اکسید اسکاندیم

الف: اکسید اسکاندیم در آب محلول نیست اما می تواند در اسیدهای داغ محلول باشد اما گاهی اوقات نیز واکنش نشان می دهد. اما اکسید اسکاندیم آمفوتر است، به طوری که اگر این ترکیب می تواند با اسید و همچنین باز واکنش دهد، سپس گفته می شود که ترکیب آمفوتر است.

الف: خواص فیزیکی اسکاندیم:

• به نظر می رسد فلزی به رنگ سفید نقره ای است.
• بافت نسبتا نرمی دارد.
• اسکاندیم در هوا کدر می شود.
• همچنین به راحتی می سوزد.
• اسکاندیم با آب واکنش می دهد.
• پیکربندی الکترونیکی اسکاندیم [Ar]3d14s2 است.
• نقطه ذوب فلز 1541 درجه سانتیگراد است.
• نقطه جوش فلز 2836 درجه سانتیگراد است.

پاسخ: اکسید اسکاندیم (Sc2O3) کاربردهای زیادی دارد:

• سیستم های دمای بالا: اکسید اسکاندیم در برابر حرارت و شوک حرارتی مقاوم است.
• سرامیک های الکترونیکی: اکسید اسکاندیم دارای خواص منحصر به فردی است که در مواد الکترونیکی مفید است.
• ترکیب شیشه: اکسید اسکاندیم به عنوان ماده کمکی در شیشه استفاده می شود.
• سلول های سوختی اکسید جامد: اکسید اسکاندیم عملکرد این سلول های سوختی را که در مراکز داده و بیمارستان ها استفاده می شوند، بهبود می بخشد.
• لیزر و نور: اکسید اسکاندیم در محصولات خاص مانند لیزر و نورپردازی برای استادیوم ها یا استودیوها استفاده می شود.
• آلیاژهای Al-Sc: اکسید اسکاندیم یک ماده خام برای آلیاژهای Al-Sc است که در وسایل نقلیه، کشتی ها و هوافضا استفاده می شود.
• خوراک دی اکسید تیتانیوم: از اکسید اسکاندیم برای تولید مواد اولیه دی اکسید تیتانیوم با کیفیت بالا استفاده می شود.
• پوشش نوری: اکسید اسکاندیم لایه‌هایی با شاخص بالا تولید می‌کند که تا طول موج‌های کوتاه ۲۲۵ نانومتر در ناحیه UV شفاف هستند.

پاسخ: از آنجایی که اسکاندیم یک عنصر کمیاب است، در حال حاضر معمولاً از طریق استخراج از ضایعات و تولید متوسط ​​متالورژی، فسفریت های حاوی اورانیوم، اسید سولفوریک هیدرولیتیک، سنگ معدن اسکاندیم وانادیوم، آب معدن و آلیاژهای آلومینیوم اسکاندیم به دست می آید.

پاسخ: اکسید اسکاندیم به دلیل ضریب شکست بالا، جذب قوی در نواحی اشعه ماوراء بنفش و قابل مشاهده طیف و نقطه ذوب بالا به عنوان ماده لیزری نیز استفاده می شود. علاوه بر این، اکسید اسکاندیم یک جزء کلیدی در قطعات الکترونیکی مانند خازن ها، مقاومت ها و ترانزیستورها است.

پاسخ: اکسید اسکاندیم کاربردهای مختلفی در بازار پیدا می کند. از آن در تولید آلیاژهای آلومینیوم-اسکاندیم استفاده می شود که استحکام و مقاومت حرارتی آلیاژهای آلومینیوم مورد استفاده در صنایع هوافضا و دفاعی را افزایش می دهد. همچنین در لامپ های متال هالید با شدت بالا، لیزرها و پیل های سوختی اکسید جامد (SOFC) به دلیل خواص الکتریکی و حرارتی عالی آن استفاده می شود. علاوه بر این، اکسید اسکاندیم به دلیل خواص و توانایی های منحصر به فرد خود کاربردهای بالقوه ای در صنایع دیگر مانند الکترونیک، سرامیک و کاتالیزور دارد.

پاسخ: اکسید اسکاندیم یک اکسید خاکی کمیاب با نقطه ذوب بالا است. به دلایل مختلفی در سرامیک استفاده می شود، از جمله:

● مقاومت در برابر حرارت

اکسید اسکاندیم در برابر گرما و شوک حرارتی مقاوم است و در سیستم های با دمای بالا مفید است.

● عایق برق

سرامیک های اکسید اسکاندیم برای ساخت و ساز و عایق الکتریکی مطلوب در نظر گرفته می شوند.

● اجزای نوری

سرامیک های اکسید اسکاندیم برای استفاده در اجزای نوری و لیزرهای حالت جامد امیدوار کننده هستند.

پاسخ: اکسید اسکاندیم می تواند مقاومت در برابر خوردگی مواد را بهبود بخشد.

• آلیاژهای آلومینیوم: اسکاندیم یک ماده آلیاژی کلیدی در آلیاژهای آلومینیوم است. این می تواند مقاومت در برابر خوردگی، استحکام کششی و جوش پذیری آلیاژ را بهبود بخشد. اسکاندیم همچنین یک تصفیه کننده قوی دانه و بازدارنده تبلور مجدد است.
• فولاد: اسکاندیم می تواند مقاومت قطبش را افزایش دهد، سرعت خوردگی را کاهش دهد و محصولات خوردگی را مهار کند. همچنین می تواند استحکام کششی را افزایش داده و حساسیت به خوردگی تنشی را کاهش دهد.
• مس: دوپینگ اسکاندیم می تواند مقاومت در برابر خوردگی پوشش ها را افزایش دهد.

پاسخ: اکسید اسکاندیم (Sc2O3) یک جامد سفید رنگ با نقطه ذوب بالا در حدود 2430 درجه است. رسانایی حرارتی بالایی 17 W*mK-' دارد. اکسید اسکاندیم در سیستم های با دمای بالا استفاده می شود زیرا در برابر حرارت و شوک حرارتی مقاومت می کند. همچنین در سرامیک های الکترونیکی و ترکیب شیشه استفاده می شود.

پاسخ: بزرگترین بازار اکسید اسکاندیم، SOFC ها است که 90 درصد تقاضای جهانی را در سال 2020 به خود اختصاص داده است. SOFC های بلوم انرژی مصرف کننده اصلی اکسید اسکاندیم هستند که 74 درصد از مصرف جهانی را تشکیل می دهند.

بازار جهانی اسکاندیم به صنایع مصرف کننده نهایی زیر تقسیم می شود:

• هوافضا و دفاع
• سلول های سوختی اکسید جامد (SOFC)
• سرامیک
• نورپردازی
• الکترونیک
• پرینت سه بعدی
• محصولات ورزشی

پاسخ: بله، اکسید اسکاندیم را می توان در تصفیه فاضلاب صنعتی استفاده کرد. اکسید اسکاندیم همچنین می تواند در موارد زیر استفاده شود: سلول های سوختی، کاربردهای خورشیدی، سیستم های دمای بالا، سرامیک های الکترونیکی، ترکیب شیشه.

اکسید اسکاندیم در آب نامحلول است. با این حال، اکسید اسکاندیم را می توان به عنوان یک دی الکتریک TFT با خواص الکتریکی عالی با استفاده از روش القای آب ساخت.

پاسخ: بله، اکسید اسکاندیم را می توان با مواد دیگر ترکیب کرد تا کامپوزیت های جدیدی ایجاد کند:

● نیترید تیتانیوم

یک ماده پوشش سرامیکی که سخت، مقاوم در برابر سایش و مقاوم در برابر خوردگی است.

● اکسید سرب و اکسید تانتالیوم

هنگامی که این مواد با اکسید اسکاندیم ترکیب می شوند، سرامیکی تولید می کنند که می تواند گرما را تشخیص دهد.

● آلومینیوم

وقتی آلومینیوم با اسکاندیم آلیاژ می شود، قوی تر، انعطاف پذیرتر و در برابر حرارت و خوردگی مقاوم تر می شود.

● مقاومت فیلم اکسید فلز

اکسید اسکاندیم می تواند به عنوان یک ناخالصی برای بهبود پایداری و قابلیت اطمینان این مقاومت ها استفاده شود.

پاسخ: پروژه‌های پیشنهادی عرضه جهانی اکسید اسکاندیم به 1800 تن در سال 2030 منجر می‌شود. تقاضا برای اکسید اسکاندیم در سناریوی معمولی در سال 2030 به 38 تن می‌رسد. تقاضا در سناریوی 10% اضافی در نظر گرفته شده به 5500 تن می‌رسد.

پاسخ: اسکاندیم دارای سه رادیو ایزوتوپ است که در پزشکی هسته ای استفاده می شود:

• 43Sc: یک ایزوتوپ ساطع کننده پوزیترون (+) برای تصویربرداری
• 44Sc: یک ایزوتوپ ساطع کننده پوزیترون (+) برای تصویربرداری
• 47Sc: یک ذره بتا (-) که رادیونوکلئید ساطع می کند

پاسخ: بله، اکسید اسکاندیم را می توان از طریق وسایل مصنوعی سنتز کرد.

1-برخی از روش ها عبارتند از:

• مسیر سل-ژل
• واکنش های هیدروترمال
• واکنش های حالت جامد
• روش القای آب

2. روش های دیگر عبارتند از:

• تشکیل یک سل کلوئیدی غلیظ از Sc(OH)3
• کلسینه کردن یک پیش ساز سولفات در 1100 درجه به مدت 4 ساعت

3. اکسید اسکاندیم همچنین می تواند توسط:

• تهیه نانوذرات ScOOH در محلول با استفاده از ScCl3, xH2O به عنوان پیش ماده
• خشک کردن ScOOH sol
• سنتز مخلوط اکسیدی Sc2TiO5:Eu2Ti2O7:Sc2O3 در فاز تعادل با واکنش حالت جامد در دمای 1100 درجه به مدت 48 ساعت