serie seltenerde element: skandium

seltene erdelemente beziehen sich auf sc (scandium), y (yttrium) und la ~ lu (lanthanidelemente) in gruppe iiib des periodenzüchtertabels, insgesamt 17 elemente.

dmitri mendeleev (1834-1907) prognostizierte die existenz von skandium

nilson (lfnilson, 1840-1899) und cleve (ptcleve, 1840-1905) entdeckten scandium.

17 elemente für seltene erden

scandium ist das höchste übergangsmetall mit einer atomzahl von 21 auf höchstem niveau, aber es wurde später als seine nachbarn auf dem periodenzüchter und sogar unter den seltenen erdelementen entdeckt. scandium ist ein extrem dispergiertes und typischerweise lithophiles element in der erdkruste, das mit beryllium, bor, strontium, zinn, germanium, arsen, selen und wolungsten vergleichbar ist. im gegensatz zu anderen seltenerdelementen fehlt scandium in seiner atomstruktur 4f -elektronen und hat einen relativ kleinen ionischen radius. infolgedessen zeigt es nicht die gleichen engen beziehungen zu anderen seltenerdelementen und zeigt relativ unabhängige merkmale. es gibt über 800 mineralien, die skandium enthalten, aber als unabhängige skandiummineralien gibt es nur wenige, wie scandium yttriumerz, hydroxylapatit -skandiumerz, silizium -scandiumerz und titansilikat -scandium -erz. ihre einlagen sind klein und selten. die chemischen eigenschaften von skandium sind sehr aktiv und es ist schwierig, hochreinheitliche metalle zu extrahieren.

der prozess der anreicherung, trennung und extraktion von hohem skandium aus rohstoffen mit komplexer zusammensetzung und niedrigem skandiumgehalt ist ziemlich kompliziert, was zu einer niedrigen skandiumproduktion und hohen preisen führt. trotz des hohen skandiumpreises hindert die menschen immer noch nicht daran, ihre anwendungen zu erkunden. gegenwärtig werden die hervorragenden eigenschaften von skandium in wichtigen bereichen wie elektrischen lichtquellen, luft- und raumfahrt, in der elektronikindustrie, der kerntechnologie und der supraleitenden technologie immer noch verwendet.

● klassische anwendung 1: skandiumoxid in festen elektrolyten

scandiumoxid -stabilisierte zirkonia (scsz) ersetzt traditionelle yttriumoxid -stabilisierte zirkonia (ysz) für feststoff -oxid -brennstoffzellen (sofcs), wodurch die leistungsdichte von sofcs verdoppelt wird, was eine sehr vielversprechende neue art von mitteltemperaturen solid -elektrolyt ist.

● klassische anwendung 2: aluminium-scandium-legierungsziele werden im bereich elektronischer informationen verwendet

aluminium-scandium-legierung wird zur herstellung von hochleistungs-aluminium-scandium-nitrid-piezoelektrikfilmen verwendet. als neue generation von piezoelektrischen materialien. es kann nicht nur eine hohe schallgeschwindigkeit und hochtemperaturwiderstand aufrechterhalten, sondern auch den piezoelektrischen koeffizienten bis zu 3,5 mal erheblich verbessern, während die bandbreite um das 2,56-fache verbessert werden kann und die leistung traditioneller aluminiumnitrid durchbricht. es wird auf hochfrequenzfilter, neue geräte für mikroelektromechanische systeme (mems) und fingerabdruckerkennungssensoren angewendet. das schlüsselmaterial für 5g -kommunikation, automobilchips, biomedizin, satellitenkommunikation, radarerkennung und andere felder.

↑↑ aluminium-scandium-legierungsziel

● klassische anwendung 3: anwendung von skandium in der legierungsindustrie

skandium in einer einzelnen form wird häufig beim dotieren von aluminiumlegierung verwendet. durch das hinzufügen einiger tausendstel skandium zu aluminiumlegierung wird eine neue phase von al3sc erzeugt, die die aluminiumlegierung modifiziert und die struktur und eigenschaften der legierung erheblich verändert. durch das hinzufügen von 0,2% bis 0,4% sc kann die rekristallisierungstemperatur der legierung um 150 bis 200 ° c erhöht werden, wodurch die hochtemperaturstärke, die strukturelle stabilität, die schweißleistung und die korrosionsbeständigkeit signifikant verbessert werden, und kann das verspritzungsphänomen vermeiden, das bei langfristiger arbeit mit hoher temperatur auftreten kann. es hat sehr attraktive entwicklungsaussichten in der luft- und raumfahrt, luftfahrt, schiffen, kernreaktoren, leichten fahrzeugen, hochgeschwindigkeitszügen und anderen feldern.

↑↑ aluminium-scandium-legierung

weil scandium einen hohen schmelzpunkt aufweist, aber seine dichte nahe am aluminium liegt. es wird auch in leichten legierungen mit hoher meltzepunkt wie scandium-titanium-legierung und scandium-magnesium-legierung verwendet. aufgrund seines hohen preises wird es nur in high-end-fertigungsindustrien wie space shuttles verwendet.

die forschung zur skandium-aluminium-legierung ist in die praktische stufe eingetreten. es wird in russland produziert und wurde in der herstellung von flugzeugen häufig eingesetzt, während die vereinigten staaten es zur herstellung verschiedener sportgeräte verwenden.

klassische anwendung 4: scandium wird in lichtquellen, solarzellen und atom -tracer verwendet

die spektrallinie von skandium beträgt 361,3 ~ 424,7 nm, fast ultraviolet und blaues licht, und die spektrallinie von natrium beträgt 589,0 nm und 589,6 nm, zwei berühmte gelbe licht. die beiden spektrallinien von skandium und natrium passen nahe am sonnenlicht. scandium -natriumlampen mit der gleichen beleuchtung sparen etwa 80% des stroms im vergleich zu gewöhnlichen glühlampen, haben eine lebensdauer von 5000 ~ 25000h und werden als dritte generation von lichtquellen bezeichnet.

scandium wird auch in solarzellen verwendet. in metal-inselsulator-semiconductor-silizium-photovoltaikzellen und solarzellen ist skandium das beste barriere-metall mit einem effizienz von 10% bis 15%.

das skandium wird als gammastrahlenquelle oder 46sc verwendet, als künstliches radioaktives isotop. normalerweise extrahieren wir 45sc aus mineralien, was das einzige natürliche isotop von skandium ist.