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知名孿生稀土元素謎團 – 磁性強大的「釹」磁鐵

釹於1885年是由奧地利化學家C. A. von Welsbach在維也納發現的。耐人尋味的是,Neodymium此名稱由希臘文字意為「新」的neos(νέος)和意為「孿生」的didymos(διδύμος)組成。

天然的釹由7種同位素組成,分別是穩定的143Nd、145Nd、146Nd、148Nd,與最常見的142Nd,以及長壽命的原始放射性核種144Nd、150Nd。除了以上天然同位素外,釹亦有31種人工合成的放射性同位素,其中壽命最長的是147Nd。以及13個已知的同核異構物,其中較穩定的有139mNd 、135mNd和133m1Nd。

釹不以純金屬態存在自然界中,而是主要存在於諸如氟碳鈰礦與獨居石沙中,常占稀土總含量的10-18%。釹純態金屬直到1925年才被分離出來。

釹 Nd

原子序數:60

原子量:144.242 u

原子結構:釹的最外層電子結構為 4f4 6s2

物理/化學性質:本身為一種中等硬度有順磁性,且略具延展性明亮的銀白色金屬。其化學性質較為活潑。由於在空氣中會迅速氧化,常用塑料密封包裝或是浸於礦物油中保存。能與水和酸作用放出氫。

釹主要的應用領域:

  • 永磁材料: 釹磁鐵是商業上高強度的永磁材料之一。其中釹鐵硼磁鐵(NdFeB magnet)是目前最主要的稀土永磁體類型合金材料,它們廣泛應用於電機、電子設備、磁盤驅動器、磁性分選機、磁性閥門和許多其他設備中,像是混合動力汽車中高功率和重量的馬達,或是運用在飛機和風力發動機裡的發電機,以產生強大的磁場。
  • 玻璃和陶瓷着色劑:通常其氧化物被用作玻璃和陶瓷的着色劑,以製造顏色飽和的玻璃、陶瓷和琺瑯產品,以及焊工和吹玻璃工的護目鏡或其應用能建造可選擇性天文過濾器。在1927年首次商業用作玻璃染料,現在仍然是玻璃中流行的添加劑。
  • 雷射材料摻雜劑: 釹固態雷射使用釹的特性來產生高功率的雷射光束,例如摻釹釔鋁石榴石(Nd:YAG)、摻釹氟化釔鋰(Nd:YLF)、摻釹正釩酸釔(Nd:YVO4)和釹玻璃等,或是在某些雷射中可做人造紅寶石來代替真寶石。廣泛應用於材料加工、通信、醫學、牙科和工業領域中。
  • 玻璃抗反射塗層: 釹氧化物被用於光學玻璃的抗反射塗層中,以減少反射並提高光學系統的性能。
  • 核能應用:143Nd被用於核物理研究和核反應堆的燃料。
  • 光學鏡片和光學器件: 釹玻璃被用於光學鏡片、光學器件和雷射材料中,用於製造高性能的光學系統,如玻璃和陶瓷的紫色染料、鐠釹玻璃、陶瓷電容器等。
  • 音響和耳機: 被廣泛應用於音響設備、麥克風、入耳式耳機和專業揚聲器中,以提供高品質的音頻性能。
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