Sjældne jordarters elementer er på grund af deres unikke elektronskalstrukturer og ekstraordinære magnetiske, optiske og elektriske egenskaber blevet strategiske ressourcer, der konkurreres globalt. Efterhånden som en ny runde af teknologisk revolution og industriel transformation accelererer, er risici for global forsyningskædesikkerhed blevet fremtrædende, og fokus for stormagters ressourcesikkerhed er flyttet fra bulkmineraler til kritiske mineraler. På denne baggrund er den strategiske værdi af sjældne jordarter steget kraftigt, og deres strategiske position er blevet yderligere udtalt, hvilket gør dem til et centralt fokus for ressourcekonkurrence og industriel rivalisering blandt stormagter.
Ceriumoxid (CeO₂) tilbyder fordelene ved relativt rigelige reserver og lave omkostninger, kombineret med særligt fremragende fysisk-kemiske egenskaber, hvilket gør det til et af de mest undersøgte og repræsentative sjældne jordarters oxider.
Fra 31. marts til 10. april 2025, inden for blot ti dage, blev tre forskningsartikler om ceriumoxid successivt offentliggjort iJACS, Videnskab, ogNatur, der udløste en bølge af "vanvittig ceriumoxid."
I praktiske produktionsapplikationer nyder sjældne jordarters poleringspulvere et fremragende ry for deres enestående ydeevne inden for præcisionspolering, hvilket tjener titlen "kongen af poleringsmaterialer". Hovedbestanddelen af disse sjældne jordarters poleringspulvere er CeO₂, derfor er de også kendt som cerium-baserede polerpulvere til sjældne jordarter eller simpelthen cerium-baserede poleringspulvere og kan også omtales som CeO₂ poleringspulvere.
Det har opnået titlen "konge" hovedsageligt af følgende fire grunde:
(1) CeO₂-krystaller har en fluorit-typeflade-centreret kubisk gitterstruktur med rumgruppen Fm-3m. I fluoritstrukturen er ceriumioner placeret i kubens hjørner og fladernes geometriske centre, mens oxygenioner fylder de tetraedriske og oktaedriske mellemrum dannet af ceriumionerne på en tætpakket måde.
(2) Sammenlignet med andre typer poleringspulver giver CeO₂-polering hurtigere poleringshastigheder, højere overfladefinish af de polerede produkter og større planhed. Derudover har produkter poleret med CeO₂ en længere levetid.
(3) CeO₂ har en Mohs hårdhed på ca. 7, hvilket betyder, at den under mekanisk påvirkning har tilstrækkelig hårdhed til at skære og polere blødere materialer, men alligevel ikke forårsager overdreven fysisk skade på det emne, der poleres.
(4) CeO₂ udviser høj kemisk reaktivitet over for silikatglas, hvilket betyder, at det kan reagere med glasoverfladen for at skabe en kemisk mekanisk poleringseffekt (CMP). Denne proces involverer både fysisk slid og kemisk reaktion, hvorfor den er meget brugt i glaspolering.
Fire "syntesemetoder" for sjældne jordarters ceriumoxid
I øjeblikket er der fire hovedmetoder til fremstilling af sjældne jordarters ceriumoxid:
(1) Hydrotermisk syntese. Denne metode udføres typisk i en forseglet højtryksautoklave med en vandig opløsning som medium. Ved opvarmning til subkritiske eller superkritiske betingelser krystalliserer ceriumsaltprecursoren direkte i nærvær af et mineraliseringsmiddel eller overfladeaktivt middel, hvilket giver CeO2-partikler.
(2) Kemisk udfældning. Nedbør er den mest fundamentale og mest udbredte metode i industrielle applikationer. Ved at tilsætte et udfældningsmiddel (såsom natriumhydroxid, ammoniumbicarbonat, ammoniakvand osv.) til en ceriumsaltopløsning opnås en hydroxid- eller carbonatprecursor, som derefter kalcineres til fremstilling af CeO2.
(3) Sol-gelmetode. Denne metode anvender organiske metalforbindelser eller opløselige uorganiske salte som forstadier, som opløses og derefter gennemgår hydrolyse- og kondensationsreaktioner for at danne en gennemsigtig sol, som yderligere omdannes til en tre--dimensionel netværksgel og til sidst kalcineres for at opnå CeO₂.
(4) Mikroemulsionsmetode. Denne metode anvender et mikroemulsionssystem sammensat af overfladeaktive stoffer, en oliefase og en vandig fase som en "nanoreaktor", hvor nukleering, sammensmeltning og varmebehandling finder sted for at give CeO2.