Sjeldne jordelementer, på grunn av deres unike elektronskallstrukturer og eksepsjonelle magnetiske, optiske og elektriske egenskaper, har blitt strategiske ressurser som konkurreres globalt. Etter hvert som en ny runde med teknologisk revolusjon og industriell transformasjon akselererer, har risikoer for global forsyningskjedesikkerhet blitt fremtredende, og fokuset for stormakters ressurssikkerhet har skiftet fra bulkmineraler til kritiske mineraler. Mot dette bakteppet har den strategiske verdien av sjeldne jordarter økt kraftig, og deres strategiske posisjon har blitt ytterligere uttalt, noe som gjør dem til et sentralt fokus for ressurskonkurranse og industriell rivalisering mellom stormakter.
Ceriumoksid (CeO₂) tilbyr fordelene med relativt rikelige reserver og lave kostnader, kombinert med spesielt enestående fysisk-kjemiske egenskaper, noe som gjør det til et av de mest studerte og representative sjeldne jordartsmetalloksidene.
Fra 31. mars til 10. april 2025, i løpet av bare ti dager, ble tre forskningsartikler om ceriumoksid publisert suksessivt iJACS, Vitenskap, ogNatur, utløste en bølge av "gal ceriumoksid."
I praktiske produksjonsapplikasjoner nyter sjeldne jordartspoleringspulvere et fantastisk rykte for sin eksepsjonelle ytelse innen presisjonspolering, og tjener tittelen "kongen av poleringsmaterialer." Hovedkomponenten i disse sjeldne jordartpoleringspulverene er CeO₂, derfor er de også kjent som cerium-baserte poleringspulvere for sjeldne jordarter, eller ganske enkelt cerium-baserte poleringspulvere, og kan også refereres til som CeO₂-poleringspulver.
Den har fått tittelen "konge" hovedsakelig av følgende fire grunner:
(1) CeO₂-krystaller har en fluoritt-flate-sentrert kubisk gitterstruktur, med romgruppen Fm-3m. I fluorittstrukturen er ceriumioner lokalisert i hjørnene av kuben og de geometriske sentrene av flatene, mens oksygenioner fyller de tetraedriske og oktaedriske mellomrommene som dannes av ceriumionene på en tettpakket måte.
(2) Sammenlignet med andre typer poleringspulver gir CeO₂-polering raskere poleringshastigheter, høyere overflatefinish på de polerte produktene og større flathet. I tillegg har produkter polert med CeO₂ lengre levetid.
(3) CeO₂ har en Mohs-hardhet på ca. 7, noe som betyr at den under mekanisk påvirkning har tilstrekkelig hardhet til å kutte og polere mykere materialer, men forårsaker ikke overdreven fysisk skade på arbeidsstykket som poleres.
(4) CeO₂ viser høy kjemisk reaktivitet mot silikatglass, noe som betyr at den kan reagere med glassoverflaten for å skape en kjemisk mekanisk poleringseffekt (CMP). Denne prosessen involverer både fysisk slitasje og kjemisk reaksjon, og det er derfor den er mye brukt i glasspolering.
Fire "syntesemetoder" for sjeldne jordarters ceriumoksid
For øyeblikket er det fire hovedmetoder for å tilberede sjeldne jordarter ceriumoksid:
(1) Hydrotermisk syntese. Denne metoden utføres vanligvis i en forseglet høytrykksautoklav med en vandig løsning som medium. Ved oppvarming til subkritiske eller superkritiske forhold krystalliserer ceriumsaltforløperen direkte i nærvær av en mineralisator eller overflateaktivt middel, og gir CeO2-partikler.
(2) Kjemisk utfelling. Nedbør er den mest grunnleggende og mest brukte metoden i industrielle applikasjoner. Ved å tilsette et utfellingsmiddel (som natriumhydroksyd, ammoniumbikarbonat, ammoniakkvann, etc.) til en ceriumsaltløsning, oppnås en hydroksyd- eller karbonatforløper, som deretter kalsineres for å produsere CeO2.
(3) Sol-gelmetode. Denne metoden bruker organiske metallforbindelser eller løselige uorganiske salter som forløpere, som løses opp og deretter gjennomgår hydrolyse- og kondensasjonsreaksjoner for å danne en gjennomsiktig sol, som videre forvandles til en tredimensjonal nettverksgel, og til slutt kalsineres for å oppnå CeO₂.
(4) Mikroemulsjonsmetode. Denne metoden bruker et mikroemulsjonssystem sammensatt av overflateaktive stoffer, en oljefase og en vandig fase som en "nanoreaktor", hvor kjernedannelse, koalescens og varmebehandling finner sted for å gi CeO2.