魔法の希土類元素：「永久磁石の王」-ネオジム

バストナサイト

ネオジムは原子番号 60、原子量 144.24、地殻中の含有量 0.00239%、主にモナザイトとバストネサイトに存在します。自然界にはネオジム 142、143、144、145、146、148、150 の 7 つの同位体があり、その中でネオジム 142 が最も多く含まれています。プラセオジムの誕生により、ネオジムが誕生しました。ネオジムの出現はレアアース分野を活性化し、そこで重要な役割を果たしました。また、レアアース市場に影響を与えました。

ネオジムの発見

カール・オルヴォン・ウェルスバッハ (1858-1929)、ネオジムの発見者

1885年、オーストリアの化学者カール・オルボン・ヴェルスバッハCarl Auer von Welsbachがウィーンでネオジムを発見しました。彼は硝酸から硝酸アンモニウム四水和物を分離・結晶化させることで対称ネオジム材料からネオジムとプラセオジムを分離し、同時にスペクトル分析によって分離しましたが、比較的純粋な形で分離されたのは1925年になってからでした。

1950年代以降、高純度(99%以上)のネオジムは主にモナザイトのイオン交換法によって得られてきました。金属自体は、そのハロゲン化物塩を電気分解することによって得られます。現在、ほとんどのネオジムはバスタ ナサナイト中の (Ce,La,Nd,Pr)CO3F から抽出され、溶媒抽出によって精製されています。イオン交換精製は最高純度 (通常 > 99.99%) で準備されています。製造が段階的結晶化技術に依存していた時代では、最後の微量のプラセオジムを除去することが困難であったため、1930 年代に製造された初期のネオジム ガラスはより純粋な紫色をしています。現代版よりも赤またはオレンジの色調です。

ネオジム金属

金属ネオジムは、明るい銀色の金属光沢、融点 1024°C、密度 7.004 g/cm、常磁性を持っています。ネオジムは最も活性な希土類金属の 1 つであり、空気中で急速に酸化して黒ずみ、酸化層を形成して剥がれ、金属がさらなる酸化にさらされます。したがって、1センチメートルのネオジムサンプルは1年以内に完全に酸化されてしまいます。冷水ではゆっくりと反応し、熱水では素早く反応します。

ネオジム電子構成

電子構成:

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

ネオジムのレーザー性能は、異なるエネルギーレベル間の 4f 軌道電子の遷移によって引き起こされます。このレーザー材料は、通信、情報保存、医療、機械加工などに広く使用されています。その中でも、イットリウムアルミニウムガーネットY3Al5O12:Nd(YAG:Nd)は優れた性能で広く使用されており、Ndドープガドリニウムスカンジウムガリウムガーネットはより高い性能を持っています。効率。

ネオジムの応用

ネオジムの最大のユーザーは NdFeB 永久磁石材料です。NdFeB磁石は、その高い磁気エネルギー積により「永久磁石の王様」と呼ばれています。その優れた性能により、エレクトロニクス、機械、その他の産業で広く使用されています。英国エクセター大学カンバーランド鉱業大学院の応用鉱業教授フランシス・ウォール氏は、「磁石に関して言えば、ネオジムに匹敵するものは実際には何もない。アルファ磁気分光計の開発の成功は、磁気特性が優れていることを示している」と述べた。中国のNdFeB磁石の生産量は世界クラスのレベルに入った。

ハードディスクにはネオジム磁石を採用

ネオジムは、セラミック、明るい紫色のガラス、レーザー用の人工ルビー、赤外線をフィルターできる特殊なガラスの製造に使用できます。ガラス吹き工用のゴーグルを作るためにプラセオジムと一緒に使用されます。

マグネシウムまたはアルミニウム合金に1.5%〜2.5%のナノ酸化ネオジムを添加すると、合金の高温性能、気密性、耐食性が向上し、航空用の航空宇宙材料として広く使用されています。

ナノ酸化ネオジムをドープしたナノイットリウム アルミニウム ガーネットは短波長レーザー ビームを生成します。このレーザー ビームは、産業界で厚さ 10 mm 未満の薄い材料の溶接や切断に広く使用されています。

Nd:YAGレーザーロッド

医療では、ナノ酸化ネオジムをドープしたナノイットリウムアルミニウムガーネットレーザーが、外科用メスの代わりに手術創の除去や創傷の消毒に使用されます。

ネオジムガラスは、ガラス融液に酸化ネオジムを添加して作られます。通常、ネオジウムガラスは太陽光や白熱灯の下ではラベンダー色に見えますが、蛍光灯の照明の下では水色に見えます。ネオジムは、純粋な紫、ワインレッド、ウォームグレーなどの繊細な色合いのガラスを着色するために使用できます。

ネオジムガラス

科学技術の発展とレアアース科学技術の拡大と拡張に伴い、ネオジムの利用空間はさらに広がるでしょう