Óxido de samário, também conhecido como trióxido de samarium, é um composto de metal inorgânico com a fórmula molecular SM2O3. Aparece como um pó amarelo claro e é insolúvel em água, mas solúvel em ácido. O trióxido de samarium é usado principalmente para a preparação do samário metálico e outros materiais e catalisadores orgânicos. Suas aplicações terminais envolvem eletrônicos, indústria química, médica, comunicação, revestimentos etc., e o espaço de demanda do mercado é amplamente aplicável no campo da eletrônica, pode ser usado na fabricação de componentes eletrônicos como capacitores, resistores, indutores, ressonadores, além de dispositivos magnéticos, como cabeças magnéticas e discussões; No campo da engenharia química, pode ser usado na fabricação de produtos químicos, como catalisadores redox e catalisadores de rachaduras catalíticas, desempenhando um papel no aumento da taxa de reação e seletividade; O trióxido de samarium é uma das principais matérias -primas para preparar cristais de granada de alumínio do deprado do neodímio (ND: YAG) nos campos médicos e de comunicação.
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Fórmula química |
O3SM2 |
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Massa exata |
352 |
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Peso molecular |
349 |
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m/z |
354 (100.0%), 347 (65.9%), 349 (60.7%), 352 (58.8%), 349 (56.0%), 351 (51.7%), 348 (49.4%), 356 (42.5%), 350 (42.0%), 344 (34.0%), 350 (32.4%), 343 (27.7%), 352 (27.6%), 345 (25.5%), 342 (18.5%), 345 (18.2%), 347 (16.8%), 346 (15.7%), 346 (13.6%), 344 (13.5%), 346 (11.5%), 344 (10.4%), 339 (7.6%), 341 (7.0%), 340 (5.7%), 348 (4.5%), 342 (3.7%) |
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Análise elementar |
O, 13,76; Sm, 86. 24 |
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O óxido de samarium (SM2O3) é um óxido de metal inorgânico com a fórmula molecular SM ₂ O3. Aparece como um pó branco levemente amarelado com um ponto de fusão de 2325 graus e uma densidade de 8,35 g/ml (25 graus). É insolúvel em água, mas solúvel em ácido, o que oferece vantagens únicas na síntese química e na preparação do material. Na indústria, os produtos de alta pureza são obtidos principalmente pela extração de monazitas ou minerais de terras raras mistas por meio de métodos de extração ou extração de solventes, seguidos por etapas como redução de pó de zinco, precipitação do ácido oxálico e calcinação.
Preparação do Samarium Metal e sua aplicação na indústria nuclear
Produção de samário de metal
O trióxido de samarium é um precursor -chave para a preparação do samário metálico. Pode ser reduzido ao samário metálico pelo método de redução térmica de cálcio (Ca+Sm ₂ O ∝ → 2SM+CaO) ou método de eletrólise. O samário do metal é usado como material de haste de controle nos reatores nucleares, porque sua alta seção transversal de absorção de nêutrons pode ajustar a taxa de reação nuclear. Por exemplo, as hastes de controle da liga de tungstênio de samarium são usadas nos reatores rápidos experimentais da China.
Material de blindagem de nêutrons
O pó de trióxido de samarium pode ser incorporado em concreto ou polímeros para uso em camadas de blindagem de reator nuclear. Sua seção transversal de absorção de nêutrons térmicos atinge o alvo 4080 EN (1 alvo en =10 ⁻² ⁸ m ²), que pode absorver efetivamente os nêutrons vazados e garantir a segurança da radiação.
Materiais magnéticos e componentes eletrônicos
Ímã permanente de Samarium cobalto
SMCO ₅ Os materiais ímãs permanentes podem ser preparados misturando sm ₂ o ∝ com pó de cobalto em proporção e sinterização. Este material possui um produto de energia magnética de até 22 MGOE e uma coercividade de 20 koe, tornando-o adequado para ambientes de alta temperatura, como sensores de mecanismo de aviação. Por exemplo, o sistema de controle de atitude da aeronave Boeing 787 usa ímãs de cobalto samarium.
Sensor magnético
As partículas em nanoescala SM ₂ O podem ser usadas como materiais de detecção magnética para preparar sensores magnéticos de alta sensibilidade. O sensor de magnetororesistência produzido pela TDK Corporation no Japão utiliza a anisotropia de cristal magnética de SM ₂ O3 para obter uma detecção precisa da direção do campo geomagnético.
Cerâmica eletrônica e capacitores
Capacitor de cerâmica multicamada (MLCC)
A cerâmica de titanato de bário (Batio) dopada com SM ₂ O ∝ tem uma constante dielétrica de mais de 5000 e maior estabilidade de temperatura para ± 15% (apenas doping convencional ± 30%). O "capacitor X7R dopado do samarium", desenvolvido pela Murata Manufacturing, tem sido amplamente utilizado nos circuitos de RF da estação base 5G.
Varistores
A cerâmica composta do ZnO SM ₂ O3 possui características de corrente de tensão não linear e são usadas para dispositivos de proteção de sobretensão. Na fonte de alimentação do driver de LED de iluminação da Philips, esse tipo de varistor é usado para obter proteção contra picos de raios.
Vidro especial e materiais ópticos
Vidro absorvente infravermelho
Quando a quantidade de dopagem de Sm ₂ O ∝ no vidro de cálcio de sódio atinge 0. 5-2 wt%, ele pode absorver a luz na banda infravermelha média de 3-5 μm. O "Samarium Glass" produzido por Schott GmbH na Alemanha é usado para capas de cockpit de caça e possui funções de proteção solar e blindagem eletromagnética.
Matérias -primas de cristal a laser
Como co -dopante de co -granada de alumínio do depado com neodímio (ND: YAG), os íons SM ³ ⁺ podem melhorar a resistência do cristal ao limiar de danos leves. O laser industrial de nível de Kilowatt produzido pela empresa americana Coerent possui um meio de ganho contendo Sm ₂ o ∝ co -dopado com o cristal de YAG.
Catálise e aplicações químicas
Catalisador de desidratação de etanol
O SM ₂ O3 é carregado em um transportador de O3 e catalisa a desidratação de etanol para produzir etileno a 300 graus, com uma taxa de conversão de até 92%. O "catalisador à base de samário", desenvolvido pelo Sinopech Shanghai Research Institute, foi usado em uma planta piloto para a produção de etanol de biomassa para etileno.
Purificação de escape de automóveis
Os óxidos compostos SM ₂ O e CEO ₂ podem ser usados como materiais de armazenamento de oxigênio (OSCs) para melhorar a eficiência de conversão no ₓ dos catalisadores ternários (TWCs). O conversor catalítico do modelo híbrido Toyota Prius contém componente composto SM ₂ O ∝ - CEO ₂.
Tecnologias de Frontier e Tendências de Desenvolvimento
Campo de nanomateriais
Visor de ponto quântico: Sm ³ ⁺ CdSe DOTS DOTS DOPED PODOS PODEM emitir luz vermelha de 600 nm com um rendimento quântico de 85%. Os pixels vermelhos das TVs Samsung QD-OLED são feitos desse tipo de material.
Portador de medicamentos: nanopartículas mesoporosas de Sm ₂ O3 (tamanho dos poros 2-5 nm) são usadas para entrega direcionada de medicamentos anticâncer. Pesquisas do Instituto de Cerâmica de Xangai, a Academia Chinesa de Ciências mostrou que sua capacidade de carregamento de medicamentos atinge 28% e tem boa biocompatibilidade.
Tecnologia de armazenamento de energia
Eletrólito de bateria de estado sólido: SM ₂ o eletrólito sólido de li ₇ ∝ Zr ₂ o (llZO), com a condutividade do íon de lítio aumentou para 1,2 × 10 ⁻⁴ s/cm (LLZO convencional é 1 × 10 ⁻⁴ s/cm). A CATL realizou testes relevantes da amostra de bateria.
Aplicações de remediação ambiental
Tratamento de águas residuais: o fotocatalisador compósito SM ₂ O3/TiO pode degradar ácido perfluorooctanóico (PFOA). Um estudo da Escola de Meio Ambiente da Universidade de Tsinghua mostrou que a taxa de remoção de PFOA atingiu 99,8% após 60 minutos de reação sob luz ultravioleta.
Catálise e aplicações químicas
Tamanho do mercado global
Tendência de crescimento:
De acordo com dados do novo Centro de Pesquisa da Indústria de Fronteiras, o mercado global de SM ₂ O deve atingir 1,28 bilhão de yuans em 2023 e deve aumentar para 1,85 bilhão de yuans a uma taxa de crescimento anual composta de 6,2% em 2029.
Distribuição regional:
A China é responsável por mais de 75% da capacidade de produção global (com uma produção de mais de 4000 toneladas em 2022), com grandes empresas, incluindo o Northern Rare Earth and Minmetals Group; A demanda na América do Norte e na Europa é responsável por mais de 40%, usada principalmente nas cerâmicas eletrônicas e nas indústrias nucleares.
Desafios e oportunidades técnicas
Processo de purificação:
A preparação de sm ₂ o ∝ ∝ (maior ou igual a 99,99%) ainda depende do método de troca iônica, o que é caro. O "processo de acoplamento de cristalização de extração de solvente", desenvolvido pelo Instituto Changchun Yinghua, a Academia de Ciências Chinesas pode reduzir o consumo de energia em 30%.
Risco alternativo:
O óxido de disprósio (DY) compete com SM ₂ O3 em alguns campos de material magnético, mas o SM ₂ O3 ainda tem uma vantagem na estabilidade de alta temperatura (temperatura de curie 705 graus).
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