قائمة بـ 17 استخدامًا للعناصر الأرضية النادرة (مع الصور)

Aالاستعارة الشائعة هي أنه إذا كان النفط هو دم الصناعة، فإن المعادن النادرة هي فيتامين الصناعة.

العناصر الأرضية النادرة هي اختصار لمجموعة من المعادن. اكتُشفت العناصر الأرضية النادرة (REE) واحدة تلو الأخرى منذ نهاية القرن الثامن عشر. يوجد 17 نوعًا من هذه العناصر، بما في ذلك 15 لانثانيدًا في الجدول الدوري للعناصر الكيميائية: اللانثانوم (La)، والسيريوم (Ce)، والبراسيوديميوم (Pr)، والنيوديميوم (Nd)، والبروميثيوم (Pm)، وغيرها. تُستخدم هذه العناصر حاليًا على نطاق واسع في العديد من المجالات، مثل الإلكترونيات والبتروكيماويات والمعادن. كل 3-5 سنوات تقريبًا، يكتشف العلماء استخدامات جديدة للعناصر الأرضية النادرة، ولا يمكن فصل اختراع واحد من كل ستة اختراعات عن العناصر الأرضية النادرة.

الصين غنية بالمعادن الأرضية النادرة، وتحتل المرتبة الأولى في ثلاثة عوالم: الأولى في احتياطيات الموارد، حيث تمثل حوالي 23%؛ والثانية في إنتاجها، حيث تمثل ما بين 80% و90% من سلع المعادن الأرضية النادرة في العالم؛ والثالثة في حجم المبيعات، حيث يُصدّر ما بين 60% و70% من منتجات المعادن الأرضية النادرة إلى الخارج. وفي الوقت نفسه، تُعد الصين الدولة الوحيدة القادرة على توفير جميع أنواع المعادن الأرضية النادرة السبعة عشر، وخاصةً المعادن الأرضية النادرة المتوسطة والثقيلة ذات الاستخدامات العسكرية المتميزة. وتتمتع الصين بحصة كبيرة تُحسد عليها.

Rالأرض مورد استراتيجي ثمين، يُعرف باسم "غلوتامات أحادي الصوديوم الصناعية" و"أم المواد الجديدة"، ويُستخدم على نطاق واسع في أحدث العلوم والتكنولوجيا والصناعات العسكرية. ووفقًا لوزارة الصناعة وتكنولوجيا المعلومات، أصبحت المواد الوظيفية، مثل المغناطيس الدائم للأتربة النادرة، والتلألؤ، وتخزين الهيدروجين، والتحفيز، مواد خام لا غنى عنها للصناعات عالية التقنية، مثل تصنيع المعدات المتقدمة، والطاقة الجديدة، والصناعات الناشئة. كما تُستخدم على نطاق واسع في الإلكترونيات، وصناعة البتروكيماويات، والمعادن، والآلات، والطاقة الجديدة، والصناعات الخفيفة، وحماية البيئة، والزراعة، وغيرها.

وفي عام 1983، قدمت اليابان نظام الاحتياطي الاستراتيجي للمعادن النادرة، وكان 83% من المعادن النادرة المحلية تأتي من الصين.

لننظر إلى الولايات المتحدة مجددًا، احتياطياتها من المعادن النادرة تأتي في المرتبة الثانية بعد الصين، لكن جميع هذه المعادن النادرة هي معادن نادرة خفيفة، تنقسم إلى معادن نادرة ثقيلة وأخرى خفيفة. المعادن النادرة الثقيلة باهظة الثمن، واستخراج المعادن النادرة الخفيفة غير اقتصادي، وقد حوّلها العاملون في هذه الصناعة إلى معادن نادرة مزيفة. 80% من واردات الولايات المتحدة من المعادن النادرة تأتي من الصين.

قال الرفيق دنغ شياو بينغ ذات مرة: "هناك نفط في الشرق الأوسط ومعادن نادرة في الصين". ودلالات كلماته واضحة. فالمعادن النادرة ليست مجرد "مادة خام" ضرورية لخمس المنتجات عالية التقنية في العالم، بل هي أيضًا ورقة تفاوض قوية للصين على طاولة المفاوضات العالمية مستقبلًا. لقد أصبحت حماية موارد المعادن النادرة واستغلالها علميًا استراتيجية وطنية دعا إليها العديد من أصحاب الطموحات العالية في السنوات الأخيرة لمنع بيع وتصدير موارد المعادن النادرة الثمينة إلى الدول الغربية دون وجه حق. في عام ١٩٩٢، أعلن دنغ شياو بينغ بوضوح عن مكانة الصين كدولة رائدة في مجال المعادن النادرة.

قائمة استخدامات 17 من العناصر الأرضية النادرة

1- يستخدم اللانثانوم في المواد السبائكية والأفلام الزراعية

يستخدم السيريوم على نطاق واسع في زجاج السيارات

3- يستخدم البراسيوديميوم على نطاق واسع في الأصباغ الخزفية

يستخدم النيوديميوم على نطاق واسع في المواد الفضائية

5 صنجات توفر طاقة مساعدة للأقمار الصناعية

استخدام 6 ساماريوم في مفاعل الطاقة الذرية

7 عدسات تصنيع اليوروبيوم وشاشات الكريستال السائل

غادولينيوم 8 للتصوير بالرنين المغناطيسي الطبي

يستخدم التربيوم 9 في منظم جناح الطائرة

يستخدم الإربيوم 10 في أجهزة تحديد المدى بالليزر في الشؤون العسكرية

11 يستخدم الديسبروسيوم كمصدر للإضاءة للأفلام والطباعة

يستخدم الهولميوم 12 في صناعة أجهزة الاتصالات البصرية

يستخدم الثوليوم 13 في التشخيص السريري وعلاج الأورام

مادة مضافة من الإيتربيوم 14 لعنصر ذاكرة الكمبيوتر

تطبيق 15 لوتيتيوم في تكنولوجيا بطاريات الطاقة

16 الإيتريوم يصنع الأسلاك ومكونات قوة الطائرات

يستخدم السكانديوم غالبًا في صناعة السبائك

التفاصيل هي كما يلي:

1

اللانثانوم (LA)

في حرب الخليج، أصبح جهاز الرؤية الليلية المزود بعنصر اللانثانوم الأرضي النادر المصدر الرئيسي للدبابات الأمريكية. تُظهر الصورة أعلاه مسحوق كلوريد اللانثانوم.(خريطة البيانات)

يستخدم اللانثانوم على نطاق واسع في المواد الكهرضغطية والمواد الحرارية الكهربائية والمواد الحرارية الكهربائية والمواد المقاومة للمغناطيسية والمواد المضيئة (المسحوق الأزرق) ومواد تخزين الهيدروجين والزجاج البصري ومواد الليزر ومواد السبائك المختلفة وما إلى ذلك. كما يستخدم اللانثانوم في المحفزات لإعداد العديد من المنتجات الكيميائية العضوية، وقد أطلق العلماء على اللانثانوم اسم "الكالسيوم الفائق" لتأثيره على المحاصيل.

2

السيريوم (CE)

يمكن استخدام السيريوم كمحفز وقطب قوس وزجاج خاص. سبيكة السيريوم مقاومة للحرارة العالية ويمكن استخدامها لصنع أجزاء الدفع النفاث(خريطة البيانات)

(1) السيريوم، كمادة مضافة للزجاج، قادر على امتصاص الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء، ويُستخدم على نطاق واسع في زجاج السيارات. فهو لا يمنع الأشعة فوق البنفسجية فحسب، بل يخفض أيضًا درجة الحرارة داخل السيارة، مما يوفر استهلاك الكهرباء لمكيف الهواء. منذ عام 1997، أُضيف السيريوم إلى جميع زجاج السيارات في اليابان. في عام 1996، استُخدم ما لا يقل عن 2000 طن من السيريوم في زجاج السيارات، وأكثر من 1000 طن في الولايات المتحدة.

(2) يُستخدم السيريوم حاليًا كمحفز لتنقية عوادم السيارات، مما يمنع بفعالية انبعاث كميات كبيرة من غازات عوادم السيارات في الهواء. ويمثل استهلاك السيريوم في الولايات المتحدة ثلث إجمالي استهلاك المعادن النادرة.

(3) يُمكن استخدام كبريتيد السيريوم في الأصباغ بدلاً من الرصاص والكادميوم والمعادن الأخرى الضارة بالبيئة والإنسان. كما يُمكن استخدامه في تلوين البلاستيك والطلاء والحبر والورق. الشركة الرائدة حاليًا هي شركة رون بلانك الفرنسية.

(4) نظام ليزر LiSAF CE هو ليزر ذو حالة صلبة طورته الولايات المتحدة الأمريكية. يُستخدم للكشف عن الأسلحة البيولوجية والأدوية من خلال مراقبة تركيز التربتوفان. يُستخدم السيريوم على نطاق واسع في العديد من المجالات، حيث يدخل في معظم تطبيقات العناصر الأرضية النادرة، مثل مسحوق التلميع، ومواد تخزين الهيدروجين، والمواد الحرارية الكهربائية، وأقطاب التنغستن السيريومية، والمكثفات الخزفية، والسيراميك الكهرضغطي، ومواد كاشطة كربيد السيليكون السيريومية، والمواد الخام لخلايا الوقود، ومحفزات البنزين، وبعض المواد المغناطيسية الدائمة، وأنواع مختلفة من الفولاذ السبائكي، والمعادن غير الحديدية.

3

البراسيوديميوم (PR)

سبيكة براسيوديميوم نيوديميوم

(1) يُستخدم البراسيوديميوم على نطاق واسع في سيراميك البناء والسيراميك المستخدم يوميًا. يُمكن خلطه مع طلاء السيراميك لإنتاج طلاء ملون، كما يُستخدم كصبغة تحت الطلاء. يتميز هذا الصبغ بلون أصفر فاتح نقي وأنيق.

(2) يتم استخدامه في تصنيع المغناطيس الدائم. باستخدام معدن البراسيوديميوم والنيوديميوم الرخيص بدلاً من معدن النيوديميوم النقي لصنع مادة المغناطيس الدائم، يتم تحسين مقاومته للأكسجين وخصائصه الميكانيكية بشكل واضح، ويمكن معالجته إلى مغناطيسات بأشكال مختلفة. يتم استخدامه على نطاق واسع في مختلف الأجهزة الإلكترونية والمحركات.

(3) يستخدم في التكسير الحفزي للبترول. يمكن تحسين نشاط وانتقائية واستقرار المحفز عن طريق إضافة البراسيوديميوم المخصب والنيوديميوم إلى المنخل الجزيئي للزيوليت Y لإعداد محفز تكسير البترول. بدأت الصين في استخدامه الصناعي في سبعينيات القرن العشرين، ويتزايد الاستهلاك.

(4) يمكن أيضًا استخدام البراسيوديميوم في التلميع الكاشط. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام البراسيوديميوم على نطاق واسع في مجال الألياف البصرية.

4

نيوديميوم (nd)

لماذا يمكن العثور على دبابة M1 أولاً؟ تم تجهيز الدبابة بجهاز تحديد المدى بالليزر Nd: YAG، والذي يمكنه الوصول إلى مدى يصل إلى ما يقرب من 4000 متر في ضوء النهار الصافي(خريطة البيانات)

مع ظهور البراسيوديميوم، ظهر النيوديميوم. وقد ساهم ظهور النيوديميوم في تنشيط مجال العناصر الأرضية النادرة، ولعب دورًا هامًا فيه، وأثّر على سوقها.

أصبح النيوديميوم عنصرًا أساسيًا في السوق لسنوات عديدة نظرًا لموقعه الفريد في مجال المعادن الأرضية النادرة. أكبر مستخدم لمعدن النيوديميوم هو مادة المغناطيس الدائم NdFeB. وقد ضخ ظهور مغناطيسات NdFeB الدائمة حيوية جديدة في مجال التكنولوجيا الفائقة للمعادن الأرضية النادرة. يُطلق على مغناطيس NdFeB لقب "ملك المغناطيسات الدائمة" نظرًا لمنتج الطاقة المغناطيسية العالية الخاص به. ويُستخدم على نطاق واسع في الإلكترونيات والآلات وغيرها من الصناعات لأدائه الممتاز. ويشير التطوير الناجح لمطياف ألفا المغناطيسي إلى أن الخصائص المغناطيسية لمغناطيسات NdFeB في الصين قد وصلت إلى المستوى العالمي. ويُستخدم النيوديميوم أيضًا في المواد غير الحديدية. ويمكن أن يؤدي إضافة 1.5-2.5% من النيوديميوم إلى سبائك المغنيسيوم أو الألومنيوم إلى تحسين أداء السبائك في درجات الحرارة العالية وإحكام الهواء ومقاومتها للتآكل. ويُستخدم على نطاق واسع كمواد فضائية. بالإضافة إلى ذلك، يُنتج عقيق الألومنيوم والإتريوم المُضاف إليه النيوديميوم شعاع ليزر قصير الموجة، يُستخدم على نطاق واسع في لحام وقطع المواد الرقيقة التي يقل سمكها عن 10 مم في الصناعة. وفي العلاج الطبي، يُستخدم ليزر Nd:YAG لإزالة الجروح الجراحية أو تطهيرها بدلاً من المشرط. كما يُستخدم النيوديميوم في تلوين الزجاج والمواد الخزفية، وكمضاف إلى منتجات المطاط.

5

التروليوم (Pm)

الثوليوم هو عنصر مشع صناعي يتم إنتاجه بواسطة المفاعلات النووية (خريطة البيانات)

(1) يمكن استخدامه كمصدر حرارة. يوفر طاقة مساعدة لكشف الفراغ والأقمار الصناعية.

(2) يُصدر البروميثيوم Pm147 أشعة بيتا منخفضة الطاقة، والتي تُستخدم في تصنيع بطاريات الصنج، كمصدر طاقة لأجهزة توجيه الصواريخ والساعات. يتميز هذا النوع من البطاريات بصغر حجمه، ويمكن استخدامه بشكل مستمر لعدة سنوات. بالإضافة إلى ذلك، يُستخدم البروميثيوم أيضًا في أجهزة الأشعة السينية المحمولة، وتحضير الفوسفور، وقياس السُمك، ومصابيح المنارات.

6

الساماريوم (Sm)

معدن الساماريوم (خريطة البيانات)

Sm أصفر فاتح، وهو المادة الخام للمغناطيس الدائم Sm-Co، ومغناطيس Sm-Co هو أقدم مغناطيس أرضي نادر يستخدم في الصناعة. يوجد نوعان من المغناطيس الدائم: نظام SmCo5 ونظام Sm2Co17. في أوائل سبعينيات القرن الماضي، تم اختراع نظام SmCo5، وتم اختراع نظام Sm2Co17 في الفترة اللاحقة. الآن يتم إعطاء الأولوية للطلب على الأخير. لا يلزم أن تكون نقاء أكسيد الساماريوم المستخدم في مغناطيس الكوبالت الساماريوم مرتفعًا جدًا. بالنظر إلى التكلفة، يستخدم بشكل رئيسي حوالي 95٪ من المنتجات. بالإضافة إلى ذلك، يستخدم أكسيد الساماريوم أيضًا في المكثفات الخزفية والمحفزات. بالإضافة إلى ذلك، يتميز الساماريوم بخصائص نووية، والتي يمكن استخدامها كمواد هيكلية ومواد حماية ومواد تحكم لمفاعلات الطاقة الذرية، بحيث يمكن استخدام الطاقة الهائلة الناتجة عن الانشطار النووي بأمان.

7

اليوروبيوم (Eu)

مسحوق أكسيد اليوروبيوم (خريطة البيانات)

يستخدم أكسيد اليوروبيوم في الغالب في صناعة الفوسفور (خريطة البيانات)

في عام ١٩٠١، اكتشف يوجين-أنتول ديماركاي عنصرًا جديدًا من "الساماريوم" يُدعى اليوروبيوم. يُحتمل أن يكون اسمه قد رُبط بكلمة "أوروبا". يُستخدم أكسيد اليوروبيوم غالبًا في مسحوق الفلورسنت. ويُستخدم Eu3+ كمنشط للفوسفور الأحمر، وEu2+ كفوسفور أزرق. يُعدّ Y2O2S:Eu3+ حاليًا أفضل فوسفور من حيث الكفاءة الضوئية، واستقرار الطلاء، وتكلفة إعادة التدوير. بالإضافة إلى ذلك، يُستخدم على نطاق واسع بفضل تطور التقنيات، مثل تحسين الكفاءة الضوئية والتباين. كما استُخدم أكسيد اليوروبيوم كفوسفور انبعاث مُحفَّز في أنظمة التشخيص الطبي بالأشعة السينية الجديدة في السنوات الأخيرة. كما يُمكن استخدام أكسيد اليوروبيوم في تصنيع العدسات الملونة والمرشحات البصرية، وأجهزة تخزين الفقاعات المغناطيسية، ويُمكن استخدامه أيضًا في مواد التحكم، ومواد التدريع، والمواد الهيكلية للمفاعلات الذرية.

8

الغادولينيوم (Gd)

الغادولينيوم ونظائره هي أكثر المواد الماصة للنيوترونات فعالية ويمكن استخدامها كمثبطات للمفاعلات النووية. (خريطة البيانات)

(1) يمكن لمجمعها البارامغناطيسي القابل للذوبان في الماء تحسين إشارة التصوير بالرنين المغناطيسي النووي لجسم الإنسان في العلاج الطبي.

(2) يمكن استخدام أكسيد الكبريت الخاص به كشبكة مصفوفة لأنبوب الذبذبات وشاشة الأشعة السينية ذات السطوع الخاص.

(3) يعتبر الغادولينيوم في الغادولينيوم والغاليوم غارنيت ركيزة واحدة مثالية للذاكرة الفقاعية.

(4) يمكن استخدامه كوسط تبريد مغناطيسي صلب دون قيود دورة كاموت.

(5) يستخدم كمثبط للتحكم في مستوى التفاعل المتسلسل في محطات الطاقة النووية لضمان سلامة التفاعلات النووية.

(6) يتم استخدامه كمادة مضافة لمغناطيس الكوبالت الساماريوم لضمان عدم تغير الأداء مع درجة الحرارة.

9

التربيوم (Tb)

مسحوق أكسيد التربيوم (خريطة البيانات)

إن استخدام التربيوم يشمل في الغالب مجال التكنولوجيا الفائقة، وهو مشروع متطور يتطلب تكنولوجيا مكثفة ومعرفة مكثفة، فضلاً عن كونه مشروعًا ذا فوائد اقتصادية ملحوظة، مع آفاق تطوير جذابة.

(1) تستخدم الفوسفورات كمنشطات للمسحوق الأخضر في الفوسفور ثلاثي الألوان، مثل مصفوفة الفوسفات المنشطة بالتربيوم، ومصفوفة السيليكات المنشطة بالتربيوم، ومصفوفة ألومينات السيريوم والمغنيسيوم المنشطة بالتربيوم، والتي تصدر جميعها ضوءًا أخضر في الحالة المثارة.

(٢) مواد التخزين المغناطيسية البصرية. في السنوات الأخيرة، وصلت مواد التربيوم المغناطيسية البصرية إلى مرحلة الإنتاج الضخم. تُستخدم الأقراص المغناطيسية البصرية المصنوعة من أغشية غير متبلورة من Tb-Fe كعناصر تخزين حاسوبية، مما يزيد من سعة التخزين بمقدار ١٠ إلى ١٥ مرة.

(3) الزجاج المغناطيسي البصري، وهو زجاج فاراداي الدوار المحتوي على التربيوم، يُعد المادة الأساسية لتصنيع الدوارات والعوازل والمُحَوِّلات التي تُستخدم على نطاق واسع في تقنية الليزر. وقد فتح تطوير الترفينول، وهو مادة جديدة اكتُشفت في سبعينيات القرن الماضي، آفاقًا جديدة لتطبيقه. يتكون نصف هذا السبيكة من التربيوم والديسبروسيوم، وأحيانًا مع الهولميوم، والباقي من الحديد. طُوِّرت هذه السبيكة لأول مرة في مختبر أميس في ولاية أيوا بالولايات المتحدة الأمريكية. عند وضع الترفينول في مجال مغناطيسي، يتغير حجمه بشكل أكبر من حجم المواد المغناطيسية العادية، مما يُتيح إجراء حركات ميكانيكية دقيقة. استُخدم التربيوم والديسبروسيوم والحديد بشكل رئيسي في السونار في البداية، ويُستخدم على نطاق واسع في العديد من المجالات حاليًا، بدءًا من أنظمة حقن الوقود، والتحكم في صمامات السوائل، وتحديد المواقع الدقيقة، وصولًا إلى المحركات الميكانيكية والآليات ومنظمات الأجنحة لتلسكوبات الفضاء الخاصة بالطائرات.

10

دي (دي)

معدن الديسبروسيوم (خريطة البيانات)

(1) كمُضاف إلى مغناطيسات NdFeB الدائمة، يُمكن إضافة حوالي 2-3% من الديسبروسيوم إلى هذا المغناطيس لتحسين قوته القسرية. في الماضي، لم يكن الطلب على الديسبروسيوم كبيرًا، ولكن مع تزايد الطلب على مغناطيسات NdFeB، أصبح عنصرًا مُضافًا ضروريًا، ويجب أن تتراوح درجته بين 95-99.9%، مما أدى إلى زيادة الطلب عليه بسرعة.

(2) يُستخدم الديسبروسيوم كمنشط للفوسفور. يُعد الديسبروسيوم ثلاثي التكافؤ أيونًا منشطًا واعدًا للمواد المضيئة ثلاثية الألوان ذات مركز مضيء واحد. يتكون بشكل أساسي من نطاقي انبعاث، أحدهما انبعاث ضوء أصفر والآخر انبعاث ضوء أزرق. يمكن استخدام المواد المضيئة المشوبة بالديسبروسيوم كفوسفور ثلاثي الألوان.

(3) الديسبروسيوم هو مادة خام معدنية ضرورية لإعداد سبيكة تيرفينول في سبيكة مغناطيسية، والتي يمكن أن تحقق بعض الأنشطة الدقيقة للحركة الميكانيكية. (4) يمكن استخدام معدن الديسبروسيوم كمادة تخزين مغناطيسية بصرية مع سرعة تسجيل عالية وحساسية قراءة.

(5) تستخدم في تحضير مصابيح الديسبروسيوم، المادة العاملة المستخدمة في مصابيح الديسبروسيوم هي يوديد الديسبروسيوم، الذي يتميز بمزايا السطوع العالي، واللون الجيد، ودرجة حرارة اللون العالية، والحجم الصغير، والقوس المستقر وما إلى ذلك، وقد تم استخدامه كمصدر إضاءة للأفلام والطباعة.

(6) يستخدم الديسبروسيوم لقياس طيف طاقة النيوترون أو كممتص للنيوترونات في صناعة الطاقة الذرية بسبب مساحته المقطعية الكبيرة لالتقاط النيوترون.

(7) يُمكن أيضًا استخدام Dy3Al5O12 كمادة عاملة مغناطيسية في التبريد المغناطيسي. مع تطور العلوم والتكنولوجيا، ستتوسع مجالات استخدام الديسبروسيوم باستمرار.

11

الهولميوم (Ho)

سبيكة Ho-Fe (خريطة البيانات)

في الوقت الحاضر، يحتاج مجال تطبيق الحديد إلى مزيد من التطوير، واستهلاكه ليس كبيرًا جدًا. مؤخرًا، اعتمد معهد أبحاث المعادن النادرة في باوتو ستيل تقنية تنقية التقطير عالي الحرارة والفراغ، وطوّر معدنًا عالي النقاء "تشين هو" (Qin Ho/>RE>99.9%)، مع نسبة منخفضة من شوائب المعادن غير النادرة.

في الوقت الحاضر، الاستخدامات الرئيسية للأقفال هي:

(1) يُعدّ مصباح الهالوجين المعدني، كمُضاف إلى مصابيح الهالوجين المعدنية، نوعًا من مصابيح التفريغ الغازي، مُطوّرًا على أساس مصابيح الزئبق عالية الضغط، ويتميز بملء المصباح بمجموعة متنوعة من هاليدات العناصر الأرضية النادرة. حاليًا، تُستخدم يوديدات العناصر الأرضية النادرة بشكل رئيسي، والتي تُصدر خطوطًا طيفية مختلفة عند تفريغ الغاز. المادة العاملة في مصباح الحديد هي كينيوديد، مما يُتيح الحصول على تركيزات أعلى من ذرات المعدن في منطقة القوس، مما يُحسّن كفاءة الإشعاع بشكل كبير.

(2) يمكن استخدام الحديد كمادة مضافة لتسجيل الحديد أو مليار جرام من العقيق الألومنيوم.

(3) يمكن لحجر العقيق الألومنيوم المخدر بالخين (Ho: YAG) أن ينبعث منه ليزر 2 ميكرومتر، ومعدل امتصاص ليزر 2 ميكرومتر بواسطة الأنسجة البشرية مرتفع، وهو أعلى بثلاث مرات تقريبًا من ليزر Hd: YAG. لذلك، عند استخدام ليزر Ho: YAG في العمليات الطبية، فإنه لا يحسن كفاءة التشغيل ودقته فحسب، بل يقلل أيضًا من مساحة الضرر الحراري إلى حجم أصغر. يمكن للشعاع الحر الناتج عن بلورة القفل أن يزيل الدهون دون توليد حرارة زائدة، ومن أجل تقليل الضرر الحراري للأنسجة السليمة، أفادت التقارير أن علاج الجلوكوما بالليزر w في الولايات المتحدة يمكن أن يقلل من ألم الجراحة. وصل مستوى بلورة الليزر 2 ميكرومتر في الصين إلى المستوى الدولي، لذلك من الضروري تطوير وإنتاج هذا النوع من بلورات الليزر.

(4) يمكن أيضًا إضافة كمية صغيرة من الكروم إلى سبيكة Terfenol-D المغناطيسية لتقليل المجال الخارجي المطلوب للمغناطيسية المشبعة.

(5) بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام الألياف الممزوجة بالحديد في صنع ليزر الألياف ومكبر الألياف ومستشعر الألياف وأجهزة الاتصال البصرية الأخرى، والتي ستلعب دورًا أكثر أهمية في اتصالات الألياف البصرية السريعة اليوم.

12

الإربيوم (ER)

مسحوق أكسيد الإربيوم (مخطط المعلومات)

(1) يُعدّ انبعاث الضوء لـ Er3 + عند طول موجي 1550 نانومتر ذا أهمية خاصة، نظرًا لوقوع هذا الطول الموجي عند أدنى فقدان للألياف الضوئية في اتصالات الألياف الضوئية. بعد إثارته بضوء بطول موجي 980 و1480 نانومتر، ينتقل أيون الطُعم (Er3 +) من الحالة الأرضية 4115/2 إلى الحالة عالية الطاقة 4I13/2. عندما يعود Er3 + في الحالة عالية الطاقة إلى الحالة الأرضية، يُصدر ضوءًا بطول موجي 1550 نانومتر. يمكن لألياف الكوارتز نقل الضوء بأطوال موجية مختلفة، ومع ذلك، فإن معدل التوهين البصري لنطاق 1550 نانومتر هو الأدنى (0.15 ديسيبل/كم)، وهو ما يقرب من معدل التوهين الحد الأدنى. لذلك، يكون الفقد البصري لاتصالات الألياف الضوئية هو الحد الأدنى عند استخدامه كإشارة ضوئية عند 1550 نانومتر. وبهذه الطريقة، إذا تم خلط التركيز المناسب من الطُعم في المصفوفة المناسبة، يمكن للمضخم تعويض الفقد في نظام الاتصالات وفقًا لمبدأ الليزر. لذلك، في شبكة الاتصالات التي تحتاج إلى تضخيم الإشارة الضوئية 1550 نانومتر، يُعد مضخم الألياف المضاف إليه الطُعم جهازًا بصريًا أساسيًا. في الوقت الحاضر، تم تسويق مضخم ألياف السيليكا المضاف إليه الطُعم تجاريًا. يُقال إنه لتجنب الامتصاص غير المفيد، تتراوح الكمية المضاف إليها الطُعم في الألياف الضوئية بين عشرات ومئات الأجزاء في المليون. سيفتح التطور السريع لاتصالات الألياف الضوئية مجالات تطبيقية جديدة.

(2) (2) بالإضافة إلى ذلك، تتميز بلورة الليزر المُشَبَّعة بالطعم، وإخراجها من الليزر بطول موجي 1730 و1550 نانومتر، بأنها آمنة للعين البشرية، وتتميز بأداء نقل جوي جيد، وقدرة اختراق قوية لدخان ساحة المعركة، وأمان جيد، ولا يسهل على العدو اكتشافها، كما أن تباين إشعاع الأهداف العسكرية كبير. وقد تم تحويلها إلى جهاز تحديد مدى ليزر محمول آمن للعين البشرية للاستخدام العسكري.

(3) (3) يمكن إضافة Er3 + إلى الزجاج لصنع مادة الليزر الزجاجية الأرضية النادرة، وهي مادة الليزر الصلبة ذات أكبر طاقة نبضية خرج وأعلى طاقة خرج.

(4) يمكن أيضًا استخدام Er3 + كأيون نشط في مواد الليزر التحويلية للأرض النادرة.

(5) (5) بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا استخدام الطُعم لإزالة اللون وتلوين الزجاج الزجاجي والزجاج الكريستالي.

13

الثوليوم (TM)

بعد تعرضه للإشعاع في مفاعل نووي، ينتج الثوليوم نظيرًا يمكنه إصدار الأشعة السينية، والتي يمكن استخدامها كمصدر محمول للأشعة السينية(خريطة البيانات)

(1)TM يُستخدم كمصدر للأشعة السينية في جهاز الأشعة السينية المحمول. بعد تعرضه للإشعاع في المفاعل النووي،TMيُنتج نوعًا من النظائر المُشعّة التي تُصدر الأشعة السينية، والتي يُمكن استخدامها في صنع جهاز إشعاع الدم المحمول. يُمكن لهذا النوع من أجهزة قياس الإشعاع تحويل yu-169 إلىTMتحت تأثير شعاعي عالي ومتوسط، يتم توجيه الأشعة السينية لإشعاع الدم وتقليل خلايا الدم البيضاء. هذه الخلايا هي المسؤولة عن رفض زراعة الأعضاء، مما يقلل من الرفض المبكر للأعضاء.

(2) (2)TMيمكن أيضًا استخدامها في التشخيص السريري وعلاج الورم بسبب تقاربها العالي لأنسجة الورم، حيث أن المعادن النادرة الثقيلة أكثر توافقًا من المعادن النادرة الخفيفة، وخاصة أن تقارب يو هو الأكبر.

(3) (3) يستخدم مُحسِّس الأشعة السينية Laobr: br (أزرق) كمنشط في الفسفور الموجود في شاشة تحسيس الأشعة السينية لتعزيز الحساسية البصرية، وبالتالي تقليل التعرض والضرر الذي تسببه الأشعة السينية للإنسان × تبلغ جرعة الإشعاع 50٪، وهو ما له أهمية عملية مهمة في التطبيقات الطبية.

(4) (4) يمكن استخدام مصباح هاليد المعدن كمادة مضافة في مصدر الإضاءة الجديد.

(5) (5) يمكن إضافة Tm3 + إلى الزجاج لصنع مادة ليزر زجاجية أرضية نادرة، وهي مادة الليزر ذات الحالة الصلبة ذات أكبر نبضة إخراج وأعلى طاقة إخراج. يمكن أيضًا استخدام Tm3 + كأيون تنشيط لمواد ليزر التحويل العلوي للأرض النادرة.

14

الإيتربيوم (Yb)

معدن الإيتربيوم (خريطة البيانات)

(1) كمواد طلاء للحماية الحرارية. تظهر النتائج أن المرآة يمكنها تحسين مقاومة التآكل لطلاء الزنك المترسب كهربائيًا بشكل واضح، كما أن حجم حبيبات الطلاء بالمرآة أصغر من حجم حبيبات الطلاء بدون مرآة.

(2) كمادة مغناطيسية. تتميز هذه المادة بخصائص المغناطيسية العملاقة، أي التمدد في المجال المغناطيسي. يتكون السبائك بشكل أساسي من سبيكة المرآة / الفريت وسبائك الديسبروسيوم / الفريت، ويتم إضافة نسبة معينة من المنغنيز لإنتاج المغناطيسية العملاقة.

(3) عنصر مرآة يُستخدم لقياس الضغط. تُظهر التجارب أن حساسية عنصر المرآة عالية في نطاق الضغط المُعاير، مما يفتح آفاقًا جديدةً لتطبيق المرآة في قياس الضغط.

(4) حشوات أساسها الراتنج لتجويفات الأضراس لتحل محل ملغم الفضة المستخدم بشكل شائع في الماضي.

(5) نجح باحثون يابانيون في إعداد ليزر موجه خطي مدمج بمرآة من الفاناديوم والبات والعقيق، وهو ما يُعدّ ذا أهمية بالغة لتطوير تكنولوجيا الليزر. كما تُستخدم المرآة في مُنشِّطات المسحوق الفلوري، والسيراميك الراديوي، ومُضافات عناصر ذاكرة الحاسوب الإلكترونية (الفقاعات المغناطيسية)، وتدفق الألياف الزجاجية، ومُضافات الزجاج البصري، وغيرها.

15

اللوتيتيوم (Lu)

مسحوق أكسيد اللوتيتيوم (خريطة البيانات)

بلورة سيليكات الإيتريوم اللوتيتيوم (خريطة البيانات)

(1) صنع بعض السبائك الخاصة. على سبيل المثال، يمكن استخدام سبيكة ألومنيوم اللوتيتيوم لتحليل تنشيط النيوترونات.

(2) تلعب نويدات اللوتيتيوم المستقرة دورًا تحفيزيًا في تكسير البترول والألكلة والهدرجة والبلمرة.

(3) إن إضافة حديد الإيتريوم أو عقيق الألومنيوم الإيتريوم يمكن أن يحسن بعض الخصائص.

(4) المواد الخام لخزان الفقاعات المغناطيسية.

(5) تنتمي بلورة وظيفية مركبة، رباعي بورات الألومنيوم والإتريوم والنيوديميوم المُضاف إليه اللوتيتيوم، إلى المجال التقني لنمو بلورات تبريد المحاليل الملحية. تُظهر التجارب أن بلورة NYAB المُضاف إليها اللوتيتيوم تتفوق عليها في التجانس البصري وأداء الليزر.

(6) وُجد أن للوتيتيوم تطبيقات واعدة في شاشات العرض الكهرومية وأشباه الموصلات الجزيئية منخفضة الأبعاد. بالإضافة إلى ذلك، يُستخدم اللوتيتيوم أيضًا في تكنولوجيا بطاريات الطاقة ومنشط الفوسفور.

16

الإيتريوم (y)

يُستخدم الإيتريوم على نطاق واسع، ويمكن استخدام عقيق الألومنيوم والإيتريوم كمادة ليزر، ويُستخدم عقيق الحديد والإيتريوم في تكنولوجيا الميكروويف ونقل الطاقة الصوتية، ويُستخدم فانادات الإيتريوم الممزوجة باليوروبيوم وأكسيد الإيتريوم الممزوج باليوروبيوم كمواد فسفورية لأجهزة التلفزيون الملون. (خريطة البيانات)

(1) إضافات للصلب والسبائك غير الحديدية. عادةً ما تحتوي سبيكة FeCr على نسبة تتراوح بين 0.5% و4% من الإيتريوم، مما يُعزز مقاومة الأكسدة ومرونتها. تُحسّن إضافة كمية مناسبة من العناصر الأرضية النادرة الغنية بالإيتريوم إلى سبيكة MB26 الخصائص الشاملة لسبائك MB26، والتي يُمكن أن تحل محل بعض سبائك الألومنيوم متوسطة القوة، وتُستخدم في الأجزاء المُجهدة للطائرات. إضافة كمية صغيرة من العناصر الأرضية النادرة الغنية بالإيتريوم إلى سبيكة Al-Zr تُحسّن موصلية هذه السبائك. وقد اعتمدت معظم مصانع الأسلاك في الصين هذه السبائك. إضافة الإيتريوم إلى سبيكة النحاس تُحسّن الموصلية والقوة الميكانيكية.

(2) يمكن استخدام مادة سيراميك نتريد السيليكون التي تحتوي على 6% إتريوم و2% ألومنيوم لتطوير أجزاء المحرك.

(3) يستخدم شعاع الليزر Nd:Y:Al:Garnet بقوة 400 واط في الحفر والقطع ولحام المكونات الكبيرة.

(4) تتميز شاشة المجهر الإلكتروني المكونة من بلورة واحدة من العقيق Y-Al بسطوع فلوري عالي، وامتصاص منخفض للضوء المتناثر، ومقاومة جيدة لدرجات الحرارة العالية ومقاومة للتآكل الميكانيكي.

(5) يمكن استخدام السبائك الهيكلية ذات الإتريوم العالي والتي تحتوي على 90% من الإتريوم في مجال الطيران والأماكن الأخرى التي تتطلب كثافة منخفضة ونقطة انصهار عالية.

(6) مادة SrZrO3 الموصلة للبروتونات عالية الحرارة والمُشَوَّبة بالإتريوم، والتي تحظى باهتمام كبير حاليًا، لها أهمية كبيرة في إنتاج خلايا الوقود والخلايا الإلكتروليتية وأجهزة استشعار الغاز التي تتطلب ذوبانًا عاليًا للهيدروجين. بالإضافة إلى ذلك، يُستخدم الإتريوم أيضًا كمادة رش عالية الحرارة، ومخفف لوقود المفاعلات الذرية، ومادة مضافة للمواد المغناطيسية الدائمة، ومادة مُستخلصة في صناعة الإلكترونيات.

17

سكانديوم (Sc)

معدن سكانديوم (خريطة البيانات)

بالمقارنة مع عناصر الإيتريوم واللانثانيدات، يتميز سكانديوم بنصف قطر أيوني صغير جدًا وقلوية هيدروكسيد ضعيفة جدًا. لذلك، عند خلط سكانديوم مع عناصر أرضية نادرة، يترسب سكانديوم أولًا عند معالجته بالأمونيا (أو قلوي مخفف للغاية)، مما يسهل فصله عن العناصر الأرضية النادرة بطريقة "الترسيب الكسري". وهناك طريقة أخرى تتمثل في استخدام التحلل الاستقطابي للنترات للفصل. يُعد نترات سكانديوم الأسهل تحللًا، مما يحقق الغرض من الفصل.

يمكن الحصول على سكانديوم بالتحليل الكهربائي. تُصهر ScCl3 وKCl وLiCl معًا أثناء تنقية سكانديوم، ويُستخدم الزنك المصهور كقطب مهبطي للتحليل الكهربائي، حيث يترسب سكانديوم على قطب الزنك، ثم يُبخّر للحصول على سكانديوم. بالإضافة إلى ذلك، يسهل استخلاص سكانديوم عند معالجة الخام لإنتاج عناصر اليورانيوم والثوريوم واللانثانيدات. كما يُعدّ الاستخلاص الشامل لسكانديوم المصاحب من خام التنغستن والقصدير أحد أهم مصادر سكانديوم. سكانديوم هو...يوجد عادة في حالة ثلاثية التكافؤ في المركب، والذي يتأكسد بسهولة إلى Sc2O3 في الهواء ويفقد بريقه المعدني ويتحول إلى اللون الرمادي الداكن.　

الاستخدامات الرئيسية للسكانديوم هي:

(1) يمكن أن يتفاعل السكانديوم مع الماء الساخن لإطلاق الهيدروجين، وهو قابل للذوبان أيضًا في الأحماض، لذا فهو عامل اختزال قوي.

(2) أكسيد وهيدروكسيد سكانديوم قلويان فقط، لكن رمادهما الملحي يصعب تحليله. كلوريد سكانديوم بلوري أبيض، قابل للذوبان في الماء، ويذوب في الهواء.　(3) في صناعة المعادن، يُستخدم السكانديوم بكثرة في صناعة السبائك (مواد مضافة للسبائك) لتحسين قوة وصلابة السبائك ومقاومتها للحرارة وأدائها. على سبيل المثال، إضافة كمية صغيرة من السكانديوم إلى الحديد المنصهر تُحسّن خصائص الحديد الزهر بشكل ملحوظ، بينما تُحسّن إضافة كمية صغيرة من السكانديوم إلى الألومنيوم متانته ومقاومته للحرارة.

(4) في صناعة الإلكترونيات، يُمكن استخدام السكانديوم في مختلف أجهزة أشباه الموصلات. على سبيل المثال، لفت استخدام كبريتيت السكانديوم في أشباه الموصلات الانتباه محليًا ودوليًا، كما يُعدّ الفريت المحتوي على السكانديوم واعدًا أيضًا.النوى المغناطيسية للكمبيوتر.　

(5) في الصناعة الكيميائية، يستخدم مركب الإسكنديوم كعامل إزالة الهيدروجين والجفاف للكحول، وهو حافز فعال لإنتاج الإيثيلين والكلور من حمض الهيدروكلوريك الناتج عن النفايات.　

(6) في صناعة الزجاج، يمكن تصنيع أنواع خاصة من الزجاج تحتوي على السكانديوم.　

(7) في صناعة مصادر الضوء الكهربائية، تتمتع مصابيح السكانديوم والصوديوم المصنوعة من السكانديوم والصوديوم بمزايا الكفاءة العالية ولون الضوء الإيجابي.　

(8) يوجد سكانديوم في الطبيعة على شكل 45Sc. بالإضافة إلى ذلك، هناك تسعة نظائر مشعة لسكانديوم، وهي 40~44Sc و46~49Sc. من بينها، يُستخدم 46Sc، كمادة تتبع، في الصناعات الكيميائية، وعلم المعادن، وعلم المحيطات. وفي مجال الطب، يدرس باحثون في الخارج استخدام 46Sc لعلاج السرطان.