عناصر خاکی کمیاب، به دلیل ساختار منحصر به فرد پوسته الکترونی و خواص استثنایی مغناطیسی، نوری و الکتریکی خود، به منابع استراتژیک مورد بحث در سطح جهانی تبدیل شده اند. با شتاب گرفتن دور جدید انقلاب تکنولوژیکی و تحول صنعتی، خطرات امنیت زنجیره تامین جهانی برجسته شده است و تمرکز امنیت منابع قدرت های بزرگ از مواد معدنی حجیم به مواد معدنی حیاتی تغییر کرده است. در برابر این پسزمینه، ارزش استراتژیک خاکهای کمیاب بهشدت افزایش یافته است و موقعیت استراتژیک آنها برجستهتر شده است، و آنها را به کانون اصلی رقابت منابع و رقابت صنعتی بین قدرتهای بزرگ تبدیل کرده است.
اکسید سریم (CeO2) مزایای ذخایر نسبتاً فراوان و هزینه کم را ارائه می دهد، همراه با خواص فیزیکوشیمیایی برجسته ای که آن را به یکی از گسترده ترین و نماینده ترین اکسیدهای خاکی کمیاب تبدیل می کند.
از 31 مارس تا 10 آوریل 2025، تنها در عرض ده روز، سه مقاله تحقیقاتی در مورد اکسید سریم به طور متوالی درJACS, علم، وطبیعت، موجی از "اکسید سریم دیوانه" را جرقه زد.
در کاربردهای تولید عملی، پودرهای صیقل دهنده خاکی کمیاب به دلیل عملکرد استثنایی خود در پرداخت دقیق از شهرت فوق العاده ای برخوردار هستند و عنوان "پادشاه مواد پرداخت" را به خود اختصاص می دهند. جزء اصلی این پودرهای صیقل دهنده خاکی کمیاب CeO2 است، از این رو به عنوان پودرهای صیقل دهنده خاکی کمیاب بر پایه سریم، یا پودرهای صیقل دهنده بر پایه سریم{2} نیز شناخته می شوند، و همچنین می توان به آنها به عنوان پودرهای پرداخت CeO2 نیز اشاره کرد.
لقب "پادشاه" را عمدتاً به چهار دلیل زیر به دست آورده است:
(1) بلورهای CeO2 دارای ساختار مشبک مکعبی-نوع فلوریت-با گروه فضایی Fm-3m هستند. در ساختار فلوریت، یونهای سریم در گوشههای مکعب و مراکز هندسی چهرهها قرار دارند، در حالی که یونهای اکسیژن، بین چهار وجهی و هشتوجهی تشکیلشده توسط یونهای سریم را بهصورت بسته پر میکنند.
(2) در مقایسه با انواع دیگر پودرهای پولیش، پرداخت CeO2 سرعت پرداخت سریعتر، سطح بالاتر محصولات جلا داده شده و صافی بیشتر را ارائه می دهد. علاوه بر این، محصولات پرداخت شده با CeO2 طول عمر بیشتری دارند.
(3) CeO2 دارای سختی Mohs در حدود 7 است، به این معنی که در طول عمل مکانیکی، سختی کافی برای برش و صیقل دادن مواد نرمتر را دارد، اما آسیب فیزیکی بیش از حد به قطعه کار در حال پرداخت وارد نمیکند.
(4) CeO2 واکنش شیمیایی بالایی نسبت به شیشه سیلیکات از خود نشان می دهد، به این معنی که می تواند با سطح شیشه واکنش دهد تا یک اثر پرداخت مکانیکی شیمیایی (CMP) ایجاد کند. این فرآیند شامل سایش فیزیکی و واکنش شیمیایی است، به همین دلیل است که به طور گسترده در پرداخت شیشه استفاده می شود.
چهار "روش سنتز" برای اکسید سریم خاکی کمیاب
در حال حاضر، چهار روش اصلی برای تهیه اکسید سریم خاکی کمیاب وجود دارد:
(1) سنتز هیدروترمال. این روش معمولاً در اتوکلاو فشار قوی مهر و موم شده با استفاده از محلول آبی به عنوان محیط انجام می شود. با حرارت دادن به شرایط زیر بحرانی یا فوق بحرانی، پیش ساز نمک سریم به طور مستقیم در حضور یک کانی ساز یا سورفکتانت متبلور می شود و ذرات CeO2 تولید می کند.
(2) رسوب شیمیایی. بارش اساسی ترین و پرکاربردترین روش در کاربردهای صنعتی است. با افزودن یک ماده رسوب دهنده (مانند هیدروکسید سدیم، بی کربنات آمونیوم، آب آمونیاک و غیره) به محلول نمک سریم، یک پیش ساز هیدروکسید یا کربنات به دست می آید که سپس برای تولید CeO2 کلسینه می شود.
(3) روش سل{1}}ژل. این روش از ترکیبات آلی فلزی یا نمکهای معدنی محلول به عنوان پیشساز استفاده میکند، که حل میشوند و سپس تحت واکنشهای هیدرولیز و تراکم قرار میگیرند تا یک سل شفاف تشکیل دهند که بیشتر به یک ژل شبکه سه بعدی تبدیل میشود و در نهایت برای به دست آوردن CeO2 کلسینه میشود.
(4) روش میکروامولسیون. این روش از یک سیستم میکروامولسیونی متشکل از سورفکتانتها، یک فاز روغنی و یک فاز آبی به عنوان یک نانوراکتور استفاده میکند که در آن هستهزایی، ادغام و عملیات حرارتی برای تولید CeO2 انجام میشود.