Ultraviolette (UV-)Strahlung kann die meisten chemischen Bindungen in organischen Stoffen zerstören, und eine längere Einwirkung von ultraviolettem Licht kann Menschen und Gegenständen erheblichen Schaden zufügen. Als Reaktion darauf wurden UV-abschirmende Materialien entwickelt, die verschiedene kommerzielle Anforderungen erfüllen, darunter UV-abschirmende Fenster, Lebensmittelbehälter, Kontaktlinsen und Masken.
Während vorhandene UV-Schutzmaterialien für den täglichen Gebrauch geeignet sind, lässt ihre Wirksamkeit in Umgebungen mit hohen Temperaturen, hohem Druck, Korrosion und Radioaktivität nach. Organische Stoffe versagen bei hohen Temperaturen und Filme oder Beschichtungen neigen unter harten Bedingungen zum Abblättern; Glas ist aufgrund seiner inhärenten mechanischen Sprödigkeit nicht mehr wirksam.
Als Reaktion darauf beschäftigen sich Forscher aktiv mit der Entwicklung von UV-abschirmenden Materialien mit hohen Schmelzpunkten, robuster mechanischer Festigkeit, optimalen optischen Eigenschaften und langfristiger physikalischer und chemischer Stabilität, um verschiedenen extremen Bedingungen standzuhalten, darunter in der Luft- und Raumfahrt, bei hohen Temperaturen sowie in sauren und alkalischen Umgebungen.
Um diese Probleme zu lösen, hat ein Forschungsteam der Sichuan University ein neues UV-abschirmendes Material entwickelt: Ce-dotierte transparente Yttriumkeramik. Transparente Keramiken sind polykristalline Materialien mit optischer Transparenz, die durch Pressen und Sintern hergestellt werden.
Im Gegensatz zu herkömmlichen UV-abschirmenden Materialien wie Harz und Glas weisen transparente Keramiken typischerweise eine überlegene chemische Stabilität und verbesserte thermomechanische Eigenschaften auf, darunter Thermoschockbeständigkeit, Zähigkeit, Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit. Sie unterzogen Cerdioxid- und Yttriumoxid-Rohstoffe einer Reihe von Aufbereitungsprozessen, um Ce-dotierte transparente Yttriumoxidkeramik zu erhalten.
Cerdioxid dient nicht nur als UV-Absorber, sondern auch als wirksame Sinterhilfe für transparente Yttriumkeramiken. Aufgrund der Absorption von vierwertigem Cer im sichtbaren Bereich verschiebt sich die UV-Grenzwertgrenze der Yttriumkeramik von 250 nm auf 375 nm. Diese Verschiebung verleiht transparenten Yttriumkeramiken UV-Abschirmfähigkeiten, was zu einer 100%igen Abschirmung für UVC und UVB und einer Abschirmung von etwa 95% für UVA führt.
Das Team veröffentlichte seine Arbeit in Zeitschrift für moderne Keramik am 24. Juli 2024.
Ihre Ergebnisse zeigen, dass Ce-dotierte transparente Yttriumkeramiken hervorragende mechanische und thermische Eigenschaften aufweisen. Darüber hinaus bleibt die optische Qualität von Ce-dotierter transparenter Yttriumkeramik auch nach längerer Einwirkung rauer Umgebungen, einschließlich saurer und alkalischer Bedingungen, UV-Strahlung und hoher Temperaturen, stabil.
Im Vergleich zu herkömmlichen UV-Schutzmaterialien wie Beschichtungen, Filmen, Polymeren und Glas bieten diese UV-Schutz-transparenten Keramiken eine überlegene Stabilität und Langlebigkeit. Daher sind Ce-dotierte Yttriumoxid-transparente Keramiken als UV-Schutzmaterialien äußerst wettbewerbsfähig, insbesondere unter extremen Bedingungen wie im Weltraum, in Strahlungsreaktoren und in Hochtemperaturumgebungen.
Mehr Informationen:
Cong Zhang et al., Entwicklung hochtransparenter, mit Cer dotierter Y 2O 3 -Keramiken mit hohen mechanischen und thermischen Eigenschaften zum UV-Schutz unter extremen Bedingungen, Zeitschrift für moderne Keramik (2024). DOI: 10.26599/JAC.2024.9220917
Zur Verfügung gestellt von Tsinghua University Press