希土類要素にはどのような魔法の使用がありますか？ （ⅱ） - スカンジウムとyttriumの適用について

1.スカンジウムのアプリケーション

スカンジウムの要素記号はscで、中国語のkàngとして発音され、その原子量は44.9559です。

スカンジウムは、周期表の上部にある遷移金属です。それは高い化学的活性を持ち、高温でのみ酸素と反応し、窒素や硫黄などの非金属要素と反応し、酸と塩基で塩を形成します。

スカンジウムの最初の重要な用途は、「スカンジウムナトリウムランプ」であり、これは金属製のハロゲン化物電源です。一部のアルゴンは電球に充填されており、ヨウ化ナトリウムとヨウ化スカンジウム粉末も電球に含まれています。高電圧で排出されると、スカンジウムイオンとナトリウムイオンは特別なスペクトルを放出しますが、全体は白です。スカンジウムナトリウムランプは、高発光効率、良好な明るい色、省エネ、長寿命、強力な解体能力を持っています。それらは、テレビの射撃や広場、スタジアム、道路照明で広く使用されており、第3世代の光源として知られています。スカンジウムナトリウムランプの発光効率は、ハロゲンタングステンランプの約4倍、高圧水銀ランプの2倍です。そして、色のレンダリングパフォーマンスも良いです。

スカンジウムの2番目の重要な応用は太陽電池です。太陽電池の効率は、材料の光吸収とキャリアの輸送特性に大きく依存します。その大きなバンドギャップと高光吸収係数のため、スカンジウム材料は太陽スペクトルの可視光と赤外線を効果的に吸収し、それにより太陽電池の光電化効率を改善することができます。さらに、スカンジウムは、シリコンなどの他の材料と複合してヘテロ構造を形成し、太陽電池の性能をさらに向上させることもできます。したがって、太陽電池におけるスカンジウム材料の革新的な応用は、再生可能エネルギーの普及に寄与すると予想されます。

スカンジウムの3番目の重要な用途は、光触媒です。スカンジウム材料には、「高光吸収速度」と「優れた光電気変換性能」があり、太陽エネルギーを化学エネルギーに効果的に変換し、光触媒反応を駆動できます。たとえば、スカンジウム材料を「水分解」に使用して水素を生成し、太陽エネルギーを保存可能で使用可能な水素エネルギーに変換できます。たとえば、スカンジウム材料を使用して、効率的な光電センサーを準備して、光学信号の非常に敏感な検出と伝達を実現できます。たとえば、スカンジウム材料は、スカンジウムベースの光電結晶やスカンジウムベースの光発光ダイオードなどの新しい光電子デバイスの準備にも使用でき、その結果、新しい活力を光電子産業の発達に注入します。たとえば、酸化スカンジウムは「水素結合力を弱める」ことができ、「脱水素化」および「水素亀裂」の触媒として使用できます。

スカンジウムの4番目の重要な応用は、合金の性能を向上させることです。たとえば、スカンジウムはアルミニウム合金を伴う非常に魔法の合金効果を持っています。少量のスカンジウムがアルミニウムに追加される限り、al3scが生成され、合金の構造と特性が大幅に変化します。この「新世代のアルミニウム合金材料」は、アルミニウムのそれに近い比重があります。これは、超結晶安定性、スーパー溶接性能、超腐食抵抗、900°cの高温での良好な強度もあり、中性子放射にも耐えることができます。航空宇宙、航空、船舶、原子炉、軽量車両、高速列車などに非常に魅力的な開発の見通しがあります。たとえば、スカンジウムチタン合金とスカンジウムマグネシウム合金は、高融点、低い比重、高強度の理想的な材料です。たとえば、スカンジウムは、これらの材料のサービス寿命を増加させるために、高温のタングステンおよびクロム合金の添加物としても使用できます。たとえば、scandiumは鉄の優れた修飾子でもあります。少量のスカンジウムは、鋳鉄の強度と硬度を大幅に改善できます。

スカンジウムの5番目の重要な応用は、「特別なセラミック」の結晶格子を安定させることです。たとえば、酸化ジルコニウムセラミック材料には非常に特別な特性があります。この電解質の導電率は、環境の温度と酸素濃度とともに増加し、「敏感な酸素含有量計」として使用できます。このセラミック材料の不安定な結晶構造は不利な点ですが、酸化スカンジウムを添加した酸化酸化ジルコニウムセラミック材料の格子は安定しており、実用的に使用できます。セラミック中の酸化スカンジウムは、結晶格子を安定化し、コンクリートのように構造を密集させる役割を果たします。たとえば、高温耐性エンジニアリングセラミック材料である窒化シリコンは、超硬度、高温抵抗、耐食性、小さな高温および低温衝撃変形、小さな摩擦係数、耐摩耗性の特性を持っています。酸化スカンジウムを濃度化剤として使用する場合、高温の機械的特性をさらに改善できます。

スカンジウムの6番目の重要な応用は、化学産業における石油精製の過程での水力発生の触媒としてです。このスカンジウムの特性は、酸化スカンジウム、酸化ジルコニウム、および酸化イトリウムを水素燃料電池用の酸化剤として、またより良い効果をもたらす電極材料として作るのに役立ちます。さらに、リチウムスカンジウムインディウムインジウム塩化物で作られた固形状態のバッテリー電解質は、良好なリチウムイオン導電率と安定した動作を備えており、固体バッテリーのブレークスルー進行に貢献しています。

スカンジウムの7番目の重要な応用は、「高出力レーザー結晶」の生産にあります。現在、「yttrium gallium scandium garnet」は、高出力レーザーを作るために広く使用されています。この固体レーザーには、他の工業分野で重要な用途があります。

スカンジウムの8番目の重要な応用は同位体です。スカンジウムは、原子炉の中性子を吸収して放射性同位体を生成します。放射性同位体は、局所腫瘍治療のガンマ線源として、および放射性トレーサーとして使用できます。

2.イットリウムのアプリケーション

yttriumの要素シンボルはyで、yǐと発音され、その原子量は88.90585です

yttriumの化学的性質は「重い希土類元素」に近く、yttrium鉱物はしばしば重い希土類元素鉱物と混合されます。

イットリウムの最初の重要な用途は、ステンレス鋼の性能を向上させることです。 fecr合金に少量のイットリウムが存在するため、その酸化抵抗と延性が大幅に改善されているためです。また、希土類マグネシウム合金が高強度、高靭性、耐食性、高温耐性の特性を持つことは、少量のイットリウムの存在のためです。これは、いくつかの中強度アルミニウム合金を置き換え、航空機の負荷を負担する成分に使用することもできます。この種の合金には、優れた熱伝導率と電気伝導率もあり、その応用範囲は非常に広いです。同様に、銅合金とal-zr合金に少量のイットリウムが豊富な希土類を追加すると、多くの特性が改善されます。イットリウム - スカンディウム - アルミニウムを含む窒化シリコンセラミック材料を使用して、エンジン成分を製造できます。

yttriumの2番目の重要な応用は、高性能光結晶を作ることです。 yttriumアルミニウムガーネットを使用すると、生産中の単結晶を使用する場合、ハイエンドの光レンズは吸収が低く、輝度が高く、乱視はありません。ネオジムイットトリウムアルミニウムガーネットは、固体レーザーで広く使用されているレーザー結晶を作るためにも使用されます。その中でも、レーザー処理、レーザーメス、レーザー武器などに使用できる「高出力レーザークリスタル」に言及する価値があります。さらに、純粋なyttrium v​​anadate（yv o4）結晶は光ファイバーを作るために使用され、その伝播性能はサイリコン光繊維のそれよりも10倍高いです。

yttriumの3番目の重要な用途は、「優れたプライマリカラー蛍光粉末」を作ることです。たとえば、電子励起下では、酸化ユーロウィウムは青色光を放出します。ユーロピウムは活性化因子である酸化イトリウム、オキシスルフィドyttriumを使用すると、vanadate yttriumは純粋な赤色光を放出できます。テルビウムが活性化因子として、イットトリウムアルミニウムガーネットは純粋な緑色の光を放出します。これらの3つの材料は、ディスプレイの「色単位」として機能する「蛍光体」になっています。各カラーユニットは、さまざまな強度の電子を積極的に使用して、さまざまな予想される色を放出できます。このカラーディスプレイテクノロジーは、「液晶ディスプレイ」および「プラズマディスプレイ」テクノロジーを徐々に置き換えました。

yttriumの4番目の主要な応用は、油精製の亀裂触媒です。 yttriumとscandiumの両方が「水素結合」を弱める効果があるため、石油精製中に小分子光製品は簡単に得られます。同様に、yttriumは水素結合に敏感であり、yttriumドープsrzro3は水素濃度に非常に敏感です。水素吸収の程度は導電率に反映されるため、yttriumドープsrzro3は「水素含有量」のガスセンサーとして使用できます。

yttriumの5番目の重要な応用は、結晶格子の特性を改善、修正、および濃縮することです。たとえば、酸化yttriumを使用して、酸化ジルコニウム格子を固定して、粉砕や分解なしに水素燃料電池の電極を作ります。たとえば、構造セラミック「シリコン窒化物」に酸化酸化イットトリウムを追加すると、結晶構造が高密度化され、材料の強度、靭性、耐摩耗性、耐衝撃性、高温耐性が大幅に向上する可能性があります。ガスタービンエンジン、その他の切削工具、耐摩耗性の部品で使用できます。たとえば、ジルコニウムダイヤモンドとして一般的に知られているイットトリウム安定化ジルコニアは、天然ダイヤモンドに非常に近く、実際のダイヤモンドと間違えられる可能性がある優れた硬度と光学的特性を持っています。

上記は、rare earth elements scandiumとyttriumのいくつかの重要な用途の紹介です。電子機器、石油化学、冶金、機械、エネルギー、光産業、環境保護、農業などのさまざまな分野への広範な関与により、希土類要素の合理的な使用と関連産業の持続可能な開発を確保するための研究努力を増やし続けています。