خواص متنوع و کاربردهای گسترده ی اکسید اتریوم

اکسید ایتریم (Y2O3) یک اکسید خاکی کمیاب مهم است که ظاهری پودری سفید یا کمی مایل به زرد دارد. این نوع نیمه‌هیدرات خاکی کمیاب نوع C دارای ساختار مکعبی مرکز پر است و در آب و قلیاها نامحلول است اما در اسیدها محلول است. در هوا، به راحتی دی اکسید کربن و آب را جذب می‌کند، بنابراین برای جلوگیری از تخریب به نگهداری در محیطی مهر و موم شده نیاز دارد.
جرم مولی اکسید ایتریم 282 گرم بر مول و چگالی آن 0.1 گرم بر سانتی‌متر مکعب است. این ماده نه تنها نقطه ذوب تا 2410 درجه سانتی‌گراد و نقطه جوش 4300 درجه سانتی‌گراد دارد که پایداری حرارتی عالی را نشان می‌دهد. علاوه بر این، اکسید ایتریم عملکرد برجسته‌ای را هم در جنبه‌های فیزیکی و هم شیمیایی از خود نشان می‌دهد، با مقاومت در برابر خوردگی عالی. هدایت حرارتی آن در 300 کلوین به 27 وات بر متر کلوین می‌رسد که تقریباً دو برابر گارنت آلومینیوم ایتریم است و این امر مزایای قابل توجهی را هنگام استفاده به عنوان یک محیط کار لیزر به آن می‌دهد.
علاوه بر این، اکسید ایتریم دارای محدوده شفافیت نوری وسیعی است، از 29 میکرومتر تا 8 میکرومتر، با عبور نظری بیش از 80٪ در ناحیه نور مرئی. در 1050 نانومتر، ضریب شکست آن به 89 می‌رسد که شفافیت بالایی را فراهم می‌کند. ویژگی‌های انرژی فونون پایین آن، با حداکثر فرکانس قطع فونون تقریباً 550 سانتی‌متر⁻¹، به طور موثری انتقال‌های غیر تابشی را سرکوب کرده و احتمال انتقال تابشی را افزایش می‌دهد، در نتیجه راندمان کوانتومی لومینسانس را افزایش می‌دهد. زیر 2200 درجه سانتی‌گراد، Y2O3 در فاز مکعبی باقی می‌ماند، بدون دوشکستی، و در 1050 نانومتر، ضریب شکست آن 89 است. با این حال، هنگامی که دما از 2200 درجه سانتی‌گراد فراتر رود، به فاز شش‌ضلعی تبدیل می‌شود.
علاوه بر این، شکاف انرژی Y2O3 بسیار وسیع است و به 5 الکترون ولت می‌رسد. ناخالصی‌های یون لومینسانس خاکی کمیاب سه‌ظرفیتی دقیقاً بین نوار ظرفیت و نوار رسانش Y2O3 و بالای سطح فرمی قرار دارند و مراکز لومینسانس گسسته‌ای را تشکیل می‌دهند. به عنوان یک ماده ماتریسی، Y2O3 می‌تواند غلظت‌های بالایی از یون‌های خاکی کمیاب سه‌ظرفیتی را در خود جای دهد و به طور موثری جایگزین یون‌های Y3+ شود بدون اینکه باعث تغییرات ساختاری شود.
کاربردهای اکسید ایتریم:
اکسید ایتریم کاربردهای گسترده‌ای در زمینه‌های مختلف دارد. به عنوان مثال، می‌توان از آن برای سنتز پودر زیرکونیای تثبیت شده با ایتریم استفاده کرد. ZrO2 خالص در طول خنک‌سازی در دمای بالا دچار یک تبدیل فازی می‌شود که منجر به انبساط حجمی می‌شود. با این حال، با تثبیت تبدیل فاز t→m تا دمای اتاق، می‌توان از تبدیل فاز ناشی از تنش برای جذب انرژی شکست استفاده کرد و در نتیجه چقرمگی شکست و مقاومت در برابر سایش ماده را افزایش داد.
برای دستیابی به سخت‌شدگی تبدیل فازی زیرکونیا، کلید در افزودن تثبیت‌کننده‌های مناسب و از طریق شرایط تفجوشی خاص، تثبیت فاز پایدار - فاز تتراگونال - تا دمای اتاق نهفته است. بنابراین، می‌توان به تبدیل فاز تتراگونال در دمای اتاق دست یافت و پایداری زیرکونیا را افزایش داد. در میان تثبیت‌کننده‌های مختلف، Y2O3 به دلیل خواص برتر خود مورد توجه تحقیقات زیادی قرار گرفته است. با استفاده از زیرکونیای تثبیت شده با Y2O3، ماده Y-TZP تفجوش شده خواص مکانیکی عالی را در دمای اتاق نشان می‌دهد، از جمله استحکام بالا، چقرمگی شکست عالی و اندازه دانه ریز و یکنواخت. این ویژگی‌ها باعث می‌شود که ماده Y-TZP در کاربردهای متعددی برجسته شود و توجه زیادی را به خود جلب کند.
در فرآیند تفجوش سرامیک‌های خاص، عوامل شار نقش مهمی ایفا می‌کنند. عملکردهای آنها متنوع است، که معمولاً شامل تشکیل محلول‌های جامد با ماده تفجوش شده، ممانعت از تبدیل فاز کریستالی، مهار رشد دانه و تولید فازهای مایع است. با در نظر گرفتن تفجوش آلومینا به عنوان مثال، اکسید منیزیم (MgO) اغلب به عنوان یک تثبیت‌کننده ریزساختار استفاده می‌شود. این می‌تواند دانه‌ها را تصفیه کند، به طور قابل توجهی تفاوت در انرژی مرز دانه را کاهش دهد، در نتیجه ناهمسانگردی رشد دانه را تضعیف کرده و رشد دانه ناپیوسته را مهار می‌کند. با این حال، به دلیل فرار بودن بالای MgO در دماهای بالا، برای اطمینان از بهترین اثر، معمولاً در نظر گرفته می‌شود که اکسید ایتریم (Y2O3) را با MgO مخلوط کنید. افزودن Y2O3 نه تنها به تصفیه بیشتر دانه‌ها کمک می‌کند، بلکه تراکم را در طول فرآیند تفجوش نیز ارتقا می‌دهد.