní tomografii.
Hlinitan lutecitý-yttritý: keramika (Lu, Y)₃Al₅O₁₂:Ce³⁺. Díky kombinaci výhod vysokého světelného výkonu, rychlého rozpadu, dobrého energetického rozlišení a keramiky, kterou lze vyrobit do velkých rozměrů a složitých tvarů, se široce používá v lékařském zobrazování (PET/CT), experimentech s fyzikou vysokých energií, bezpečnosti vlasti (skenování zavazadel/nákladu) a karotažních průzkumech ropných vrtů.
Výhody: Vysoké atomové číslo (71) lutecia dává materiálu vynikající schopnost blokovat vysokoenergetické fotony (rentgenové, gama záření), což zlepšuje účinnost detekce.
Fosfory a luminiscenční materiály:
Matricové materiály: Lu₂O₃ lze použít jako účinnou matricu pro luminiscenční materiály aktivované ionty vzácných zemin. Po dopování ionty europia (Eu³⁺) může emitovat velmi čistou červenou fluorescenci (hlavní vrchol ~611 nm) s úzkou šířkou pásma emise a vysokou čistotou barev.
Použití: Používá se hlavně ve špičkové zobrazovací technologii (jako jsou lékařské obrazovky s vysokým rozlišením pro zesilování rentgenového obrazu, některé typy displejů s emisí pole) a fluorescenčních sondách (biomarkery, senzory). Jeho vynikající chemická a tepelná stabilita zajišťuje dlouhou životnost fosforu.
Katalytický účinek:
Katalytická složka: Lu₂O₃ je aktivní v řadě katalytických reakcí díky své Lewisově kyselosti:
Rafinace ropy: Může být použit jako nosič katalyzátoru nebo aktivní složka (někdy se používá v kombinaci s jinými oxidy kovů) v procesech, jako je krakování (rozklad těžké ropy na lehká paliva), alkylace (výroba vysokooktanových složek benzinu) a hydroprocessing (odsiřování, denitrogenace).
Polymerační reakce: Při polymerační reakci olefinů (jako je ethylen a propylen) lze Lu₂O₃ nebo jeho deriváty použít jako katalytické složky k ovlivnění distribuce molekulové hmotnosti a mikrostruktury polymeru.
Konverze metanu: Ukazuje výzkumnou hodnotu v reakcích, jako je oxidační kopulace metanu nebo reforming za účelem výroby syntézního plynu.
Úprava výfukových plynů automobilů: Používá se jako stabilizátor nebo kokatalyzátor v trojcestných katalyzátorech (ačkoli jeho použití je menší než u ceru, zirkonia atd.).
Mechanismus: Jeho katalytická aktivita vychází hlavně z adsorpční a aktivační schopnosti povrchových kyslíkových vakancí a exponovaných míst s iontem Lu³⁺ na molekulách reaktantu.
Další špičkové aplikace:
Jaderný průmysl: Izotop Lu-176 (v přírodě se vyskytuje asi 2,6 %) má velký průřez záchytu tepelných neutronů a po ozáření neutrony jej lze přeměnit na lékařsky cenný radioaktivní izotop Lu-177 (pro cílenou radioterapii). Lu₂O₃ je výchozím materiálem pro čištění Lu-176 nebo pro přípravu radiofarmaceutik Lu-177. Vysoce čistý Lu₂O₃ lze také použít při výzkumu materiálů absorbujících neutrony nebo jaderných regulačních tyčí.
Elektronické materiály: Jako výzkumný objekt dielektrických materiálů s vysokým κ hradlem (používaných k nahrazení oxidu křemičitého v křemíkových čipech) nebo pro výzkum feroelektrických a multiferoických materiálů.
Nátěrové materiály: Používají se k přípravě ochranných povlaků, které jsou odolné vůči vysokým teplotám, korozi nebo mají speciální optické vlastnosti (například pro letecké motory nebo optické součástky satelitů).
Experimentální fyzika: Používá se jako materiál Čerenkovova zářiče v experimentech s částicovou fyzikou.
Shrnutí:
Oxid lutecia (Lu₂O₃) v žádném případě není obyčejná surovina. Je to klíčový strategický materiál podporující moderní špičkové technologie. Jeho hlavní hodnota spočívá v:
Jakožto špičkový maticový materiál pro vysoce výkonné laserové krystaly (jako je Lu:YAG, Lu:YLF) umožňuje výrobu vysoce výkonných a stabilních pevnolátkových laserů.
Jakožto základní kámen nové generace scintilačních materiálů (LSO, LYSO, LuAG: Ce) je hnací silou inovací v oblasti lékařského zobrazování (PET/CT) a technologie detekce záření.
Dává speciálnímu optickému sklu a průhledné keramice vynikající optické vlastnosti (vysoký lom, nízký rozptyl, široký rozsah propustnosti světla).
Jako vysoce účinná fosforová matrice (Lu₂O₃:Eu³⁺) poskytuje vysoce čisté vyzařování červeného světla.
Vykazuje jedinečnou schopnost aktivace reakcí v heterogenní katalýze.
Všechny tyto aplikace se spoléhají na vysokou čistotu Lu₂O₃ (obvykle vyžadující 4N/99,99 % nebo dokonce 5N/99,999 % a více), přesný stechiometrický poměr a specifickou fyzikální formu (jako je ultrajemný prášek, nanočástice). Hloubka a šíře jeho uplatnění v high-tech oblastech se stále rozšiřuje, zejména v oblasti laserové technologie, lékařského zobrazování a nukleární medicíny, kde má nezastupitelné postavení.