ธาตุ Magic Rare Earth: “ราชาแห่งแม่เหล็กถาวร”-นีโอไดเมียม

บาสนาไซต์

นีโอไดเมียม เลขอะตอม 60 น้ำหนักอะตอม 144.24 มีเนื้อหาในเปลือกโลก 0.00239% ส่วนใหญ่มีอยู่ในโมนาไซต์และบาสต์เนไซต์ นีโอไดเมียมในธรรมชาติมีไอโซโทปอยู่เจ็ดไอโซโทป: นีโอไดเมียม 142, 143, 144, 145, 146, 148 และ 150 ซึ่งนีโอไดเมียม 142 มีปริมาณมากที่สุด ด้วยการกำเนิดของเพราซีโอดิเมียม นีโอไดเมียมจึงเกิดขึ้น การมาถึงของนีโอไดเมียมช่วยกระตุ้นสนามธาตุหายากและมีบทบาทสำคัญในสนามแห่งนี้ และมีอิทธิพลต่อตลาดธาตุหายาก

การค้นพบนีโอไดเมียม

คาร์ล ออร์วอน เวลสบาค (ค.ศ. 1858-1929) ผู้ค้นพบนีโอไดเมียม

ในปี พ.ศ. 2428 นักเคมีชาวออสเตรีย Carl Orvon Welsbach Carl Auer von Welsbach ค้นพบนีโอไดเมียมในกรุงเวียนนา เขาแยกนีโอดิเมียมและเพราซีโอดิเมียมออกจากวัสดุนีโอไดเมียมแบบสมมาตรโดยการแยกและตกผลึกแอมโมเนียมไนเตรตเตตระไฮเดรตจากกรดไนตริก และในเวลาเดียวกันก็แยกออกด้วยการวิเคราะห์สเปกตรัม แต่ไม่ได้แยกออกในรูปแบบที่ค่อนข้างบริสุทธิ์จนกระทั่งปี 1925

ตั้งแต่ปี 1950 นีโอไดเมียมที่มีความบริสุทธิ์สูง (มากกว่า 99%) ส่วนใหญ่ได้มาจากกระบวนการแลกเปลี่ยนไอออนของโมนาไซด์ โลหะนั้นได้มาจากการอิเล็กโทรไลต์เกลือเฮไลด์ของมัน ปัจจุบันนีโอดิเมียมส่วนใหญ่สกัดจาก (Ce, La, Nd, Pr) CO3F ใน basta Nathanite และบริสุทธิ์โดยการสกัดด้วยตัวทำละลาย การทำให้บริสุทธิ์ด้วยการแลกเปลี่ยนไอออนสำรองที่มีความบริสุทธิ์สูงสุด (ปกติ > 99.99%) สำหรับการเตรียม เนื่องจากเป็นเรื่องยากที่จะขจัดร่องรอยสุดท้ายของเพราซีโอดิเมียมในยุคที่การผลิตขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีการตกผลึกแบบขั้นตอน แก้วนีโอไดเมียมรุ่นแรกที่ผลิตในช่วงทศวรรษที่ 1930 จึงมีสีม่วงที่บริสุทธิ์กว่า และโทนสีสีแดงหรือสีส้มมากกว่ารุ่นทันสมัย

โลหะนีโอดิเมียม

นีโอไดเมียมโลหะมีความแวววาวโลหะเงินสดใส จุดหลอมเหลว 1,024°C ความหนาแน่น 7.004 กรัม/ซม. และพาราแมกเนติก นีโอไดเมียมเป็นหนึ่งในโลหะหายากที่ออกซิไดซ์มากที่สุด ซึ่งจะเกิดปฏิกิริยาออกซิไดซ์อย่างรวดเร็วและทำให้มืดลงในอากาศ จากนั้นก่อตัวเป็นชั้นออกไซด์แล้วลอกออก ทำให้โลหะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันเพิ่มเติม ดังนั้นตัวอย่างนีโอไดเมียมที่มีขนาด 1 เซนติเมตรจะถูกออกซิไดซ์อย่างสมบูรณ์ภายในหนึ่งปี มันทำปฏิกิริยาช้าๆ ในน้ำเย็น และเร็วในน้ำร้อน

การกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์แบบนีโอไดเมียม

การกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f4

ประสิทธิภาพของเลเซอร์ของนีโอไดเมียมเกิดจากการเปลี่ยนผ่านของอิเล็กตรอนในวงโคจร 4f ระหว่างระดับพลังงานที่แตกต่างกัน วัสดุเลเซอร์นี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการสื่อสาร การจัดเก็บข้อมูล การรักษาพยาบาล การตัดเฉือน ฯลฯ ในหมู่พวกเขา โกเมนอลูมิเนียมอิตเทรียม Y3Al5O12:Nd(YAG:Nd) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายด้วยประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม และแกโดลิเนียมแกโดลิเนียมเจือด้วย Nd-doped scandium แกลเลียมโกเมนที่มีสูงกว่า ประสิทธิภาพ.

การใช้นีโอไดเมียม

ผู้ใช้นีโอไดเมียมรายใหญ่ที่สุดคือวัสดุแม่เหล็กถาวร NdFeB แม่เหล็ก NdFeB ถูกเรียกว่า "ราชาแห่งแม่เหล็กถาวร" เนื่องจากมีผลิตภัณฑ์พลังงานแม่เหล็กสูง มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เครื่องจักร และอุตสาหกรรมอื่นๆ เพื่อประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม Francis Wall ศาสตราจารย์ด้านเหมืองแร่ประยุกต์ที่ Cumberland School of Mining มหาวิทยาลัย Exeter สหราชอาณาจักร กล่าวว่า "ในแง่ของแม่เหล็ก ไม่มีอะไรจะแข่งขันกับนีโอไดเมียมได้จริงๆ การพัฒนา Alpha Magnetic Spectrometer ที่ประสบความสำเร็จบ่งชี้ว่าคุณสมบัติทางแม่เหล็ก ของแม่เหล็ก NdFeB ในจีนเข้าสู่ระดับโลกแล้ว

แม่เหล็กนีโอไดเมียมบนฮาร์ดดิสก์

นีโอไดเมียมสามารถนำไปใช้ทำเซรามิก แก้วสีม่วงสดใส ทับทิมเทียมในเลเซอร์ และแก้วพิเศษที่สามารถกรองรังสีอินฟราเรดได้ ใช้ร่วมกับ praseodymium เพื่อทำแว่นตาสำหรับเป่าแก้ว

การเพิ่มนาโนนีโอไดเมียมออกไซด์ 1.5%~2.5% ลงในแมกนีเซียมหรือโลหะผสมอลูมิเนียมสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพที่อุณหภูมิสูง ความหนาแน่นของอากาศ และความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะผสม และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นวัสดุการบินและอวกาศสำหรับการบิน

โกเมนอะลูมิเนียมนาโนอิตเทรียมที่เจือด้วยนาโนนีโอดิเมียมออกไซด์จะผลิตลำแสงเลเซอร์คลื่นสั้น ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการเชื่อมและตัดวัสดุบางที่มีความหนาต่ำกว่า 10 มม. ในอุตสาหกรรม

แท่งเลเซอร์ Nd:YAG

ในการรักษาทางการแพทย์ เลเซอร์โกเมนอลูมิเนียมนาโนอิตเทรียมที่เจือด้วยนาโนนีโอไดเมียมออกไซด์จะถูกนำมาใช้เพื่อลบแผลผ่าตัดหรือฆ่าเชื้อบาดแผลแทนการใช้มีดผ่าตัด

แก้วนีโอไดเมียมทำโดยการเติมนีโอไดเมียมออกไซด์ลงในแก้วละลาย ดอกลาเวนเดอร์มักจะปรากฏในแก้วนีโอไดเมียมภายใต้แสงแดดหรือหลอดไส้ แต่สีฟ้าอ่อนจะปรากฏภายใต้การส่องสว่างของหลอดฟลูออเรสเซนต์ นีโอไดเมียมสามารถใช้แต่งเฉดสีแก้วที่ละเอียดอ่อน เช่น สีม่วงบริสุทธิ์ ไวน์แดง และสีเทาอบอุ่น

แก้วนีโอไดเมียม

ด้วยการพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีและการขยายและขยายวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของธาตุหายาก นีโอไดเมียมจะมีพื้นที่การใช้งานที่กว้างขึ้น