série de elementos de terra rara: escândio

os elementos de terras raras se referem a sc (scandium), y (yttrium) e la ~ lu (elementos lanthanide) no grupo iiib da tabela periódica, um total de 17 elementos.

dmitri mendeleev (1834-1907) previu a existência de escândio

nilson (lfnilson, 1840-1899) e cleve (ptcleve, 1840-1905) descobriram escândio.

17 elementos de terras raras

o escândio é o metal de transição de nível mais alto com um número atômico de 21, mas foi descoberto depois de seus vizinhos na tabela periódica e mesmo entre os elementos de terras raras. o escândio é um elemento extremamente disperso e tipicamente litófilo, na crosta terrestre que é comparável a berílio, boro, estrôncio, estanho, germânio, arsênico, selênio e tungstênio. ao contrário de outros elementos de terras raras, o escândio não possui elétrons 4f em sua estrutura atômica e possui um raio iônico relativamente pequeno. como resultado, ele não exibe as mesmas relações estreitas com outros elementos de terras raras e demonstra características relativamente independentes. existem mais de 800 minerais contendo escândio, mas como minerais independentes de escândio, existem apenas alguns, como minério de escândio de yttrium, minério de escândio de hidroxiapatita, minério de escândio de silício e minério de escândio de sinicato de titânio. seus depósitos são de natureza pequena e rara. as propriedades químicas do escândio são muito ativas e é difícil extrair metais de alta pureza.

o processo de enriquecimento, separação e extração de escândio de alta pureza de matérias-primas com composição complexa e baixo teor de escândio é bastante complicada, resultando em baixa produção de escândio e altos preços. apesar do alto preço do escândio, ainda não impede as pessoas de explorar suas aplicações. atualmente, as excelentes propriedades de escândio ainda o tornam usado em campos importantes, como fontes de luz elétrica, aeroespacial, na indústria de eletrônicos, tecnologia nuclear e tecnologia de supercondutor.

● aplicação clássica 1: óxido de escândio em eletrólitos sólidos

a zircônia estabilizada por óxido de escândio (scsz) substitui a zircônia estabilizada tradicional de óxido de yttria (ysz) para células de combustível de óxido sólido (sofcs), dobrando a densidade de potência dos sofcs, que é um novo tipo de eletrólito sólido de temperatura média.

● aplicação clássica 2: alvos de liga de alumínio-escandor são usados ​​no campo de informações eletrônicas

a liga de alumínio-escandor é usada para preparar filmes piezoelétricos de nitreto de alumínio-escandrião de alto desempenho. como uma nova geração de materiais piezoelétricos. ele pode não apenas manter alta velocidade de som e resistência de alta temperatura, mas também melhorar significativamente o coeficiente piezoelétrico, até 3,5 vezes, enquanto a largura de banda pode ser melhorada em 2,56 vezes, quebrando o desempenho do nitreto de alumínio tradicional. é aplicado a filtros de alta frequência, novos dispositivos de sistema micro-eletromecânico (mems) e sensores de reconhecimento de impressão digital. o material chave para comunicação 5g, chips automotivos, biomedicina, comunicação por satélite, detecção de radar e outros campos.

↑↑ alvo de liga de alumínio-escandio

● aplicação clássica 3: aplicação de escândio na indústria de ligas

o escândio de uma forma é amplamente utilizado na doping de liga de alumínio. a adição de alguns milésimos de escândio à liga de alumínio gerará uma nova fase do al3sc, que modificará a liga de alumínio e alterará significativamente a estrutura e as propriedades da liga. a adição de 0,2% a 0,4% de sc pode aumentar a temperatura de recristalização da liga em 150 a 200 ° c, melhorando significativamente a força de alta temperatura, a estabilidade estrutural, o desempenho da soldagem e a resistência à corrosão e pode evitar o fenômeno de fragilização que é fácil de ocorrer durante o trabalho a longo prazo com alta temperatura. possui uma perspectiva de desenvolvimento muito atraente em aeroespacial, aviação, navios, reatores nucleares, veículos leves, trens de alta velocidade e outros campos.

↑↑ liga de alumínio-escandio

porque o escândio tem um alto ponto de fusão, mas sua densidade está próxima do alumínio. também é usado em ligas leves de alto ponto de fusão, como liga de escândio-titânio e liga de escândio-magnésio. devido ao seu alto preço, ele é usado apenas em indústrias de manufatura de ponta, como ônibus espaciais.

a pesquisa sobre liga de escândio-alumínio entrou no estágio prático. é produzido na rússia e tem sido amplamente utilizado na fabricação de aeronaves, enquanto os estados unidos o usam para produzir vários equipamentos esportivos.

aplicação clássica 4: o escândio é usado em fontes de luz, células solares e atom tracer

a linha espectral de escândio é de 361,3 ~ 424.7nm, quase ultravioleta e luz azul, e a linha espectral de sódio é de 589,0nm e 589.6nm, duas famosas luzes amarelas. as duas linhas espectrais de escândio e sódio partem perto da luz do sol. as lâmpadas de sódio de escândio com a mesma iluminação economizam cerca de 80% da eletricidade em comparação com as lâmpadas incandescentes comuns, têm uma vida útil de 5000 ~ 25000h e são chamadas de terceira geração de fontes de luz.

o escândio também é usado em células solares. em células fotovoltaicas de silício-semicondutor de metal-insulador e células solares, o escândio é o melhor metal de barreira com uma eficiência de 10% a 15%.

o escândio é usado como uma fonte de raios gama ou 46sc, um isótopo radioativo artificial. geralmente, extraímos 45sc de minerais, que é o único isótopo natural do escândio.