¿qué usos mágicos tienen los elementos de tierras raras? (ⅱ) —— sobre la aplicación de scandium e yttrium

1.aplicación de escandio

el símbolo del elemento del escandio es sc, pronunciado como kàng en chino, y su peso atómico es 44.9559.

scandium es un metal de transición en la parte superior de la tabla periódica. tiene una alta actividad química y solo reacciona con oxígeno a altas temperaturas, lo que puede reaccionar con elementos no metálicos como el nitrógeno y el azufre, y formar sales con ácidos y bases.

la primera aplicación importante de scandium es la 'lámpara de sodio de escandio', que es una fuente de luz eléctrica de haluro de metal. se llena un argón en el bulbo, y el yoduro de sodio y el polvo de yoduro de escandio también están contenidos en el bulbo. cuando se descargan a alto voltaje, los iones de escandio y los iones de sodio emiten un espectro especial, pero el todo es blanco. las lámparas de sodio de escandio tienen una alta eficiencia luminosa, buen color de luz, ahorro de energía, vida larga y una fuerte capacidad de descongelación. se usan ampliamente en disparos de televisión y cuadrados, estadios e iluminación de carreteras, conocida como la tercera generación de fuentes de luz. la eficiencia luminosa de las lámparas de escandio de sodio es aproximadamente 4 veces mayor que la de las lámparas de tungsteno halógeno y 2 veces la de las lámparas de mercurio de alta presión. y el rendimiento de renderizado de color también es bueno.

la segunda aplicación importante de escandio son las células solares. la eficiencia de las células solares depende en gran medida de la absorción de la luz y las propiedades de transporte de portadores del material. debido a su gran coeficiente de banda de banda y al alto coeficiente de absorción de luz, los materiales de escandio pueden absorber efectivamente la luz visible y la luz infrarroja en el espectro solar, mejorando así la eficiencia de conversión fotoeléctrica de las células solares. además, el escandio también se puede combinar con otros materiales, como el silicio, para formar una heteroestructura, mejorando aún más el rendimiento de las células solares. por lo tanto, se espera que la aplicación innovadora de materiales de escandio en las células solares contribuya a la popularización de la energía renovable.

la tercera aplicación importante del escandio es la foto-catálisis. los materiales de escandio tienen una 'velocidad de absorción de luz' y 'excelente rendimiento de conversión fotoeléctrica', que puede convertir efectivamente la energía solar en energía química e impulsar reacciones fotocatalíticas. por ejemplo, los materiales de escandio se pueden usar para la 'descomposición del agua para producir hidrógeno', convirtiendo la energía solar en energía de hidrógeno almacenable y utilizable. por ejemplo, se pueden usar materiales de escandio para preparar sensores fotoeléctricos eficientes para lograr una detección y transmisión altamente sensibles de señales ópticas. por ejemplo, los materiales de escandio también se pueden utilizar en la preparación de nuevos dispositivos optoelectrónicos, como los cristales fotoeléctricos a base de escandio y los diodos emisores de luz a base de escandio, etc., en consecuencia inyectando una nueva vitalidad en el desarrollo de la industria optoelectrónica. por ejemplo, el óxido de escandio puede "debilitar las fuerzas de enlace de hidrógeno" y puede usarse como catalizador para la "deshidrogenación" y el "agrietamiento de hidrógeno".

la cuarta aplicación importante de scandium es mejorar el rendimiento de las aleaciones. por ejemplo, scandium tiene un efecto de aleación muy mágico con aleaciones de aluminio. mientras se agregue una pequeña cantidad de escandio al aluminio, se generará al3sc, lo que cambiará significativamente la estructura y las propiedades de la aleación. esta 'nueva generación de material de aleación de aluminio' tiene una gravedad específica cercana a la del aluminio, que también tiene una estabilidad súper cristalina, rendimiento de súper soldadura, resistencia a la súper corrosión y buena resistencia a una temperatura alta de 900 ° c, y también puede resistir la radiación de neutrones; tiene perspectivas de desarrollo muy atractivas en aeroespacial, aviación, barcos, reactores nucleares, vehículos ligeros, trenes de alta velocidad, etc. por ejemplo, la aleación de titanio de escandio y la aleación de magnesio de escandio son materiales ideales con altos puntos de fusión, baja gravedad específica y alta fuerza. por ejemplo, el escandio también se puede utilizar como aditivo a las aleaciones de tungsteno y cromo de alta temperatura para aumentar la vida útil de estos materiales. por ejemplo, scandium también es un excelente modificador para el hierro. una pequeña cantidad de escandio puede mejorar significativamente la resistencia y la dureza del hierro fundido.

la quinta aplicación importante de escandio es estabilizar la red de cristal en 'cerámica especial'. por ejemplo, los materiales cerámicos de óxido de circonio tienen una propiedad muy especial. la conductividad de este electrolito aumenta con la temperatura y la concentración de oxígeno en el medio ambiente, y puede usarse como un "medidor de contenido de oxígeno sensible". la estructura cristalina inestable de este material cerámico es una desventaja, pero la red de los materiales cerámicos de óxido de circonio con óxido de escandio agregado es estable y se puede poner en uso práctico. el óxido de escandio en la cerámica juega un papel en la estabilización de la red de cristal y hace que la estructura sea densa como lo hace el concreto. por ejemplo, el nitruro de silicio, el material cerámico de ingeniería resistente a la alta temperatura, tiene las características de la súper dureza, la resistencia a la alta temperatura, la resistencia a la corrosión, la pequeña deformación de impacto de alta temperatura, la pequeña coeficiente de fricción y la resistencia al desgaste. al usar óxido de escandio como agente de densificación, puede mejorar aún más sus propiedades mecánicas de alta temperatura.

la sexta aplicación importante del escandio es como catalizador para el hidrocraqueo en el proceso de refinación de petróleo en la industria química. esta propiedad del escandio puede ayudar a hacer un óxido de escandio, óxido de circonio y óxido de ytrio juntos como un oxidante para las celdas de combustible de hidrógeno y como un material de electrodo para tener un mejor efecto. además, el electrolito de batería de estado sólido hecho de cloruro de litio de escandio indio tiene una buena conductividad de iones de litio y una operación estable, lo que ha contribuido al progreso innovador de las baterías de estado sólido.

la séptima aplicación importante de escandio está en la producción de 'cristales láser de alta potencia'. ahora, 'yttrium gallium scandium granate' se usa ampliamente para hacer láseres de alta potencia. este láser sólido tiene aplicaciones importantes en otros campos industriales.

la octava aplicación importante de escandio son sus isótopos. el escandio puede absorber neutrones en reactores nucleares para producir isótopos radiactivos, que pueden usarse como fuente de rayos gamma para el tratamiento tumoral local y como un marcador radiactivo.

2. aplicación de ytrio

el símbolo del elemento de yttrium es y, pronunciado yǐ, y su peso atómico es 88.90585

las propiedades químicas del itrio están más cerca de los 'elementos de tierras raras' pesadas ', y los minerales de itrio a menudo se mezclan con minerales de elementos de tierras raras pesadas.

la primera aplicación importante de yttrium es mejorar el rendimiento del acero inoxidable. se debe precisamente a la presencia de una pequeña cantidad de itrio en la aleación de fecr que su resistencia y ductilidad de oxidación mejoran considerablemente. también se debe a la presencia de una pequeña cantidad de itrio que las aleaciones de magnesio de tierras raras tienen las características de alta resistencia, alta tenacidad, resistencia a la corrosión y resistencia a la alta temperatura, que también pueden reemplazar algunas aleaciones de aluminio de resistencia media y usarse en componentes de carga de aeronaves. este tipo de aleación también tiene una buena conductividad térmica y conductividad eléctrica, y su rango de aplicación es muy amplio. del mismo modo, agregar una pequeña cantidad de tierras raras ricas en itrio a las aleaciones de cobre y las aleaciones al-zr puede mejorar sus muchas propiedades. se pueden usar materiales cerámicos de nitruro de silicio que contienen aluminio y aluminio de scandium de itrio para fabricar componentes del motor.

la segunda aplicación importante de yttrium es hacer cristales ópticos de alto rendimiento. cuando se usa el granate de aluminio yttrium （y3al5o13） cristal único en la producción, las lentes ópticas de alta gama serán de baja absorción, alto brillo y sin astigmatismo. el granate de aluminio de neodymium yttrium también se usa para fabricar cristales láser, que se usan ampliamente en láseres sólidos; entre ellos, vale la pena mencionar los "cristales láser de alta potencia", que se pueden usar para el procesamiento láser, los escalpeles láser, las armas láser, etc. además, los cristales de vanadato puro (yv o4) se usan para hacer fibras ópticas y su rendimiento de propagación es diez veces más alto que los fibras ópticas silicológicas.

la tercera aplicación importante de itrio es hacer 'buen polvo fluorescente de color primario'. por ejemplo, bajo excitación de electrones, el óxido de europio emite luz azul; con europium como activador, el óxido de itrio, el oxisulfuro de ytrio, el vanadato de itrio puede emitir luz roja pura; con terbium como activador, el granate gallium de aluminio ytrio emite luz verde pura; estos tres materiales se hacen en 'fósforos' que funcionan como 'unidades de color' de pantallas. cada unidad de color puede emitir varios colores esperados con la impactación de electrones de diferentes intensidades. esta tecnología de pantalla de color reemplazó gradualmente las tecnologías de 'pantalla de cristal líquido' y 'pantalla de plasma'.

la cuarta aplicación principal de itrio es un catalizador de agrietamiento en la refinación de petróleo. dado que tanto el itrio como el escandio tienen el efecto de debilitar los 'enlaces de hidrógeno', los productos de luz molecular pequeñas se obtienen fácilmente durante la refinación de aceite; del mismo modo, el itrio es sensible a los enlaces de hidrógeno, y el srzro3 dopado con yttrium es muy sensible a la concentración de hidrógeno. el grado de absorción de hidrógeno puede reflejarse en la conductividad, por lo que srzro3 dopado con itrio puede usarse como sensor de gas para el 'contenido de hidrógeno'.

la quinta aplicación importante de yttrium es mejorar, arreglar y densificar las propiedades de la red de cristal. por ejemplo, el óxido de ytrio se usa para fijar la red de óxido de circonio para hacer el electrodo de la celda de combustible de hidrógeno sin pulverización o degradación. por ejemplo, agregar óxido de itrio al 'nitruro de silicio' cerámico estructural puede densificar la estructura cristalina y mejorar en gran medida la resistencia, la dureza, la resistencia al desgaste, la resistencia al impacto y la resistencia a la alta temperatura del material. se puede usar en motores de turbina de gas, otras herramientas de corte y piezas resistentes al desgaste. por ejemplo, la circonía estabilizada por yttrium, comúnmente conocida como diamante de circonio, tiene una excelente dureza y propiedades ópticas, que están muy cerca de los diamantes naturales e incluso pueden confundirse con diamantes reales.

lo anterior es una introducción a varias aplicaciones importantes de los elementos de tierras raras escandio e ittrium. debido a su extensa participación en varios campos, como la electrónica, los petroquímicos, la metalurgia, la maquinaria, la energía, la industria ligera, la protección del medio ambiente y la agricultura, continuamos aumentando nuestros esfuerzos de investigación para garantizar el uso racional de elementos de tierras raras y el desarrollo sostenible de las industrias relacionadas.