rare earth element series: scandium

zeldzame aardelementen verwijzen naar sc (scandium), y (yttrium) en la ~ lu (lanthanide -elementen) in groep iiib van het periodiek systeem, in totaal 17 elementen.

dmitri mendeleev (1834-1907) voorspelde het bestaan ​​van scandium

nilson (lfnilson, 1840-1899) en cleve (ptcleve, 1840-1905) ontdekten scandium.

17 zeldzame aardelementen

scandium is het overgangsmetaal op het hoogste niveau met een atoomnummer van 21, maar het werd later ontdekt dan zijn buren op het periodiek systeem, en zelfs onder de zeldzame aardelementen. scandium is een extreem verspreid en typisch lithofiel element, in de aardkorst die vergelijkbaar is met beryllium, boor, strontium, tin, germanium, arseen, selenium en wolfraam. in tegenstelling tot andere zeldzame aardelementen, mist scandium 4f -elektronen in zijn atoomstructuur en heeft een relatief kleine ionische straal. als gevolg hiervan vertoont het niet dezelfde nauwe relaties met andere zeldzame aardelementen en vertoont het relatief onafhankelijke kenmerken. er zijn meer dan 800 mineralen die scandium bevatten, maar als onafhankelijke mineralen van scandium zijn er slechts enkele, zoals scandium yttriumerts, hydroxyapatiet scandiumerts, siliciumschandiumerts en titaniumsilicaat scandium -ertsen. hun deposito's zijn klein en zeldzaam van aard. de chemische eigenschappen van scandium zijn zeer actief en het is moeilijk om metalen hoogwaardige metalen te extraheren.

het proces van het verrijken, scheiden en extraheren van hoog-zuiver scandium uit grondstoffen met complexe samenstelling en een laag scandiumgehalte is vrij ingewikkeld, wat resulteert in lage scandiumproductie en hoge prijzen. ondanks de hoge prijs van scandium, weerhoudt het nog steeds niet dat mensen zijn toepassingen verkennen. momenteel maken de uitstekende eigenschappen van scandium nog steeds gebruikt op belangrijke gebieden zoals elektrische lichtbronnen, ruimtevaart, in de elektronica -industrie, nucleaire technologie en supergeleidende technologie.

● classic application 1: scandiumoxide in vaste elektrolyten

scandiumoxide gestabiliseerde zirkonia (scsz) vervangt traditionele yttriumoxide gestabiliseerde zirkonia (ysz) voor vaste oxidebrandstofcellen (sofc's), waardoor de vermogensdichtheid van sofc's verdubbelt, wat een zeer veelbelovend nieuw type gemiddelde temperatuur vaste elektrolyt is.

● classic application 2: doelen van aluminium-scandiumlegering worden gebruikt op het gebied van elektronische informatie

aluminium-scandiumlegering wordt gebruikt om hoogwaardige aluminium-scandium nitride piëzo-elektrische films te bereiden. als een nieuwe generatie piëzo -elektrische materialen. het kan niet alleen een hoge geluidssnelheid en hoge temperatuurweerstand behouden, maar ook de piëzo-elektrische coëfficiënt aanzienlijk verbeteren, tot 3,5 keer, terwijl de bandbreedte 2,56 keer kan worden verbeterd, waardoor de prestaties van traditionele aluminiumnitride kunnen worden doorbraak. het wordt toegepast op hoogfrequente filters, nieuw micro-elektromechanische systeem (mems) apparaten en vingerafdrukherkenningsensoren. het belangrijkste materiaal voor 5g -communicatie, automotive chips, biomedicine, satellietcommunicatie, radardetectie en andere velden.

↑↑ aluminium-scandium legering doelwit

● classic application 3: toepassing van scandium in de legeringsindustrie

scandium in een enkele vorm wordt veel gebruikt in doping van aluminiumlegering. het toevoegen van een paar duizendste scandium aan aluminiumlegering zal een nieuwe fase van al3sc genereren, die de aluminiumlegering zal wijzigen en de structuur en eigenschappen van de legering aanzienlijk zal veranderen. het toevoegen van 0,2% tot 0,4% sc kan de herkristallisatietemperatuur van de legering verhogen met 150 tot 200 ° c, waardoor de sterkte van hoge temperatuur, structurele stabiliteit, lasprestaties en corrosiebestendigheid aanzienlijk kunnen worden verbeterd en het fenomeen van het omhelzing kunnen voorkomen dat gemakkelijk kan optreden tijdens langdurige werkzaamheden met hoge temperatuur. het heeft een zeer aantrekkelijke ontwikkelingsperspectieven in ruimtevaart, luchtvaart, schepen, kernreactoren, lichte voertuigen, hogesnelheidstreinen en andere velden.

↑↑ aluminium-scandium legering

omdat scandium een ​​hoog smeltpunt heeft, maar de dichtheid zijn dicht bij aluminium is. het wordt ook gebruikt in lichtgewicht legeringen met een hoog smeltende punt zoals scandium-titanium legering en scandium-magnesiumlegering. vanwege de hoge prijs wordt het alleen gebruikt in high-end productie-industrieën zoals ruimtevaarthuttles.

het onderzoek naar scandium-aluminiumlegering is in het praktische stadium ingegaan. het wordt geproduceerd in rusland en is veel gebruikt in de productie van vliegtuigen, terwijl de verenigde staten het gebruiken om verschillende sportapparatuur te produceren.

classic application 4: scandium wordt gebruikt in lichtbronnen, zonnecellen en atoomtracer

de spectrale lijn van scandium is 361,3 ~ 424.7nm, bijna-ultraviolet en blauw licht, en de spectrale natriumlijn is 589,0 nm en 589,6 nm, twee beroemd geel licht. de twee spectrale lijnen van scandium en natrium komen dicht bij het zonlicht. scandium natriumlampen met dezelfde verlichting besparen ongeveer 80% van de elektriciteit in vergelijking met gewone gloeilampen, hebben een levensduur van 5000 ~ 25000h en worden de derde generatie lichtbronnen genoemd.

scandium wordt ook gebruikt in zonnecellen. in metaal-in-heimelijke-halfgeleider-siliciumfotovoltaïsche cellen en zonnecellen is scandium het beste barrièremetaal met een efficiëntie van 10% tot 15%.

het scandium wordt gebruikt als een gammastraalbron of 46sc, een kunstmatige radioactieve isotoop. gewoonlijk halen we 45sc uit mineralen, wat de enige natuurlijke isotoop van scandium is.