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能源汽车的关键性材料——稀土镝

2022-05-23 16:441350

稀土元素于新能源、新材料等高科技发展不可或缺,在航天航空、国防军工等领域尤其具有广泛的应用价值。现代战争结果表明,稀土武器主导战局,稀土技术优势代表着军事技术优势,拥有资源则有保障。因此,稀土也成为世界各大经济体争夺的战略资源,稀土等关键原材料战略往往上升至国家战略。欧日美等国家地区针对稀土等关键材料更为重视,2008年,稀土材料被美国能源部列为“关键材料战略”;2010年初,欧盟宣布建立稀土战略储备;2007年日本文部科学省、经产省就已经提出了“元素战略计划”,“稀有金属替代材料”计划,他们在资源储备、技术进步、资源获取、替代材料寻求等方面采取了持续的措施和政策。从这篇开始,小编将分别详细的为大家介绍一下这些稀土元素的重要甚至可以说是不可或缺的历史发展使命和作用。

镝的介绍镝,1886年,法国人波依斯包德朗(Lecog de Boisbaudran)对1879年发现的氧化钬进行上千次重结晶,得到一种新的稀土元素,将其命名为Dysprosium。稀土元素钐也是由这位法国科学家于1879年发现的。镝的名称来自于希腊字dysprosodos,意为“难以接近”或“难以得到”,表明稀土元素分离发现过程之艰难。镝在地壳中的丰度为6ppm,在重稀土中仅低于钇,算是比较富存的重稀土元素,为其应用提供了良好的资源基础。镝除了拥有稀土元素共有的化学活性,町以作为混合稀土金属和化合物使用外,还具有优异的光、电、磁和核性质,可用于制造多种功能材料,在许多高技术领域中起着越来越重要的独特作用。镝的应用镝用于永磁体金属镝被用作提高钕铁硼永磁材料矫顽力的添加剂。矫顽力是衡量永磁材料性能的重要参数。表明一种磁体抵抗外加反磁场的能力,磁体矫顽力越高,越不容易退磁,使用期越长久。含镝钕铁硼磁体的主要市场是替代能源汽车,这些磁体也可以在其他高温电机和发电机,商业和工业发电机,包括风力涡轮机,电动自行车和储能系统,磁悬浮列车 系统,仪表,继电器和开关,磁性分离工具,传感器,磁共振成像(MRI)以及各种其他应用中的磁性制冷单元。钕铁硼磁体(NdFeB)中含有3%-6%(以重量计)的镝可以应用在特定的,尤其是高温的环境中。这种磁铁对所有混合动力和电动车车辆至关重要,因为这种磁体可以在一定的温度范围内保持稳定,并且重量减轻可达90%。鉴于这种情况,永磁体对镝的需求量将占全部镝消耗量的90%。

在现阶段国外由于我国的稀土战略资源的出口限制,尽管努力减少高温永磁体中使用的镝的数量,但它仍然是每年全球生产的大约80吨钕铁硼磁体的组成部分。根据欧洲委员会对关键能源技术所需材料的研究,到2020年,镝的需求量将翻倍,平均每年增长9%。据Magnetics magazine.com报道,永磁体的全球销售额预计将从2012年的约150亿美元增长到2019年的280亿美元以上。镝用于超磁致伸缩材料铽镝铁合金镝是制备稀土超磁致伸缩材料铽镝铁合金(Terfeno1)的必需元素,该合金主要稀土成份为铽和镝,有时加入钬,其余为铁,如Tb0.3Dy0.7Fe1.95 。铽镝铁磁致伸缩材料在磁场作用下发生长度或体积变化,是近年来新开发出来的新型功能材料,其磁致伸缩系数比一般磁致伸缩材料高数百甚至七千倍,因此被称为超磁致伸缩材料(Giant Magnetostrictive Materials,GMM )。起初用于海洋探测的声纳器,进而广泛应用于精密机械传感器、换能器、燃料喷射系统、液体阀门控制、微型助听器、卫星定位系统、太空望远镜的调节机构和飞机机翼调节器等领域,在航空航天、潜艇超声定位、海洋探测与开采、水下移动通讯、高精密度控制等现代高技术领域和传统产业现代化方面应用前景异常广阔,成为提高尖端技术竞争力的重要智能材料。镝用于磁光存储材料金属镝可被用做磁光存贮材料,这类材料属于稀土与过渡金属的非晶态薄膜RE-TM,其中RE=Gd、Tb、Dy,TM=Fe,Co。RE—TM非品态垂直磁化膜具有较大各向异性,存储密度高,具有较高的记录速度和读数敏感度。因为是非晶态,故反射均匀,信噪比高,信号质量好。这种材料被用作磁光盘(MO),可随机读写信息,容量高,读入速度快。磁光盘兼具磁盘和光盘两者优点,可以擦涂重写、容量大、寿命长,主要用于大容量数据存取、广告、娱乐业等。2.5英寸磁光盘主要用于家庭数码电器如数码相机、数码摄像机等方面,在信息时代发挥着重要作用。用于这类材料。铽的性能往往比镝要好一些,仉镝的价格却远低于铽,故在实际应川中都尽可能利用镝代铽,以降低生产成本。镝用于核反应氧化镝-二氧化镍-金属陶瓷已经被证明具有高的热中子吸收截面。为什么这很重要? 众所周知,核反应堆需要一种具有这种性质的材料来制造吸收中子的控制棒,从而冷却核反应过程。重要的是,尽管在磁场内形状会改变,但在中子轰击下金属陶瓷既不膨胀也不收缩。镝用于镝灯卤化物放电灯和激光材料结合使用镝碘化物(DyI3)的镝和钒产生非常强烈的白光。镝的卤化物被用作金属卤化物发光材料,用于制造新型照明光源镝灯。镝灯是一种具有高光效(75lm/w以上)、高显色性(显色指数80以上),长寿命的新型气体放电光源,有球形、管形、椭球形等多种形状以满足不同用途需要,光色十分接近于太阳光,是金属卤化物灯巾的佼佼者和理想的绿色照明光源。

镝灯中采用的工作物质是碘化镝,这种灯具有亮度大、光色好、色温高、体积小、电弧稳定等优点。日光色镝灯适用于电影电视拍摄与演播、体育场馆、展览馆大厅、建筑工地和码头照明、舞台追光、彩色印刷、照相制版、晒版光源等方面。他正成为首都奥运会比赛场馆照明的主角。镝也可通过与钬、铒、钪等其他稀土的碘化物和溴化物组合,制成不同颜色的光源材料。广泛应用于广场、机场、建筑物、广牌立体装饰照明。镝用于辐射剂量计镝用于剂量计测量电离辐射。制备硫酸钙或氟化钙晶体掺杂镝,当这些晶体受到辐射时,镝原子变得激发和发光。可以测量发光度以确定剂量计已经受到的暴露程度。镝作为纳米纤维材料的应用镝化合物纳米纤维强度高,比表面积大, 因此,它们可以用于其他材料的增强和作为催化剂。氧化镝的纤维可以通过将DyBr和NaF的水溶液在450巴的压力下加热到450℃,持续17小时来制备。这种材料非常稳定,在温度超过400℃的各种水溶液中存在超过100小时而不会再溶解或聚集。由于战略原因,近年来,镝的重要应用领域都在进行无镝高温磁体材料的开发,但是镝在短时间还是重要的战略资源,也是各国国防竞争领域的重要材料。

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