AYleinen metafora on, että jos öljy on teollisuuden veri, niin harvinaiset maametallit ovat teollisuuden vitamiini.
Harvinaiset maametallit ovat lyhenne metalliryhmästä. Harvinaisia maametalleja (REE) on löydetty yksi toisensa jälkeen 1700-luvun lopusta lähtien. Harvinaisia maametalleja on 17 erilaista, mukaan lukien 15 lantanidia jaksollisessa alkuaineiden järjestelmässä - lantaani (La), cerium (Ce), praseodyymi (Pr), neodyymi (Nd), prometium (Pm) ja niin edelleen. Tällä hetkellä niitä on käytetty laajalti monilla aloilla, kuten elektroniikassa, petrokemiassa ja metallurgiassa. Lähes 3-5 vuoden välein tiedemiehet löytävät uusia harvinaisten maametallien käyttötarkoituksia, ja joka kuudes keksintö ei ole erottattavissa harvinaisista maametalleista.
Kiina on rikas harvinaisten maametallien suhteen ja on maailman kärjessä kolmella saralla: ensimmäinen luonnonvaravarannoissa, joiden osuus on noin 23 %; ensimmäinen tuotannossa, jonka osuus on 80–90 % maailman harvinaisten maametallien hyödykkeistä; ensimmäinen myyntimäärässä, 60–70 % harvinaisten maametallien tuotteista viedään ulkomaille. Samaan aikaan Kiina on ainoa maa, joka pystyy toimittamaan kaikkia 17 harvinaisten maametallien tyyppiä, erityisesti keskiraskaita ja raskaita harvinaisia maametalleja, joilla on erinomainen sotilaallinen käyttö. Kiinan osuus on kadehdittava.
RMaa on arvokas strateginen resurssi, joka tunnetaan nimellä "teollinen natriumglutamaatti" ja "uusien materiaalien äiti", ja sitä käytetään laajalti huipputieteessä ja -teknologiassa sekä sotateollisuudessa. Teollisuus- ja tietotekniikkaministeriön mukaan toiminnallisista materiaaleista, kuten harvinaisten maametallien kestomagneeteista, luminesenssista, vedyn varastoinnista ja katalyysistä, on tullut välttämättömiä raaka-aineita korkean teknologian teollisuudenaloilla, kuten edistyneiden laitteiden valmistuksessa, uusien energialähteiden ja kehittyvien teollisuudenalojen alalla. Sitä käytetään myös laajalti elektroniikassa, petrokemian teollisuudessa, metallurgiassa, koneissa, uusien energialähteiden, kevyen teollisuuden, ympäristönsuojelun, maatalouden ja niin edelleen aloilla.
Japani otti jo vuonna 1983 käyttöön harvinaisten mineraalien strategisen varantojärjestelmän, ja 83 % sen kotimaisista harvinaisista maametalleista tuli Kiinasta.
Katsotaanpa Yhdysvaltoja uudelleen, sen harvinaisten maametallien varannot ovat toiseksi suurimmat vain Kiinan jälkeen, mutta sen harvinaiset maametallit ovat kaikki kevyitä harvinaisia maametalleja, jotka jaetaan raskaisiin harvinaisiin maametalleihin ja kevyisiin harvinaisiin maametalleihin. Raskaat harvinaiset maametallit ovat erittäin kalliita, ja kevyiden harvinaisten maametallien louhinta on kannattamatonta, ja alan ihmiset ovat muuttaneet ne väärennetyiksi harvinaisiksi maametalleiksi. 80 % Yhdysvaltojen harvinaisten maametallien tuonnista tulee Kiinasta.
Toveri Deng Xiaoping sanoi kerran: "Lähi-idässä on öljyä ja Kiinassa harvinaisia maametalleja." Hänen sanojensa merkitys on itsestään selvä. Harvinaiset maametallit eivät ole vain välttämätön "natriumglutamaatti" viidesosalle maailman huipputeknologiatuotteista, vaan myös voimakas neuvotteluvaltti Kiinalle tulevaisuuden maailmanneuvotteluissa. Harvinaisten maametallien suojelusta ja tieteellisestä hyödyntämisestä on tullut viime vuosina monien yleviä ihanteita tavoittelevien ihmisten vaatima kansallinen strategia estää arvokkaiden harvinaisten maametallien sokea myynti ja vienti länsimaihin. Vuonna 1992 Deng Xiaoping totesi selvästi Kiinan aseman suurena harvinaisten maametallien maana.
Luettelo 17 harvinaisten maametallien käyttötarkoituksista
1 lantaania käytetään seosmateriaaleissa ja maatalouskalvoissa
Ceriumia käytetään laajalti autolasissa
3 Praseodyymiä käytetään laajalti keraamisissa pigmenteissä
Neodyymiä käytetään laajalti ilmailu- ja avaruusmateriaaleissa
5 symbaalia tarjoavat lisäenergiaa satelliiteille
6 Samariumin käyttö atomienergiareaktorissa
7 europiumia valmistaa linssejä ja nestekidenäyttöjä
Gadolinium 8 lääketieteelliseen magneettikuvaukseen
9 terbiumia käytetään lentokoneiden siipien säätimessä
10 erbiumia käytetään laseretäisyysmittarissa sotilasasioissa
11-dysprosiumia käytetään valonlähteenä filmeissä ja tulostuksessa
12 holmiumia käytetään optisten viestintälaitteiden valmistukseen
13 tuliumia käytetään kasvainten kliiniseen diagnosointiin ja hoitoon
14 ytterbium-lisäaine tietokoneen muistielementtiin
15-lutetiumin käyttö energia-akkuteknologiassa
16 yttriumista valmistetaan johtoja ja lentokoneiden voimakomponentteja
Skandiumia käytetään usein metalliseosten valmistukseen
Yksityiskohdat ovat seuraavat:
1
Lantaani (LA)
Persianlahden sodassa harvinaisten maametallien, lantaanin, käyttö yönäkölaitteista tuli Yhdysvaltojen panssarivaunujen ylivoimainen lähde. Yllä oleva kuva näyttää lantaanikloridijauhetta.()Datakartta)
Lantaania käytetään laajalti pietsosähköisissä materiaaleissa, sähkötermisissä materiaaleissa, termoelektrisissä materiaaleissa, magnetoresistiivisissä materiaaleissa, luminoivissa materiaaleissa (sininen jauhe), vedyn varastointimateriaaleissa, optisessa lasissa, lasermateriaaleissa, erilaisissa seosmateriaaleissa jne. Lantaania käytetään myös katalyyteissä monien orgaanisten kemikaalien valmistuksessa. Tutkijat ovat nimenneet lantaanin "superkalsiumiksi" sen vaikutuksen vuoksi viljelykasveihin.
2
Cerium (CE)
Ceriumia voidaan käyttää katalyyttinä, valokaarielektrodina ja erikoislasina. Ceriumseos kestää korkeita lämpötiloja ja sitä voidaan käyttää suihkumoottorien osien valmistukseen.()Datakartta)
(1) Lasin lisäaineena cerium voi absorboida ultravioletti- ja infrapunasäteitä, ja sitä on käytetty laajalti autolaseissa. Se ei ainoastaan estä ultraviolettisäteitä, vaan myös alentaa auton sisälämpötilaa, mikä säästää sähköä ilmastoinnissa. Vuodesta 1997 lähtien cerium-oksidia on lisätty kaikkiin autolaseihin Japanissa. Vuonna 1996 autolaseissa käytettiin vähintään 2000 tonnia cerium-oksidia ja Yhdysvalloissa yli 1000 tonnia.
(2) Tällä hetkellä ceriumia käytetään autojen pakokaasujen puhdistuskatalyytteinä, jotka voivat tehokkaasti estää suuren määrän autojen pakokaasujen pääsyn ilmaan. Yhdysvalloissa ceriumin kulutus on kolmannes harvinaisten maametallien kokonaiskulutuksesta.
(3) Ceriumsulfidia voidaan käyttää pigmenteissä lyijyn, kadmiumin ja muiden ympäristölle ja ihmisille haitallisten metallien sijasta. Sitä voidaan käyttää muovien, pinnoitteiden, muste- ja paperiteollisuuden värjäämiseen. Tällä hetkellä johtava yritys on ranskalainen Rhône-Planck.
(4) CE: LiSAF-laserjärjestelmä on Yhdysvalloissa kehitetty kiinteän olomuodon laser. Sitä voidaan käyttää biologisten aseiden ja lääkkeiden havaitsemiseen seuraamalla tryptofaanipitoisuutta. Ceriumia käytetään laajalti monilla aloilla. Lähes kaikki harvinaisten maametallien sovellukset sisältävät ceriumia. Kuten kiillotusjauhe, vedyn varastointimateriaalit, termoelektriset materiaalit, cerium-volframielektrodit, keraamiset kondensaattorit, pietsosähköiset keramiikat, cerium-piikarbidihioma-aineet, polttokennojen raaka-aineet, bensiinikatalyytit, jotkut pysyvämagneettiset materiaalit, erilaiset seosteräkset ja ei-rautametallit.
3
Praseodyymi (PR)
Praseodyymi-neodyymiseos
(1) Praseodyymiä käytetään laajalti rakennuskeramiikassa ja päivittäiskeramiikassa. Sitä voidaan sekoittaa keraamiseen lasitteeseen värillisen lasitteen valmistamiseksi, ja sitä voidaan käyttää myös aluslasitteena. Pigmentti on vaaleankeltaista ja sen väri on puhdas ja elegantti.
(2) Sitä käytetään kestomagneettien valmistukseen. Käyttämällä halpaa praseodyymiä ja neodyymiä puhtaan neodyymin sijaan kestomagneettimateriaalin valmistukseen, sen hapenkestävyys ja mekaaniset ominaisuudet paranevat huomattavasti, ja sitä voidaan jalostaa eri muotoisiksi magneeteiksi. Sitä käytetään laajalti erilaisissa elektronisissa laitteissa ja moottoreissa.
(3) Käytetään öljykatalyyttisessä krakkauksessa. Katalyytin aktiivisuutta, selektiivisyyttä ja stabiilisuutta voidaan parantaa lisäämällä rikastettua praseodyymiä ja neodyymiä Y-zeoliittimolekyyliseulaan öljykrakkauskatalyytin valmistamiseksi. Kiina alkoi ottaa sitä teolliseen käyttöön 1970-luvulla, ja kulutus kasvaa.
(4) Praseodyymiä voidaan käyttää myös hiomakiillotukseen. Lisäksi praseodyymiä käytetään laajalti optisten kuitujen alalla.
4
Neodyymi (nd)
Miksi M1-panssarivaunu löytyy ensimmäisenä? Panssarivaunussa on Nd:YAG-laseretäisyysmittari, jonka kantama on lähes 4000 metriä kirkkaassa päivänvalossa.()Datakartta)
Praseodyymin syntymisen myötä syntyi neodyymi. Neodyymin saapuminen aktivoi harvinaisten maametallien alan, sillä oli tärkeä rooli harvinaisten maametallien alalla ja se vaikutti harvinaisten maametallien markkinoihin.
Neodyymistä on tullut markkinoiden kuuma kohde jo vuosia ainutlaatuisen asemansa ansiosta harvinaisten maametallien alalla. Neodyymimetallin suurin käyttäjä on NdFeB-kestomagneettimateriaali. NdFeB-kestomagneettien tulo on tuonut uutta elinvoimaa harvinaisten maametallien huipputeknologiaan. NdFeB-magneettia kutsutaan "kestomagneettien kuninkaaksi" sen suuren magneettisen energian vuoksi. Sitä käytetään laajalti elektroniikassa, koneissa ja muilla teollisuudenaloilla sen erinomaisen suorituskyvyn ansiosta. Alpha Magnetic Spectrometer -spektrometrin onnistunut kehitys osoittaa, että NdFeB-magneettien magneettiset ominaisuudet Kiinassa ovat saavuttaneet maailmanluokan tason. Neodyymiä käytetään myös ei-rautapitoisissa materiaaleissa. 1,5–2,5 % neodyymin lisääminen magnesium- tai alumiiniseokseen voi parantaa seoksen korkeiden lämpötilojen suorituskykyä, ilmatiiviyttä ja korroosionkestävyyttä. Sitä käytetään laajalti ilmailu- ja avaruusmateriaalina. Lisäksi neodyymillä seostettu yttrium-alumiinigranaatti tuottaa lyhytaaltoisen lasersäteen, jota käytetään laajalti alle 10 mm:n paksuisten ohuiden materiaalien hitsauksessa ja leikkauksessa teollisuudessa. Lääketieteellisessä hoidossa Nd:YAG-laseria käytetään leikkaushaavojen poistoon tai desinfiointiin skalpellin sijaan. Neodyymiä käytetään myös lasin ja keraamisten materiaalien värjäämiseen sekä lisäaineena kumituotteissa.
5
Trollium (Pm)
Tulium on keinotekoinen radioaktiivinen alkuaine, jota tuotetaan ydinreaktoreissa (tietokartta)
(1) voidaan käyttää lämmönlähteenä. Tarjoaa lisäenergiaa tyhjiön havaitsemiseen ja tekoälyyn.
(2) Pm147 lähettää matalaenergisiä β-säteitä, joita voidaan käyttää symbaaliparistojen valmistukseen. Sitä käytetään ohjusohjauslaitteiden ja kellojen virtalähteenä. Tällainen paristo on kooltaan pieni ja sitä voidaan käyttää jatkuvasti useita vuosia. Lisäksi prometiumia käytetään myös kannettavissa röntgenlaitteissa, fosforin valmistuksessa, paksuuden mittauksessa ja majakkavalaisimissa.
6
Samarium (Sm)
Metalli-samarium (tietokartta)
Sm on vaaleankeltaista ja sitä käytetään Sm-Co-kestomagneetin raaka-aineena. Sm-Co-magneetti on varhaisin teollisuudessa käytetty harvinaisten maametallien magneetti. Kestomagneetteja on kahdenlaisia: SmCo5-järjestelmä ja Sm2Co17-järjestelmä. 1970-luvun alussa keksittiin SmCo5-järjestelmä ja myöhemmin Sm2Co17-järjestelmä. Nyt jälkimmäisen kysyntä on etusijalla. Samariumkobolttimagneetissa käytetyn samariumoksidin puhtaus ei ole välttämättä liian korkea. Kustannusten huomioon ottaen sitä käytetään pääasiassa noin 95-prosenttisesti tuotteissa. Lisäksi samariumoksidia käytetään myös keraamisissa kondensaattoreissa ja katalyyteissä. Lisäksi samariumilla on ydinominaisuuksia, joten sitä voidaan käyttää rakennemateriaaleina, suojamateriaaleina ja ohjausmateriaaleina atomienergiareaktoreissa, jotta ydinfissiossa syntyvää valtavaa energiaa voidaan käyttää turvallisesti.
7
Europium (Eu)
Europiumoksidijauhe (tietokartta)
Europiumoksidia käytetään enimmäkseen fosforeissa (tietokartta)
Vuonna 1901 Eugene-Antole Demarcay löysi uuden alkuaineen "samariumista", nimeltään europium. Se on luultavasti nimetty sanan "Eurooppa" mukaan. Europiumoksidia käytetään enimmäkseen fluoresoivassa jauheessa. Eu3+-ionia käytetään punaisen fosforin aktivaattorina ja Eu2+-ionia sinisenä fosforina. Nykyään Y2O2S:Eu3+ on paras fosfori valotehokkuuden, pinnoitteen vakauden ja kierrätyskustannusten suhteen. Lisäksi sitä käytetään laajalti teknologioiden parantumisen, kuten valotehokkuuden ja kontrastin parantamisen, ansiosta. Europiumoksidia on viime vuosina käytetty myös stimuloidun emission fosforina uusissa röntgenlääketieteellisissä diagnostiikkajärjestelmissä. Europiumoksidia voidaan käyttää myös värillisten linssien ja optisten suodattimien valmistukseen, magneettikuplavarastolaitteissa. Se voi myös osoittaa kykynsä atomireaktorien ohjausmateriaaleissa, suojamateriaaleissa ja rakennemateriaaleissa.
8
Gadolinium (Gd)
Gadolinium ja sen isotoopit ovat tehokkaimpia neutroniabsorboijia ja niitä voidaan käyttää ydinreaktoreiden inhibiittoreina. (tietokartta)
(1) Sen vesiliukoinen paramagneettinen kompleksi voi parantaa ihmiskehon NMR-kuvantamissignaalia lääketieteellisessä hoidossa.
(2) Sen rikkioksidia voidaan käyttää oskilloskooppiputken ja röntgenkuvaruudun matriisiruudukkona, jolla on erityinen kirkkaus.
(3) Gadolinium gadoliniumissa Galliumgranaatti on ihanteellinen yksittäinen substraatti kuplamuistille.
(4) Sitä voidaan käyttää kiinteänä magneettisena jäähdytysväliaineena ilman Camot-syklin rajoituksia.
(5) Sitä käytetään inhibiittorina ydinvoimaloiden ketjureaktiotason hallitsemiseksi ydinreaktioiden turvallisuuden varmistamiseksi.
(6) Sitä käytetään samariumkobolttimagneetin lisäaineena sen varmistamiseksi, että suorituskyky ei muutu lämpötilan mukaan.
9
Terbium (Tb)
Terbiumoksidijauhe (tietokartta)
Terbiumin käyttökohteet liittyvät pääasiassa korkean teknologian alaan, joka on teknologia- ja tietointensiivinen huippuprojekti, jolla on myös huomattavia taloudellisia hyötyjä ja houkuttelevia kehitysnäkymiä.
(1) Fosforeja käytetään vihreän jauheen aktivaattoreina kolmivärisissä fosforeissa, kuten terbiumaktivoidussa fosfaattimatriisissa, terbiumaktivoidussa silikaattimatriisissa ja terbiumaktivoidussa cerium-magnesiumaluminaattimatriisissa, jotka kaikki lähettävät vihreää valoa virittyneessä tilassa.
(2) Magneto-optiset tallennusmateriaalit. Viime vuosina terbium-magneto-optiset materiaalit ovat saavuttaneet massatuotannon mittakaavan. Tietokoneiden tallennuselementteinä käytetään Tb-Fe-amorfisista kalvoista valmistettuja magneto-optisia levyjä, ja tallennuskapasiteetti kasvaa 10–15-kertaiseksi.
(3) Magneto-optinen lasi, terbiumia sisältävä Faradayn rotaatiolasi, on avainmateriaali rotaattoreiden, isolaattoreiden ja rengaslasien valmistuksessa, joita käytetään laajalti lasertekniikassa. Erityisesti terFenolin kehitys on avannut uusia sovelluksia terfenolille, joka on 1970-luvulla löydetty uusi materiaali. Puolet tästä seoksesta koostuu terbiumista ja dysprosiumista, joskus holmiumista, ja loput on rautaa. Seoksen kehitti ensimmäisen kerran Ames Laboratory Iowassa, Yhdysvalloissa. Kun terfenoli asetetaan magneettikenttään, sen koko muuttuu enemmän kuin tavallisten magneettisten materiaalien, mikä voi mahdollistaa tarkkoja mekaanisia liikkeitä. Terbium-dysprosiumrautaa käytettiin aluksi pääasiassa kaikuluotaimissa, ja sitä on käytetty nykyään laajalti monilla aloilla. Polttoaineen ruiskutusjärjestelmistä, nesteventtiilien ohjauksesta, mikropaikannuksesta mekaanisiin toimilaitteisiin, mekanismeihin ja siipien säätimiin lentokoneiden avaruusteleskoopeissa.
10
Dy (Dy)
Metallidysprosium (tietokartta)
(1) NdFeB-kestomagneettien lisäaineena noin 2–3 % dysprosiumia lisäämällä tähän magneettiin voidaan parantaa sen koersitiivivoimaa. Aiemmin dysprosiumin kysyntä ei ollut suurta, mutta NdFeB-magneettien kysynnän kasvaessa siitä tuli välttämätön lisäaine, ja sen laadun on oltava noin 95–99,9 %, ja myös kysyntä kasvoi nopeasti.
(2) Dysprosiumia käytetään fosforin aktivaattorina. Kolmiarvoinen dysprosium on lupaava aktivointi-ioni kolmivärisille luminoiville materiaaleille, joissa on yksi luminoiva keskus. Se koostuu pääasiassa kahdesta emissiovyöhykkeestä, joista toinen on keltaisen valon emissio ja toinen sinisen valon emissio. Dysprosiumilla seostettuja luminoivia materiaaleja voidaan käyttää kolmivärisinä fosforeina.
(3) Dysprosium on välttämätön metalliraaka-aine terfenoliseoksen valmistukseen magnetostriktiivisessä seoksessa, jolla voidaan toteuttaa tarkkoja mekaanisia liikkeitä. (4) Dysprosiummetallia voidaan käyttää magneto-optisena tallennusmateriaalina, jolla on suuri tallennusnopeus ja lukuherkkyys.
(5) Dysprosiumlamppujen valmistuksessa käytettävä työaine on dysprosiumjodidi, jonka etuna on korkea kirkkaus, hyvä väri, korkea värilämpötila, pieni koko, vakaa valokaari ja niin edelleen, ja sitä on käytetty valonlähteenä elokuvissa ja tulostuksessa.
(6) Dysprosiumia käytetään neutronien energiaspektrin mittaamiseen tai neutronien absorboijana atomienergiateollisuudessa sen suuren neutronien sieppauspoikkileikkauspinta-alan vuoksi.
(7) Dy3Al5O12:ta voidaan käyttää myös magneettisena työaineena magneettisessa jäähdytyksessä. Tieteen ja teknologian kehittyessä dysprosiumin käyttöalueet laajenevat ja laajenevat jatkuvasti.
11
Holmium (Ho)
Ho-Fe-seos (tietokartta)
Tällä hetkellä raudan käyttöaluetta on kehitettävä edelleen, eikä kulutus ole kovin suuri. Baotou Steelin harvinaisten maametallien tutkimuslaitos on äskettäin ottanut käyttöön korkean lämpötilan ja korkean tyhjiön tislauspuhdistustekniikan ja kehittänyt erittäin puhdasta metallia Qin Ho/>RE>99,9%, jossa on vähän muita kuin harvinaisten maametallien epäpuhtauksia.
Tällä hetkellä lukkojen tärkeimmät käyttötarkoitukset ovat:
(1) Metallihalogeenilampun lisäaineena metallihalogeenilamppu on eräänlainen kaasupurkauslamppu, joka on kehitetty korkeapaineisen elohopealampun pohjalta. Sen ominaispiirre on, että lamppu on täytetty erilaisilla harvinaisten maametallien halogenideilla. Tällä hetkellä käytetään pääasiassa harvinaisten maametallien jodideja, jotka kaasupurkauksissa lähettävät erilaisia spektriviivoja. Rautalampussa käytetty työaine on kinjodidi. Valokaarialueella voidaan saada suurempi metalliatomien pitoisuus, mikä parantaa huomattavasti säteilytehokkuutta.
(2) Rautaa voidaan käyttää lisäaineena raudan tai miljardin alumiinigranaatin tallentamiseen
(3) Khin-dopingilla päällystetty alumiinigranaatti (Ho:YAG) voi lähettää 2 um:n lasersäteilyä, ja 2 um:n laserin absorptionopeus ihmiskudoksissa on korkea, lähes kolme kertaluokkaa korkeampi kuin Hd:YAG:lla. Siksi Ho:YAG-laseria käytettäessä lääketieteellisissä toimenpiteissä voidaan paitsi parantaa toiminnan tehokkuutta ja tarkkuutta, myös pienentää lämpövaurioaluetta. Lukkokiteen tuottama vapaa säde voi poistaa rasvaa ilman liiallista lämpöä. Yhdysvalloissa glaukooman w-laserhoidon on raportoitu vähentävän leikkauksen kipua terveiden kudosten lämpövaurioiden vähentämiseksi. 2 um:n laserkiteiden taso Kiinassa on saavuttanut kansainvälisen tason, joten on tarpeen kehittää ja tuottaa tällaisia laserkiteitä.
(4) Magnetostriktiiviseen terfenoli-D-seokseen voidaan lisätä myös pieni määrä kromia kyllästysmagnetisaatioon tarvittavan ulkoisen kentän pienentämiseksi.
(5) Lisäksi rautadopattua kuitua voidaan käyttää kuitulaserin, kuituvahvistimen, kuituanturin ja muiden optisten tietoliikennelaitteiden valmistukseen, joilla on tärkeämpi rooli nykypäivän nopeassa optisessa kuituviestinnässä.
12
Erbium (ER)
Erbiumoksidijauhe (tietotaulukko)
(1) Er3+:n valonemissio aallonpituudella 1550 nm on erityisen merkittävä, koska tällä aallonpituudella optinen kuitu tuottaa pienimmän häviön optisessa kuitutiedonsiirrossa. Viritettyään 980 nm:n ja 1480 nm:n valolla syötti-ioni (Er3+) siirtyy perustilasta 4115/2 korkeaenergiseen tilaan 4I13/2. Kun korkeaenerginen Er3+ palaa takaisin perustilaan, se emittoi 1550 nm:n valoa. Kvartsikuitu voi lähettää valoa eri aallonpituuksilla. 1550 nm:n kaistan optinen vaimennusnopeus on kuitenkin alhaisin (0,15 dB/km), mikä on lähes vaimennuksen alaraja. Siksi optisen kuidun tiedonsiirron optinen häviö on minimaalinen, kun sitä käytetään signaalivalona 1550 nm:n aallonpituudella. Tällä tavoin, jos sopiva syöttipitoisuus sekoitetaan sopivaan matriisiin, vahvistin voi kompensoida tietoliikennejärjestelmän häviöitä laserperiaatteen mukaisesti. Siksi tietoliikenneverkossa, jonka on vahvistettava 1550 nm:n optista signaalia, syötillä seostettu kuituvihvistin on välttämätön optinen laite. Tällä hetkellä syötillä seostettu piidioksidikuituvihvistin on kaupallistettu. On raportoitu, että tarpeettoman absorption välttämiseksi optisessa kuidussa on seostettu kymmeniä tai satoja ppm:iä. Optisen kuituliikenteen nopea kehitys avaa uusia sovellusalueita.
(2) (2) Lisäksi syöttiseostettu laserkide ja sen tuottama 1730 nm:n laser ja 1550 nm:n laser ovat turvallisia ihmissilmälle, niillä on hyvä ilmakehän läpäisykyky, voimakas tunkeutumiskyky taistelukentän savuun, hyvä turvallisuus, vihollisen ei ole helppo havaita, ja sotilaskohteiden säteilyn kontrasti on suuri. Siitä on tehty kannettava laseretäisyysmittari, joka on turvallinen ihmissilmälle sotilaskäytössä.
(3) (3) Er3+-ioneja voidaan lisätä lasiin harvinaisten maametallien lasilasermateriaalin valmistamiseksi, joka on kiinteä lasermateriaali, jolla on suurin lähtöpulssienergia ja suurin lähtöteho.
(4) Er3+:aa voidaan käyttää myös aktiivisena ionina harvinaisten maametallien ylöspäin konvertoivissa lasermateriaaleissa.
(5) (5) Lisäksi syöttiä voidaan käyttää lasien ja kristallien värinpoistoon ja värjäämiseen.
13
Tulium (TM)
Ydinreaktorissa säteilytyksen jälkeen tulium tuottaa röntgensäteilyä lähettävän isotoopin, jota voidaan käyttää kannettavana röntgenlähteenä.()Datakartta)
(1)TM käytetään kannettavan röntgenlaitteen säteilylähteenä. Säteilytyksen jälkeen ydinreaktorissa,TMtuottaa eräänlaista isotooppia, joka voi lähettää röntgensäteilyä, jota voidaan käyttää kannettavan veren säteilytyslaitteen valmistukseen. Tällainen radiometri voi muuttaa Yu-169:nTM-170 kauko- ja keskisäteiden vaikutuksesta ja säteilee röntgensäteitä veren säteilyttämiseksi ja valkosolujen vähentämiseksi. Juuri nämä valkosolut aiheuttavat elinsiirtojen hyljinnän, jotta elinten varhaisesta hyljinnästä voidaan vähentää.
(2) (2)TMvoidaan käyttää myös kasvaimen kliinisessä diagnosoinnissa ja hoidossa, koska sillä on korkea affiniteetti kasvainkudokseen. Raskas harvinainen maametalli on yhteensopivampi kuin kevyt harvinainen maametalli, erityisesti Yu:n affiniteetti on suurin.
(3) (3) Röntgenherkistin Laobr: br (sininen) on röntgenherkistyslevyn fosforin aktivaattori, jota käytetään optisen herkkyyden parantamiseksi ja siten röntgensäteilyn ihmisille aiheuttaman altistuksen ja haitan vähentämiseksi. Säteilyannos on 50 %, millä on tärkeä käytännön merkitys lääketieteellisissä sovelluksissa.
(4) (4) Metallihalidilamppua voidaan käyttää lisäaineena uusissa valonlähteissä.
(5) (5) Tm3+:aa voidaan lisätä lasiin harvinaisten maametallien lasilasermateriaalin valmistamiseksi, joka on kiinteän olomuodon lasermateriaali, jolla on suurin lähtöpulssi ja suurin lähtöteho. Tm3+:aa voidaan käyttää myös harvinaisten maametallien ylöspäin konvertoivien lasermateriaalien aktivointiionina.
14
Ytterbium (Yb)
Ytterbiummetalli (tietokartta)
(1) Lämpösuojauspinnoitemateriaalina. Tulokset osoittavat, että peili voi parantaa sähkösaostetun sinkkipinnoitteen korroosionkestävyyttä selvästi, ja peilipinnoitteen raekoko on pienempi kuin peilittömän pinnoitteen.
(2) Magnetostriktiivisenä materiaalina. Tällä materiaalilla on jättimäisen magnetostriktion ominaisuudet eli se laajenee magneettikentässä. Seos koostuu pääasiassa peili-/ferriittiseoksesta ja dysprosium-/ferriittiseoksesta, ja tietty osa mangaania lisätään jättimäisen magnetostriktion aikaansaamiseksi.
(3) Peilielementti paineenmittauksessa. Kokeet osoittavat, että peilielementin herkkyys on korkea kalibroidulla painealueella, mikä avaa uusia mahdollisuuksia peilin soveltamiseen paineenmittauksessa.
(4) Hartsipohjaiset paikkaukset molaarien reikiin korvaamaan aiemmin yleisesti käytettyä hopea-amalgaamia.
(5) Japanilaiset tutkijat ovat onnistuneesti valmistaneet peiliseostetun vanadiinibahtgranaatilla varustetun linjaaaltojohdelaserin, jolla on suuri merkitys laserteknologian jatkokehitykselle. Lisäksi peiliä käytetään fluoresoivan jauheen aktivaattorina, radiokeraamina, elektronisen tietokoneen muistielementin (magneettisen kuplan) lisäaineena, lasikuitufluksin ja optisen lasin lisäaineena jne.
15
Lutetium (Lu)
Lutetiumoksidijauhe (tietokartta)
Yttriumlutetiumsilikaattikide (tietokartta)
(1) valmistaa joitakin erikoisseoksia. Esimerkiksi lutetium-alumiiniseosta voidaan käyttää neutroniaktivaatioanalyysissä.
(2) Stabiileilla lutetiumnuklideilla on katalyyttinen rooli öljyn krakkauksessa, alkyloinnissa, hydrauksessa ja polymeroinnissa.
(3) Yttriumraudan tai yttriumalumiinigranaatin lisääminen voi parantaa joitakin ominaisuuksia.
(4) Magneettisen kuplasäiliön raaka-aineet.
(5) Yhdistelmäfunktionaalinen kide, lutetium-dopingilla varustettu alumiiniyttriumneodyymitetraboraatti, kuuluu suolaliuosjäähdytyskiteiden kasvun tekniikan alaan. Kokeet osoittavat, että lutetium-dopingilla varustettu NYAB-kide on optisen tasaisuuden ja laserin suorituskyvyn suhteen NYAB-kidettä parempi.
(6) On havaittu, että lutetiumilla on potentiaalisia sovelluksia sähkökromaattisissa näytöissä ja matalaulotteisissa molekyylipuolijohteissa. Lisäksi lutetiumia käytetään myös energia-akkuteknologiassa ja fosforin aktivaattorina.
16
Yttrium (y)
Yttriumia käytetään laajalti, yttriumalumiinigranaattia voidaan käyttää lasermateriaalina, yttriumrautagranaattia käytetään mikroaaltotekniikassa ja akustisen energian siirrossa, ja europiumilla seostettua yttriumvanadaattia ja europiumilla seostettua yttriumoksidia käytetään fosforeina väritelevisioissa. (tietokartta)
(1) Teräksen ja ei-rautametalliseosten lisäaineet. FeCr-seos sisältää yleensä 0,5–4 % yttriumia, mikä voi parantaa näiden ruostumattomien terästen hapettumiskestävyyttä ja sitkeyttä. MB26-seoksen kokonaisvaltaiset ominaisuudet paranevat selvästi lisäämällä siihen oikea määrä yttriumpitoista harvinaisten maametallien seosta, joka voi korvata joitakin keskivahvoja alumiiniseoksia ja jota voidaan käyttää lentokoneiden rasituksessa. Lisäämällä pieni määrä yttriumpitoista harvinaisten maametallien seokseen voidaan parantaa seoksen johtavuutta. Useimmat lankatehtaat Kiinassa ovat ottaneet seoksen käyttöön. Yttriumin lisääminen kupariseokseen parantaa johtavuutta ja mekaanista lujuutta.
(2) Moottorin osien kehittämiseen voidaan käyttää piinitridikeraamista materiaalia, joka sisältää 6 % yttriumia ja 2 % alumiinia.
(3) 400 watin tehoista Nd:Y:Al:Garnet-lasersädettä käytetään suurten komponenttien poraamiseen, leikkaamiseen ja hitsaukseen.
(4) Y-Al-granaatin yksittäiskristallista koostuvalla elektronimikroskooppinäytöllä on korkea fluoresenssin kirkkaus, alhainen sironneen valon absorptio sekä hyvä korkean lämpötilan kestävyys ja mekaaninen kulutuskestävyys.
(5) Korkean yttriumpitoisuuden omaavaa rakenneseosta, joka sisältää 90 % yttriumia, voidaan käyttää ilmailussa ja muissa paikoissa, joissa vaaditaan matalaa tiheyttä ja korkeaa sulamispistettä.
(6) Yttriumilla seostettu korkean lämpötilan protonijohtava materiaali SrZrO3, joka herättää tällä hetkellä paljon huomiota, on erittäin merkittävä polttokennojen, elektrolyysikennojen ja kaasuntunnistimien valmistuksessa, jotka vaativat korkeaa vetyliukoisuutta. Lisäksi yttriumia käytetään myös korkean lämpötilan ruiskutusmateriaalina, atomireaktorin polttoaineen laimennusaineena, kestomagneettisten materiaalien lisäaineena ja elektroniikkateollisuudessa getterinä.
17
Skandium (Sc)
Metalliskandium (tietokartta)
Verrattuna yttrium- ja lantanidialkuaineisiin skandiumilla on erityisen pieni ionisäde ja erityisen heikko hydroksidin emäksisyys. Siksi, kun skandiumia ja harvinaisia maametalleja sekoitetaan keskenään, skandium saostuu ensin, kun sitä käsitellään ammoniakilla (tai erittäin laimealla emäksellä), joten se voidaan helposti erottaa harvinaisista maametalleista "fraktioimalla saostuksella". Toinen menetelmä on käyttää nitraatin polarisaatiohajoamista erotukseen. Skandiumnitraatti on helpoin hajottaa, mikä saavuttaa erottelun tarkoituksen.
Sc:tä voidaan saada elektrolyysillä. ScCl3, KCl ja LiCl sulatetaan yhdessä skandiumin raffinoinnin aikana, ja sulaa sinkkiä käytetään katodina elektrolyysissä, jolloin skandium saostuu sinkkielektrodille, ja sitten sinkki haihdutetaan skandiumin saamiseksi. Lisäksi skandium on helppo ottaa talteen malmia käsiteltäessä uraanin, toriumin ja lantanidialkuaineiden tuottamiseksi. Myös siihen liittyvän skandiumin kattava talteenotto volframi- ja tinamalmista on yksi tärkeimmistä skandiumin lähteistä. Skandiumia on myhdisteessä pääasiassa kolmiarvoisessa tilassa, joka hapettuu helposti Sc2O3:ksi ilmassa ja menettää metallisen kiiltonsa ja muuttuu tummanharmaaksi.
Skandiumin tärkeimmät käyttötarkoitukset ovat:
(1) Skandium voi reagoida kuuman veden kanssa vapauttaen vetyä, ja se liukenee myös happoon, joten se on voimakas pelkistin.
(2) Skandiumoksidi ja -hydroksidi ovat vain emäksisiä, mutta sen suolatuhkaa voidaan tuskin hydrolysoida. Skandiumkloridi on valkoinen kide, joka liukenee veteen ja vetistyy ilmassa. (3) Metallurgisessa teollisuudessa skandiumia käytetään usein seosten (seosten lisäaineiden) valmistukseen seosten lujuuden, kovuuden, lämmönkestävyyden ja suorituskyvyn parantamiseksi. Esimerkiksi pienen määrän skandiumin lisääminen sulaan rautaan voi parantaa merkittävästi valuraudan ominaisuuksia, kun taas pienen määrän skandiumin lisääminen alumiiniin voi parantaa sen lujuutta ja lämmönkestävyyttä.
(4) Elektroniikkateollisuudessa skandiumia voidaan käyttää erilaisina puolijohdelaitteina. Esimerkiksi skandiumsulfiitin käyttö puolijohteissa on herättänyt huomiota sekä kotimaassa että ulkomailla, ja ferriittiä sisältävä skandium on myös lupaava.tietokoneen magneettisydämet.
(5) Kemianteollisuudessa skandiumyhdistettä käytetään alkoholin dehydraus- ja dehydraatioaineena, joka on tehokas katalyytti eteenin ja kloorin tuotannossa jätesuolahaposta.
(6) Lasiteollisuudessa voidaan valmistaa skandiumia sisältäviä erikoislaseja.
(7) Sähkövalonlähdeteollisuudessa skandium- ja natriumlampuilla, jotka on valmistettu skandiumista ja natriumista, on etuna korkea hyötysuhde ja positiivinen valon väri.
(8) Luonnossa skandiumia esiintyy 45Sc-muodossa. Lisäksi skandiumilla on yhdeksän radioaktiivista isotooppia, nimittäin 40~44Sc ja 46~49Sc. Näistä 46Sc:tä on merkkiaineena käytetty kemianteollisuudessa, metallurgiassa ja merentutkimuksessa. Lääketieteessä on ulkomailla ihmisiä, jotka tutkivat 46Sc:n käyttöä syövän hoidossa.
Julkaisun aika: 04.07.2022