Μαγικό Στοιχείο Σπάνιας Γης: «Βασιλιάς των Μόνιμων Μαγνητών» - Νεοδύμιο

μπαστναζίτης

Νεοδύμιο, ατομικός αριθμός 60, ατομικό βάρος 144,24, με περιεκτικότητα 0,00239% στον φλοιό, υπάρχει κυρίως στον μοναζίτη και τον μπαστνεσίτη. Υπάρχουν επτά ισότοπα νεοδυμίου στη φύση: νεοδύμιο 142, 143, 144, 145, 146, 148 και 150, μεταξύ των οποίων το νεοδύμιο 142 έχει την υψηλότερη περιεκτικότητα. Με τη γέννηση του πρασεοδυμίου, δημιουργήθηκε και το νεοδύμιο. Η άφιξη του νεοδυμίου ενεργοποίησε τον τομέα των σπάνιων γαιών και έπαιξε σημαντικό ρόλο σε αυτόν. Και επηρεάζει την αγορά σπάνιων γαιών.

Ανακάλυψη του νεοδυμίου

Καρλ Όρβον Γουέλσμπαχ (1858-1929), ο ανακαλύπτης του νεοδυμίου

Το 1885, ο Αυστριακός χημικός Καρλ Όρβον Βέλσμπαχ ανακάλυψε το νεοδύμιο στη Βιέννη. Διαχώρισε το νεοδύμιο και το πρασεοδύμιο από συμμετρικά νεοδυμιακά υλικά διαχωρίζοντας και κρυσταλλώνοντας το τετραένυδρο νιτρικό αμμώνιο από το νιτρικό οξύ και ταυτόχρονα διαχωρίζοντας το με φασματική ανάλυση, αλλά δεν διαχωρίστηκε σε σχετικά καθαρή μορφή μέχρι το 1925.

Από τη δεκαετία του 1950, το νεοδύμιο υψηλής καθαρότητας (πάνω από 99%) λαμβάνεται κυρίως με τη διαδικασία ιονανταλλαγής του μοναζίτη. Το ίδιο το μέταλλο λαμβάνεται με ηλεκτρόλυση του αλογονιδίου του άλατος. Σήμερα, το μεγαλύτερο μέρος του νεοδυμίου εξάγεται από (Ce,La,Nd,Pr)CO3F σε ναθανίτη basta και καθαρίζεται με εκχύλιση με διαλύτη. Ο καθαρισμός με ιονανταλλαγή διατηρεί την υψηλότερη καθαρότητα (συνήθως > 99,99%) για την παρασκευή. Επειδή είναι δύσκολο να αφαιρεθεί το τελευταίο ίχνος πρασεοδυμίου στην εποχή που η κατασκευή εξαρτιόταν από την τεχνολογία σταδιακής κρυστάλλωσης, το πρώιμο γυαλί νεοδυμίου που κατασκευάστηκε τη δεκαετία του 1930 έχει ένα καθαρότερο μωβ χρώμα και έναν πιο κόκκινο ή πορτοκαλί χρωματικό τόνο από τη σύγχρονη έκδοση.

Νεοδύμιο μέταλλο

Το μεταλλικό νεοδύμιο έχει λαμπερή ασημένια μεταλλική λάμψη, σημείο τήξης 1024°C, πυκνότητα 7,004 g/cm3 και παραμαγνητισμό. Το νεοδύμιο είναι ένα από τα πιο ενεργά μέταλλα σπάνιων γαιών, το οποίο οξειδώνεται και σκουραίνει γρήγορα στον αέρα, στη συνέχεια σχηματίζει ένα στρώμα οξειδίου και στη συνέχεια αποκολλάται, εκθέτοντας το μέταλλο σε περαιτέρω οξείδωση. Επομένως, το δείγμα νεοδυμίου με μέγεθος ενός εκατοστού οξειδώνεται πλήρως εντός ενός έτους. Αντιδρά αργά σε κρύο νερό και γρήγορα σε ζεστό νερό.

Ηλεκτρονική διαμόρφωση νεοδυμίου

Ηλεκτρονική διαμόρφωση:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f4

Η απόδοση λέιζερ του νεοδυμίου οφείλεται στη μετάβαση των τροχιακών ηλεκτρονίων 4f μεταξύ διαφορετικών ενεργειακών επιπέδων. Αυτό το υλικό λέιζερ χρησιμοποιείται ευρέως στην επικοινωνία, την αποθήκευση πληροφοριών, την ιατρική περίθαλψη, την κατεργασία κ.λπ. Μεταξύ αυτών, ο γρανάτης Y3Al5O12:Nd(YAG:Nd) αλουμινίου υττρίου χρησιμοποιείται ευρέως με εξαιρετική απόδοση, και ο γρανάτης γαδολίνιου-σκανδίου-γαλλίου με προσμίξεις Nd με υψηλότερη απόδοση.

Εφαρμογή του νεοδυμίου

Ο μεγαλύτερος χρήστης νεοδυμίου είναι το υλικό μόνιμου μαγνήτη NdFeB. Ο μαγνήτης NdFeB ονομάζεται «ο βασιλιάς των μόνιμων μαγνητών» λόγω της υψηλής μαγνητικής ενέργειας που παράγει. Χρησιμοποιείται ευρέως στην ηλεκτρονική, στα μηχανήματα και σε άλλες βιομηχανίες για την εξαιρετική του απόδοση. Ο Francis Wall, καθηγητής εφαρμοσμένης εξόρυξης στη Σχολή Μεταλλείων Cumberland του Πανεπιστημίου του Exeter στο Ηνωμένο Βασίλειο, δήλωσε: «Όσον αφορά τους μαγνήτες, δεν υπάρχει τίποτα που να μπορεί να ανταγωνιστεί το νεοδύμιο. Η επιτυχημένη ανάπτυξη του Μαγνητικού Φασματόμετρου Άλφα δείχνει ότι οι μαγνητικές ιδιότητες των μαγνητών NdFeB στην Κίνα έχουν φτάσει σε επίπεδο παγκόσμιας κλάσης.»

Μαγνήτης νεοδυμίου σε σκληρό δίσκο

Το νεοδύμιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή κεραμικών, φωτεινού μωβ γυαλιού, τεχνητού ρουμπινιού σε λέιζερ και ειδικού γυαλιού που μπορεί να φιλτράρει τις υπέρυθρες ακτίνες. Χρησιμοποιείται μαζί με πρασεοδύμιο για την κατασκευή γυαλιών για φυσητήρες γυαλιού.

Η προσθήκη 1,5%~2,5% νανοοξειδίου νεοδυμίου σε κράμα μαγνησίου ή αλουμινίου μπορεί να βελτιώσει την απόδοση σε υψηλές θερμοκρασίες, την αεροστεγανότητα και την αντοχή στη διάβρωση του κράματος και χρησιμοποιείται ευρέως ως αεροδιαστημικό υλικό για την αεροπορία.

Ο γρανάτης αλουμινίου νανοϋτρίου με πρόσμιξη νανονεοδυμίου παράγει δέσμη λέιζερ βραχέων κυμάτων, η οποία χρησιμοποιείται ευρέως για τη συγκόλληση και την κοπή λεπτών υλικών με πάχος κάτω των 10 mm στη βιομηχανία.

Ράβδος λέιζερ Nd:YAG

Στην ιατρική περίθαλψη, το λέιζερ γρανάτη αλουμινίου νανοϋτρίου με πρόσμιξη νανοοξειδίου νεοδυμίου χρησιμοποιείται για την αφαίρεση χειρουργικών τραυμάτων ή την απολύμανση τραυμάτων αντί για χειρουργικά μαχαίρια.

Το νεοδύμιο γυαλί κατασκευάζεται με την προσθήκη οξειδίου του νεοδυμίου στο τήγμα γυαλιού. Το χρώμα της λεβάντας εμφανίζεται συνήθως στο νεοδύμιο γυαλί υπό το φως του ήλιου ή σε λάμπα πυρακτώσεως, αλλά το ανοιχτό μπλε εμφανίζεται υπό φωτισμό από λαμπτήρα φθορισμού. Το νεοδύμιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον χρωματισμό λεπτών αποχρώσεων γυαλιού, όπως καθαρό βιολετί, κόκκινο του κρασιού και ζεστό γκρι.

γυαλί νεοδυμίου

Με την ανάπτυξη της επιστήμης και της τεχνολογίας και την επέκταση και επέκταση της επιστήμης και της τεχνολογίας των σπάνιων γαιών, το νεοδύμιο θα έχει ένα ευρύτερο χώρο αξιοποίησης.