Oxid lutécitý (III)
| Oxid lutécitýNehnuteľnosti |
| Synonymum | Oxid lučitý, oxid seskvičí |
| Číslo CAS | 12032-20-1 |
| Chemický vzorec | Lu2O3 |
| Molárna hmotnosť | 397,932 g/mol |
| Bod topenia | 2 490 °C (4 510 °F; 2 760 K) |
| Bod varu | 3 980 °C (7 200 °F; 4 250 K) |
| Rozpustnosť v iných rozpúšťadlách | Nerozpustný |
| Medzera pásma | 5,5 eV |
Vysoká čistotaOxid lutécitýŠpecifikácia
| Veľkosť častíc (D50) | 2,85 μm |
| Čistota (Lu2O3) | ≧99,999 % |
| TREO (Celkový počet oxidov vzácnych zemín) | 99,55 % |
| Obsah nečistôt RE | ppm | Nečistoty iné ako 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 zámere | 0,15 % |
| Gd2O3 | <1 | ||
| Tb4O7 | <1 | ||
| Dy2O3 | <1 | ||
| Ho2O3 | <1 | ||
| Er2O3 | <1 | ||
| Tm2O3 | <1 | ||
| Yb2O3 | <1 | ||
| Y2O3 | <1 |
【Balenie】25 kg/vrece Požiadavky: odolné voči vlhkosti, bez prachu, suché, vetrané a čisté.
Čo jeOxid lutécitýpoužívané na?
Laserové kryštály a materiály jadra pre tuhé lasery:
Hlavné aplikácie: Lu₂O₃ je kľúčovým východiskovým materiálom na výrobu vysokovýkonných laserových kryštálov, ako je napríklad ytriovo-hlinitý granát dopovaný lutéciom a ytriovo-lítium-fluorid dopovaný lutéciom. Tieto kryštály sa zvyčajne označujú ako Lu: YAG (ytriovo-hlinitý granát) alebo Lu: YLF (ytriovo-lítium-fluorid).
Mechanizmus účinku: Samotné ióny lutécia (Lu³⁺) sa zvyčajne nepoužívajú ako aktívne ióny (centrá laserovej emisie). Napriek tomu ako súčasť matricovej mriežky môžu poskytnúť extrémne stabilné a kompaktné mriežkové prostredie. Keď sú dopované inými iónmi vzácnych zemín (ako napríklad Nd³⁺, Yb³⁺, Er³⁺, Tm³⁺, Ho³⁺), kryštály na báze Lu₂O₃ vykazujú:
Vysoká tepelná vodivosť: Účinne odvádza teplo, čo umožňuje prevádzku laseru s vysokým výkonom a znižuje tepelné účinky šošoviek.
Vysoká chemická a mechanická stabilita: Zabezpečuje dlhodobú spoľahlivosť laserov v náročných prostrediach.
Vynikajúce vlastnosti fonónovej energie: Ovplyvňuje životnosť energetickej hladiny a kvantovú účinnosť laserových iónov.
Použitie: Tieto lasery sa široko používajú v priemyselnom spracovaní materiálov (rezanie, zváranie, značenie), medicíne (oftalmologická chirurgia, ošetrenie pokožky), vedeckom výskume, lidare a potenciálnom výskume inerciálnej fúzie.
Špeciálna keramika a sklo:
Optické sklo s vysokým indexom lomu/nízkou disperziou: Lu₂O₃ sa používa na výrobu špeciálneho optického skla (ako je lantanoidové optické sklo) s extrémne vysokým indexom lomu a extrémne nízkymi disperznými vlastnosťami. Toto sklo je nevyhnutné na korekciu chromatickej aberácie v pokročilých optických systémoch (ako sú objektívy mikroskopov, špičkové objektívy fotoaparátov a litografické systémy).
Priehľadná keramika: Lu₂O₃ samotný alebo v kombinácii s inými oxidmi (ako napríklad Y₂O₃) sa môže použiť na výrobu priehľadnej polykryštalickej keramiky. Táto keramika má optickú uniformitu a priepustnosť svetla podobnú monokryštálom, ale je väčšia, má vyššiu mechanickú pevnosť a jej výroba môže byť lacnejšia. Medzi aplikácie patria laserové zosilňovacie médiá, infračervené okná, kryty rakiet a tienidlá lámp s vysokou intenzitou osvetlenia.
Štrukturálne keramické prísady: Malé množstvo Lu₂O₃ sa môže pridať ako pomocná látka pri spekaní alebo ako činidlo na úpravu hraníc zŕn na zlepšenie mechanických vlastností pri vysokých teplotách, odolnosti voči oxidácii a odolnosti voči tečeniu iných pokročilých keramických materiálov (ako je nitrid kremíka a karbid kremíka) a používa sa vo vysokoteplotných ložiskách, rezných nástrojoch a súčiastkach turbínových motorov.
Scintilátor a detekcia žiarenia:
Základné suroviny: Lu₂O₃ je nenahraditeľná surovina na syntézu vysokoúčinných scintilačných monokryštálov a keramiky na báze lutécia. Najdôležitejšími predstaviteľmi sú:
Kremičitan lutécitý: Lu₂SiO₅:Ce³⁺ a jeho deriváty v kryštáloch. Vďaka vysokej hustote (~7,4 g/cm³), vysokému efektívnemu atómovému číslu, rýchlemu času rozpadu a vysokému svetelnému výkonu je najpokročilejším detektorovým materiálom v pozitrónovej emisnej tomografii.
Hlinitan lutécia a ytria: (Lu, Y)₃Al₅O₁₂:Ce³⁺ keramika. Kombináciou výhod vysokého svetelného výkonu, rýchleho rozpadu, dobrého energetického rozlíšenia a keramiky, ktorú je možné vyrobiť do veľkých rozmerov a zložitých tvarov, sa široko používa v lekárskom zobrazovaní (PET/CT), experimentoch s fyzikou vysokých energií, vnútornej bezpečnosti (skenovanie batožiny/nákladu) a karotážnych prieskumoch ropných vrtov.
Výhody: Vysoké atómové číslo (71) lutécia dáva materiálu vynikajúcu schopnosť blokovať fotóny s vysokou energiou (röntgenové žiarenie, gama žiarenie), čím sa zlepšuje účinnosť detekcie.
Fosfory a luminiscenčné materiály:
Matricové materiály: Lu₂O₃ sa môže použiť ako účinná matrica pre luminiscenčné materiály aktivované iónmi vzácnych zemín. Po dopovaní iónmi európia (Eu³⁺) môže emitovať veľmi čistú červenú fluorescenciu (hlavný pík ~611 nm) s úzkou emisnou šírkou pásma a vysokou čistotou farieb.
Použitie: Používa sa hlavne v špičkovej zobrazovacej technológii (ako sú napríklad lekárske obrazovky na zvýraznenie röntgenového obrazu s vysokým rozlíšením, určité typy displejov s emisiou poľa) a fluorescenčných sondách (biomarkery, senzory). Jeho vynikajúca chemická a tepelná stabilita zaisťuje dlhú životnosť fosforu.
Katalytický účinok:
Katalytická zložka: Lu₂O₃ je aktívny v rôznych katalytických reakciách vďaka svojej Lewisovej kyslosti:
Rafinácia ropy: Môže sa použiť ako nosič katalyzátora alebo aktívna zložka (niekedy sa používa v kombinácii s inými oxidmi kovov) v procesoch, ako je krakovanie (rozklad ťažkého oleja na ľahké palivá), alkylácia (výroba vysokooktánových zložiek benzínu) a hydroprocesovanie (odsírenie, denitrogenácia).
Polymerizačná reakcia: Pri polymerizačnej reakcii olefínov (ako je etylén a propylén) sa Lu₂O₃ alebo jeho deriváty môžu použiť ako katalytické zložky na ovplyvnenie distribúcie molekulovej hmotnosti a mikroštruktúry polyméru.
Konverzia metánu: Ukazuje výskumnú hodnotu v reakciách, ako je oxidačná kopulácia metánu alebo reforming za účelom výroby syntézneho plynu.
Úprava výfukových plynov automobilov: Používa sa ako stabilizátor alebo kokatalyzátor v trojcestných katalyzátoroch (hoci jeho použitie je menšie ako u céru, zirkónia atď.).
Mechanizmus: Jeho katalytická aktivita pochádza hlavne z adsorpčnej a aktivačnej schopnosti povrchových kyslíkových voľných miest a exponovaných miest iónov Lu³⁺ na molekulách reaktantov.
Ďalšie špičkové aplikácie:
Jadrový priemysel: Izotop Lu-176 (v prírode sa vyskytuje približne 2,6 %) má veľký prierez záchytu tepelných neutrónov a po ožiarení neutrónmi sa môže premeniť na medicínsky cenný rádioaktívny izotop Lu-177 (pre cielenú rádioterapiu). Lu₂O₃ je východiskovým materiálom na čistenie Lu-176 alebo na prípravu rádiofarmaceutík Lu-177. Vysoko čistý Lu₂O₃ sa môže použiť aj pri výskume materiálov absorbujúcich neutróny alebo jadrových riadiacich tyčí.
Elektronické materiály: Ako výskumný objekt dielektrických materiálov s vysokým κ hradlom (používaných ako náhrada oxidu kremičitého v čipoch na báze kremíka) alebo na výskum feroelektrických a multiferoických materiálov.
Náterové materiály: Používajú sa na prípravu ochranných náterov, ktoré sú odolné voči vysokým teplotám, korózii alebo majú špeciálne optické vlastnosti (napríklad pre letecké motory alebo optické komponenty satelitov).
Experimentálna fyzika: Používa sa ako materiál Čerenkovovho žiariča v experimentoch s časticovou fyzikou.
Zhrnutie:
Oxid lutécia (Lu₂O₃) v žiadnom prípade nie je obyčajná surovina. Je to kľúčový strategický materiál podporujúci moderné špičkové technológie. Jeho hlavná hodnota spočíva v:
Ako špičkový matricový materiál pre vysokovýkonné laserové kryštály (ako napríklad Lu: YAG, Lu: YLF) umožňuje výrobu vysokovýkonných a vysoko stabilných laserov v pevnej fáze.
Ako základný kameň scintilačných materiálov novej generácie (LSO, LYSO, LuAG: Ce) poháňa inovácie v oblasti medicínskeho zobrazovania (PET/CT) a technológie detekcie žiarenia.
Dodáva špeciálnemu optickému sklu a priehľadnej keramike vynikajúce optické vlastnosti (vysoký lom, nízky rozptyl, široký rozsah priepustnosti svetla).
Ako vysokoúčinná fosforová matrica (Lu₂O₃:Eu³⁺) poskytuje vysoko čistú emisiu červeného svetla.
Vykazuje jedinečnú schopnosť aktivácie reakcií v heterogénnej katalýze.
Všetky tieto aplikácie sa spoliehajú na vysokú čistotu Lu₂O₃ (zvyčajne vyžadujúcu 4N/99,99 % alebo dokonca 5N/99,999 % alebo viac), presný stechiometrický pomer a špecifickú fyzikálnu formu (ako napríklad ultrajemný prášok, nanočastice). Hĺbka a šírka jeho použitia v oblastiach high-tech sa stále rozširujú, najmä v oblastiach laserovej technológie, lekárskeho zobrazovania a nukleárnej medicíny, kde má nezastupiteľné miesto.