1 中国科学院地球化学研究所, 矿床地球化学国家重点实验室, 贵阳 550081
2 中国科学院大学地球与行星科学学院, 北京 100049
稀土元素在铝(氢)氧化物矿物表面的吸附过程对铝土矿中稀土元素的富集和以吸附态存在的稀土元素的提取回收均具有重要影响。本文选择勃姆石作为研究对象, La和Y分别作为轻稀土和重稀土元素的代表, 以批实验的方法, 探究吸附时间、溶液pH值和背景电解质对勃姆石吸附稀土离子的影响。研究发现: 勃姆石吸附稀土离子在72 h内能够接近平衡, 对La3+和Y3+的吸附率分别约为45%和35%; 在所选pH值范围内吸附率随pH值增加而升高; 同时, 吸附率随背景电解质浓度增加而升高。由于质子化效应, 在弱酸性条件下, 勃姆石表面携带正电荷, 与稀土离子之间存在静电斥力, 稀土离子与勃姆石之间可能形成内圈络合物。通过对比轻稀土和重稀土的吸附行为发现, 勃姆石对轻稀土有更强的吸附能力。此外, 通过热力学和动力学模型拟合分析发现, 勃姆石对稀土离子的吸附更符合Langmuir单层吸附模型和准二级动力学模型。
勃姆石 稀土元素 吸附 电位滴定 铝(氢)氧化物 批实验 boehmite rare earth element adsorption potentiometric titration aluminum (hydrogen) oxide material batch experiment
1 国防科技大学空天科学学院新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室, 长沙 410073
2 中国运载火箭技术研究院空间物理重点实验室, 北京 100076
超高温陶瓷及其复合材料因具有耐超高温、轻质和抗氧化烧蚀等优点, 目前已成为航空航天领域热结构材料研究的热点和前沿。基于稀土化合物在热障涂层等领域的优异性能和成功应用, 研究人员将稀土化合物引入超高温陶瓷及其复合材料中, 改善氧化层的结构和性质, 以期解决超高温陶瓷基复合材料氧化层增长速度偏快和宽温域高低温循环氧化层易剥落等问题。本文综述了稀土改性超高温陶瓷及其复合材料的研究现状, 分析探讨了改性机理, 并展望了未来的研究发展方向。
超高温陶瓷 超高温陶瓷复合材料 稀土元素 氧化烧蚀行为 化合物改性 氧化层 ultra-high temperature ceramics ultra-high temperature ceramic composite rare earth element oxidation and ablation behavior compound modification oxide layer
1 中国地质大学（武汉）珠宝学院, 湖北 武汉 430074
2 中国地质大学（武汉）珠宝检测中心, 湖北 武汉 430074
新疆是世界重要和田玉产地之一, 其中于田产和田玉又为优质山料的代表。 研究对来自新疆于田县哈尼拉克、 阿拉玛斯、 赛迪库拉木、 齐哈库勒四个矿点的48块和田玉样品进行谱学特征及化学成分分析, 采用常规宝石学测试、 傅里叶红外光谱、 激光拉曼光谱以及激光剥蚀电感耦合等离子体质谱等现代谱学仪器测试。 结果表明, 新疆于田和田玉样品颜色呈青色、 青白色、 青黄色、 黄白色、 灰白色特征, 样品呈典型油脂—玻璃光泽, 不透明—半透明, 为多晶质集合体, 折射率在1.61～1.62范围, 相对密度范围为2.95～2.99。 新疆于田和田玉样品的红外光谱显示了900～1 200和400～760 cm-1范围内透闪石的特征吸收谱带。 O—Si—O反伸缩振动、 对称伸缩振动显示为位于1 143, 1 096, 1 040, 995和925 cm-1处的峰, Si—O—Si对称伸缩振动显示为位于763和689 cm-1处的峰, 而538, 512, 465和420 cm-1处的峰与Si—O弯曲振动、 M—O的晶格振动及OH平动有关。 新疆于田和田玉的拉曼光谱符合透闪石谱学特征, 其中120, 175, 220, 365和389 cm-1处是晶格振动峰值, 670 cm-1峰值代表了闪石类矿物的Si—O—Si伸缩振动, 931, 1 029和1 060 cm-1是由于Si—O伸缩振动, 3 672和3 680 cm-1属于M—OH伸缩振动。 新疆于田和田玉的主要成分为MgO, CaO和SiO2, 稀土元素特征显示为δCe值为0.068～3.902, 平均值1.064; δEu值为0～8.832, 平均值0.343, 具有负Eu异常; LREE/HREE为0.010～3.369, 平均值0.682。 ΣREE值为0.407～18.768, 平均值3.138。 利用微量元素特征和稀土元素特征可从化学成分方面将新疆于田和田玉与韩国春川、 新疆且末、 青海三岔河等其他代表性产地的和田玉进行区分。 新疆于田和田玉的谱学特征及成分信息丰富了和田玉产地信息数据, 为进一步研究提供参考, 未来可以根据宝石学特征、 谱学特征和稀土元素、 微量元素特征提取各产地和田玉的产地信息, 结合和田玉成矿地质条件背景, 使和田玉产地精细溯源至每个矿点矿脉成为可能。
和田玉 新疆于田 谱学特征 稀土元素 微量元素 Nephrites Xinjiang Yutian Spectroscopy characteristic Rare earth element Trace elements 光谱学与光谱分析
2022, 42(12): 3851
1 青岛理工大学机械与汽车工程学院，山东 青岛 266520
2 青岛海西重机有限责任公司技术中心，山东 青岛 266520
为了解决在钛合金表面通过激光熔覆技术制备得到的Al2O3-ZrO2陶瓷涂层脆性大、易开裂的问题，有效提升钛合金性能，扩大其使用范围，采取在熔覆层材料中添加稀土氧化物CeO2的方法，对Al2O3-ZrO2陶瓷熔覆层的裂纹敏感性进行了改善。通过分析熔覆层宏观、微观组织，测试熔覆层性能，研究CeO2含量对熔覆层裂纹敏感性的影响规律，探究CeO2调控辅助激光熔覆制备Al2O3-ZrO2陶瓷涂层最佳含量，揭示稀土氧化物对熔覆层裂纹敏感性影响的作用机理。结果表明：通过添加稀土氧化物调控，熔覆层裂纹数量明显减少，熔覆层裂纹控制主要归功于稀土元素对熔覆层组织的细晶强化效应；当CeO2质量分数为0.8%时，熔覆层微观组织最为致密，对裂纹抑制作用最为明显；熔覆层断裂韧性相较未添加稀土调控辅助时有明显提高，从4.1 MPa·m1/2提高至7.3 MPa·m1/2。
激光技术 稀土元素 激光熔覆 裂纹控制 陶瓷涂层 钛合金 激光与光电子学进展
2022, 59(19): 1914004
1 东华理工大学 核科学与工程学院, 江西 南昌 330013
2 兰州大学 核科学与技术学院 甘肃 兰州 730000
为了满足现代分析检测技术发展的新要求，促进激光诱导击穿光谱技术(LIBS)在元素分析中的应用，本文利用LIBS结合定标曲线法对内蒙古白云鄂博稀土矿区土壤中的稀土元素钐(Sm)进行了定量分析，初步检验了LIBS对稀土矿样元素成分的检测能力。首先，以编号为GBW07402a国家标准物质土壤为基底，采用标准加样法制备了Sm2O3含量分别为1%、5%、10%和20%的待分析样品。其次，通过调节激光脉冲能量参数对基底样品进行激发，探究了激光能量参数对谱线强度和信背比的影响，得出最优化的实验条件后，对所有待分析样品进行激发以获取等离子体光谱信息。接着，分别采用多峰Lorentz拟合扣除背底法(MFM)和级联积分保留背底法(CIM)对光谱信息进行处理，构建以谱线积分强度与元素含量为关联量的定标曲线。最后，根据定标曲线进行含量预测，初步评估了LIBS用于稀土矿区土壤样品中Sm元素的检测性能。研究结果表明：受稀土矿区土壤基体效应的影响，Sm元素的谱线出现了强烈的展宽而导致无法进行有效分辨，而钠(Na)、钾(K)、钛(Ti)和铁(Fe)等元素的谱线没有呈现出明显的展宽。通过对比不同含量下的光谱信息，选取410 nm-band和470.44 nm为Sm元素分析谱线用于定量分析。基于积分强度和元素含量构建的定标曲线都有着较好的线性相关度，拟合系数(R2)值大都在0.99以上；相比而言，采用CIM处理光谱信息，可以获取更好的线性相关度，最大值为0.99927。以Sm含量为4.310%的3#样品为未知待测样品，采用留一法构建定标曲线对其含量进行预测分析，结果显示CIM法使得分析线具有极佳的预测性能，两条分析线对3#样品含量的预测相对误差均在1%以内。实验结果说明LIBS能够实现稀土矿区土壤中稀土元素Sm含量的检测分析，满足现代分析技术的新要求，为开发便携式稀土元素检测仪提供了实验依据。
激光诱导击穿光谱 土壤 钐 稀土元素 定量分析 laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) soil Sm rare earth element quantitative analysis
本文通过一步反应合成法制备了铌镁-锆钛酸铅(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-Pb(Zr,Ti)O3, PMN-PZT)压电陶瓷, 研究了稀土元素钐(Sm)掺杂对PMN-PZT(x%(摩尔分数)Sm-PMN-PZT)结构与电学性能的影响规律, 得到了具有高压电性、高机电耦合系数和高居里温度的压电陶瓷。当x=2.0时, 压电常数d33=611 pC/N, 机电耦合系数kp=0.68, 介电损耗tan δ=1.65%,相对介电常数εr=2 650, 居里温度TC=283 ℃。测试压电陶瓷电致应变性能, 在3 kV/mm下单极电致应变达到0.20%, 显示出其大应变材料的特征。结果表明, Sm掺杂PMN-PZT压电陶瓷具有优异的综合电学性能, 有望在换能器、传感器以及致动器等领域广泛应用。
PMN-PZT压电陶瓷 稀土元素掺杂 压电性能 机电耦合系数 居里温度 大应变 PMN-PZT piezoelectric ceramics rare-earth element doping piezoelectricity electromechanical coupling coefficient Curie temperature large strain
国防科技大学空天科学学院，新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室，长沙 410073
近年来，稀土钙钛矿氧氮化物因其出色的多功能性以及在光学、光催化、介电和磁性材料等领域的应用前景备受关注。本文介绍了稀土钙钛矿氧氮化物的结构稳定性计算方法，总结了其制备方法，最后阐述了其主要应用情况，并对其进一步研究和发展进行了展望。
稀土元素 钙钛矿 氧氮化物 合成方法 rare-earth element perovskite oxynitride synthesis method
传统的激光诱导击穿光谱(LIBS)多应用于物质定性分析, 是因为该仪器在定量分析时存在重复性差, 检测结果准确度差等缺点, 没有达到定量分析对准确度和精密度的要求。 近年来, LIBS技术在硬件方面和软件方面得到快速发展, 基于LIBS技术突出的优点, 简单快速, 使得该方法作为一种强有力的检测手段, 实现了一次进样同时定量检测多种元素, 并取得了较为满意的测定结果。 为了将LIBS技术应用到土壤样品中稀土元素的定量分析, 本方法对LIBS技术的工作条件进行了优化, 并筛选出最佳的工作条件: 激光输出能量(1.6 mJ)、 脉冲延迟时间(0.1 μs)、 光斑直径(100 μm)、 激光频率(20 Hz)、 缓冲气的流量(0.3 L·min-1); 待分析样品采用超高压制样技术, 使样品的塑化效果得到有效改善, 表面更加致密平整, 有效降低了样品的粉末效应, 且随着制样压力的增加, 样品的特征的显示谱图基线明显较少, 噪声降低, 提高了信背比和测定结果的精密度; 在激光剥蚀过程中采用剥蚀新鲜面的方式, 可以大大降低热效应的影响, 提高测定结果的准确度; 同时, 采用土壤标准物质(基体匹配法)作定标曲线, 大大降低基体效应的影响, 分析结果的准确度也得到改善。 该方法经过国家一级标准物质的验证, 测定值和认定值基本一致, 表明该方法较为准确可靠。 从全部结果分析, 轻稀土元素分析结果的准确度较差, 但是该方法实现了一次进样多元素同时测定, 推动了LIBS技术发展, 尤其是在勘查地球化学领域的应用和发展, 也为LIBS技术推广应用到其他领域提供了新的思路。
激光诱导击穿光谱仪 高压制样 稀土元素 土壤样品 Laser induced breakdown spectroscopy (LIBS) High pressure pelletised sample Rare earth element Soil sample 光谱学与光谱分析
2020, 40(12): 3806
光谱学与光谱分析
2020, 40(11): 3341
