Рідкоземельні елементи, завдяки їхній унікальній структурі електронної оболонки та винятковим магнітним, оптичним та електричним властивостям, стали стратегічними ресурсами, які оскаржуються у всьому світі. Оскільки новий виток технологічної революції та промислової трансформації прискорюється, ризики для безпеки глобального ланцюжка поставок стають помітними, а центр безпеки ресурсів великих держав змістився з масових корисних копалин на важливі корисні копалини. На цьому тлі стратегічне значення рідкісноземельних металів різко зросло, а їхня стратегічна позиція стала ще більш помітною, що зробило їх ключовим центром конкуренції за ресурси та промислового суперництва між великими державами.
Оксид церію (CeO₂) пропонує переваги відносно значних запасів і низької вартості в поєднанні з особливо видатними фізико-хімічними властивостями, що робить його одним із найбільш вивчених і репрезентативних оксидів рідкоземельних металів.
З 31 березня по 10 квітня 2025 року, всього за десять днів, було опубліковано три дослідницькі статті про оксид церію.JACS, Наука, іприрода, викликавши хвилю «божевільного оксиду церію».
У практичному виробництві рідкоземельні полірувальні порошки користуються зірковою репутацією за виняткову продуктивність у точному поліруванні, заслуживши звання «короля полірувальних матеріалів». Основним компонентом цих рідкоземельних полірувальних порошків є CeO₂, тому вони також відомі як рідкоземельні полірувальні порошки на основі церію-або просто полірувальні порошки на основі церію-, а також їх можна називати полірувальними порошками CeO₂.
Він заслужив титул «короля» в основному з наступних чотирьох причин:
(1) Кристали CeO₂ мають флюорит-тип грані-центрованої кубічної решітки з просторовою групою Fm-3m. У структурі флюориту іони церію розташовані в кутах куба та геометричних центрах граней, тоді як іони кисню заповнюють тетраедричні та октаедричні проміжки, утворені іонами церію, щільно упакованими.
(2) Порівняно з іншими типами полірувальних порошків, полірування CeO₂ забезпечує більш високу швидкість полірування, кращу обробку поверхні полірованих виробів і більшу рівність. Крім того, вироби, поліровані CeO₂, мають довший термін служби.
(3) CeO₂ має твердість за Моосом приблизно 7, що означає, що під час механічної дії він має достатню твердість для різання та полірування м’яких матеріалів, але не спричиняє надмірного фізичного пошкодження заготовки, що полірується.
(4) CeO₂ демонструє високу хімічну реакційну здатність до силікатного скла, тобто він може реагувати з поверхнею скла, створюючи ефект хімічного механічного полірування (CMP). Цей процес включає як фізичне стирання, так і хімічну реакцію, тому він широко використовується для полірування скла.
Чотири «методи синтезу» рідкоземельного оксиду церію
В даний час існує чотири основних способи отримання рідкоземельного оксиду церію:
(1) Гідротермальний синтез. Цей метод зазвичай виконується в герметичному автоклаві під високим -тиском із використанням водного розчину як середовища. При нагріванні до субкритичних або надкритичних умов попередник солі церію безпосередньо кристалізується в присутності мінералізатора або поверхнево-активної речовини, утворюючи частинки CeO₂.
(2) Хімічне осадження. Осадження є найбільш фундаментальним і найбільш широко використовуваним методом у промисловому застосуванні. Додаючи осаджувач (наприклад, гідроксид натрію, бікарбонат амонію, аміачну воду тощо) до розчину солі церію, отримують попередник гідроксиду або карбонату, який потім прожарюють для отримання CeO₂.
(3) Золь-метод. Цей метод використовує металеві органічні сполуки або розчинні неорганічні солі як попередники, які розчиняються, а потім піддаються реакціям гідролізу та конденсації з утворенням прозорого золю, який далі перетворюється на три-вимірний сітчастий гель і, нарешті, прожарюється для отримання CeO₂.
(4) Мікроемульсійний метод. У цьому методі використовується мікроемульсійна система, що складається з поверхнево-активних речовин, масляної фази та водної фази як «нанореактора», де відбувається зародження, коалесценція та термічна обробка для отримання CeO₂.