Волшебный редкоземельный элемент: «Король постоянных магнитов» — неодим

бастназит

Неодим, атомный номер 60, атомный вес 144,24, с содержанием 0,00239% в земной коре, в основном существует в монаците и бастнезите. В природе существует семь изотопов неодима: неодим 142, 143, 144, 145, 146, 148 и 150, среди которых неодим 142 имеет самое высокое содержание. С рождением празеодима появился неодим. Появление неодима активизировало область редкоземельных металлов и сыграло в ней важную роль. И влияет на рынок редкоземельных металлов.

Открытие неодима

Карл Орфон Вельсбах (1858-1929), первооткрыватель неодима

В 1885 году австрийский химик Карл Орфон Вельсбах Карл Ауэр фон Вельсбах открыл неодим в Вене. Он отделил неодим и празеодим от симметричных неодимовых материалов, отделив и кристаллизовав тетрагидрат нитрата аммония из азотной кислоты, и в то же время разделил спектральным анализом, но он не был выделен в относительно чистом виде до 1925 года.

С 1950-х годов неодим высокой чистоты (более 99%) в основном получали методом ионного обмена монацита. Сам металл получали электролизом его галогенидной соли. В настоящее время большую часть неодима извлекают из (Ce,La,Nd,Pr)CO3F в баста натаните и очищают экстракцией растворителем. Ионообменная очистка сохраняет эту наивысшую чистоту (обычно > 99,99%) для подготовки. Поскольку в эпоху, когда производство зависело от технологии ступенчатой ​​кристаллизации, было трудно удалить последние следы празеодима, раннее неодимовое стекло, произведенное в 1930-х годах, имело более чистый фиолетовый цвет и более красный или оранжевый оттенок, чем современная версия.

Неодимовый металл

Металлический неодим имеет яркий серебристый металлический блеск, температуру плавления 1024°C, плотность 7,004 г/см3 и парамагнетизм. Неодим — один из самых активных редкоземельных металлов, который на воздухе быстро окисляется и темнеет, затем образует оксидную пленку, а затем отслаивается, подвергая металл дальнейшему окислению. Поэтому образец неодима размером один сантиметр полностью окисляется в течение года. Он медленно реагирует в холодной воде и быстро в горячей.

Электронная конфигурация неодима

Электронная конфигурация:

1с2 2с2 2п6 3с2 3п6 4с2 3д10 4п6 5с2 4д10 5п6 6с2 4ф4

Лазерные характеристики неодима обусловлены переходом 4f-орбитальных электронов между различными энергетическими уровнями. Этот лазерный материал широко используется в области связи, хранения информации, медицинского лечения, обработки и т. д. Среди них широко используется иттрий-алюминиевый гранат Y3Al5O12:Nd(YAG:Nd) с превосходной производительностью и легированный неодимом гадолиний-скандий-галлиевый гранат с более высокой эффективностью.

Применение неодима

Крупнейшим потребителем неодима является материал постоянного магнита NdFeB. Магнит NdFeB называют «королем постоянных магнитов» из-за его высокой магнитной энергии. Он широко используется в электронике, машиностроении и других отраслях промышленности благодаря своим превосходным характеристикам. Фрэнсис Уолл, профессор прикладной горной промышленности в Камберлендской школе горного дела, Университет Эксетера, Великобритания, сказал: «С точки зрения магнитов, на самом деле нет ничего, что могло бы конкурировать с неодимом. Успешная разработка альфа-магнитного спектрометра свидетельствует о том, что магнитные свойства магнитов NdFeB в Китае вышли на уровень мирового класса.

Неодимовый магнит на жестком диске

Неодим может использоваться для изготовления керамики, ярко-фиолетового стекла, искусственного рубина в лазерах и специального стекла, которое может фильтровать инфракрасные лучи. Используется вместе с празеодимом для изготовления очков для стеклодувов.

Добавление 1,5% ~ 2,5% нанооксида неодима в магниевый или алюминиевый сплав может улучшить высокотемпературные характеристики, герметичность и коррозионную стойкость сплава, и он широко используется в качестве материала для авиации.

Наноиттриевый алюминиевый гранат, легированный нанооксидом неодима, создает коротковолновый лазерный луч, который широко используется для сварки и резки тонких материалов толщиной менее 10 мм в промышленности.

Лазерный стержень Nd:YAG

В медицине лазер на основе наноиттриевого граната с добавлением нанооксида неодима используется для удаления хирургических ран или дезинфекции ран вместо хирургических ножей.

Неодимовое стекло изготавливается путем добавления оксида неодима в расплав стекла. Лавандовый цвет обычно появляется в неодимовом стекле под воздействием солнечного света или лампы накаливания, но светло-голубой цвет появляется под освещением флуоресцентной лампы. Неодим может использоваться для окрашивания нежных оттенков стекла, таких как чистый фиолетовый, винно-красный и теплый серый.

неодимовое стекло

С развитием науки и техники, а также расширением и расширением науки и техники редкоземельных металлов неодим будет иметь более широкую область применения.