Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова РАН, Москва, Россия:

В. Б. Барановская, ведущий научный сотрудник, докт. хим. наук, доцент
Ю. А. Карпов, главный научный сотрудник, докт. хим. наук, профессор
К. В. Петрова, старший научный сотрудник, канд. техн. наук, эл. почта: gkv007@mail.ru
Н. А. Короткова, аспирант

Трудно назвать такую область современной науки и техники, где не использовали бы редкоземельные металлы (РЗМ). Обобщение всей существующей информации по данной проблеме из-за ее огромного объема и разнообразия вряд ли возможно и целесообразно. Поэтому для написания литературных обзоров в этой сфере обычно выбирают один-два актуальных сегмента в глобальной проблеме и детально их рассматривают. В настоящем обзоре в качестве таких сегментов выбраны металлургия и производство оптических материалов. В металлургии в первую очередь следует отметить применение РЗМ в составе многокомпонентных жаропрочных сплавов для авиационной и космической техники, в качестве раскислителей, для формирования совершенной структуры при создании композитных материалов и покрытий. Применение РЗМ растет как в черной, так и в цветной металлургии. В черной металлургии: повышение сопротивления аустенитной стали окислению при добавлении иттрия и церия, создание композитных покрытий с добавками оксида иттрия для достижения специальных свойств и др. В цветной металлургии: композиты на базе алюминиевых сплавов с добавками оксида церия; композитов на основе оловянистой бронзы, легированных оксидами церия; титановые сплавы, легированные иттрием и др. Редкоземельные металлы являются неотъемлемой частью исследований по созданию лазеров, солнечных батарей, оптоэлектронных усилителей и др. для применения в оптоэлектронике и других областях производства стекломатериалов и керамики. К таким областям применения РЗМ относятся алюмосиликатные, боратные стекла, различные виды оптической керамики. Создана группа легированных новых материалов для различных лазерных устройств и установок. К таким материалам можно отнести фтортеллуритовые стекла, легированные эрбием, многокомпонентные фторидные стекла, легированные европием и гольмием, вольфрамовые натриево-фосфатные стекла, легированные трехвалентными ионам и РЗМ, германатное стекло, легированное эрбием и иттербием, и др. Исследования в данной области непрерывно расширяются.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 20-13-00180).

1. Rare earth elements — statistics and facts. Available at: https://www.statista.com/topics/1744/rare-earth-elements/ (accessed: 17.04.2020).
2. Rare earth elements market size, share & trends analysis report by product (cerium, dysprosium, erbium), by application (magnets, catalyst), by region, and segment forecasts, 2019–2025. Available at: https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/rare-earth-elements-market (accessed: 17.04.2020).
3. Rare earth elements market — global industry analysis, size, share, growth, trends and forecast. 2015–2023. Available at: https://www.transparencymarketresearch.com/rare-earth-elements-market.html (accessed: 17.04.2020).
4. Market overview of rare earth elements (metals) in the CIS and the world. Available at: http://www.infomine.ru/files/catalog/48/file_48.pdf.
5. Samsonov N. Yu., Semyagin I. N. Review of the world and Russian market of rare earth metals. Eko. 2014. No. 2. pp. 45–54.
6. Zhou B., Li Z., Chen C. Global potential of rare earth resources and rare. Earth demand from clean technologies. Minerals. 2017. No. 7. p. 203.
7. Binnemans K., Jones P. T., Müller T., Yurramendi L. Rare earths and the balance problem: how to deal with changing markets. Journal of Sustainable Metallurgy. 2018. Vol. 4. pp. 126–146.
8. Ritter S. K. A whole new world for rare earths. How the technologically important metals rose from obscurity to ubiquity. Chemical & Engineering News. 2017. Vol. 95, Iss. 34. pp. 30–34.
9. Jha A. R. Rare earth materials: properties and applications. Boca Raton: CRC Press, 2016. p. 371.
10. Zheng Z., Wang S., Long J., Wang J., Zheng K. Effect of rare earth elements on high temperature oxidation behaviour of austenitic steel. Corrosion Science. 2020. Vol. 164. Article 108359.
11. Zhang M., Wang X. H., Qu K. L., Liu S. S. Effect of rare earth oxide on microstructure and high temperature oxidation properties of laser cladding coatings on 5CrNiMo die steel substrate. Optics & Laser Technology. 2019. Vol. 119. Article 105597.
12. Kumar Sharma Vipin, Kumar Vinod, Singh Joshi Ravinder. Investigation of rare earth particulate on tribological and mechanical properties of Al-6061 alloy composites for aerospace application. Journal of Materials Research and Technology. 2019. Vol. 8, Iss. 4. pp. 3504–3516.
13. Mayilsamy P., Kumareshbabu S. P., Nayan K., Srinivasan S. A. Mechanical property study on C90300 copper composites reinforced with rare earth oxide. Materials Today: Proceedings. 2019. Vol. 27, Part 3. pp. 2533–2536.
14. Alekseev E. B., Nochovnaya N. A., Novak A. V., Panin P. V. Deformable intermetallic titanium ortho-alloy doped with yttrium. Part 1. Study of ingot microstructure and construction of rheological curves. Trudy VIAM. 2018. Vol. 66, No. 6. pp. 12–21.
15. Alekseev E. B., Nochovnaya N. A., Novak A. V., Panin P. V. Deformable intermetallic titanium ortho-alloy doped with yttrium. Part 2. Study of the heat treatment effect on the microstructure and mechanical properties of rolled plate. Trudy VIAM. 2018. Vol. 72, No. 12. pp. 37–45.
16. Weng W., Biesiekierski A., Lin J., Ozan S., Wen C. Impact of the rare earth elements scandium and yttrium on beta-type Ti – 24Nb – 38Zr – 2Mo-base alloys for orthopedic applications. Materialia. 2020. Vol. 9. Article 100586.
17. Zekri M., Herrmann A., Turki R., Rüssel C., Damak K. Experimental and theoretical studies of Dy³⁺ doped alkaline earth aluminosilicate glasses. Journal of Luminescence. 2019. Vol. 212. pp. 354–360.
18. Zhao F., Liang Y., Lee J. B., Hwang S. J. Applications of rare earth Tb³⁺ – Yb³⁺ co-doped down-conversion materials for solar cells. Materials Science and Engineering: B. 2019. Vol. 248. Article 114404.
19. Sadeq M. S., Morshidy H. Y. Effect of mixed rare-earth ions on the structural and optical properties of some borate glasses. Ceramics International. 2019. Vol. 45, Iss. 1515. pp. 18327–18332.
20. Marcondes L. M., Rodrigues L., da Cunha C. R. et al. Rare-earth ion doped niobium germanate glasses and glass-ceramics for optical device applications. Journal of Luminescence. 2019. Vol. 213. pp. 224–234.
21. Jain A., Panwar A. K. Synergetic effect of rare-earths doping on the microstructural and electrical properties of Sr and Ca co-doped BaTiO₃ nanoparticles. Ceramics International. 2020. Vol. 46, Iss. 8. Part A. pp. 10270–10278.
22. Stefanovskiy S. V., Stefanovskaya O. I., Semenova D. V. Phase composition and structure of sodium-aluminophosphate-based glass materials containing oxides of rare earth elements. Radioaktivnye otkhody. 2018. Vol. 2, No. 1. pp. 97–101.
23. Titov S. V., Shilkina L. A., Verbenko I. A. et. al. Multi-scale structural changes in bismuth ferrite ceramics upon their modification with rare earth elements. Trudy KNTs RAN. Khimiya i materialovedenie. 2018. Vol. 9, Part 2. pp. 758–764.
24. Li Y., Dou B., Xiao Z. et al. Visible-infrared luminescence of Er³⁺ doped fluorotellurite glasses. Optical Materials. 2020. Vol. 105. Article 109900.
25. Zhou L., Ye R., Huang F. et al. Long lifetime of dual rare earth active centers in novel multi-component fluoride glasses for mid-infrared laser applications. Infrared Physics & Technology. 2020. Vol. 105. Article 103189.
26. Dousti M. R., Poirier G. Y., de Camargo A. S. S. Tungsten sodium phosphate glasses doped with trivalent rare earth ions (Eu³⁺, Tb³⁺, Nd³⁺ and Er³⁺) for visible and near-infrared applications. Journal of Non-Crystalline Solids. 2020. Vol. 530. Article 119838.
27. Da Silva D. S., Wetter N. U., Kassab L. R. P. et al. Double line waveguide amplifiers written by femtosecond laser irradiation in rare-earth doped germanate glasses. Journal of Luminescence. 2020. Vol. 217. Article 116789.
28. Lalla E. A., Sanz-Arranz A., Kontantinidis M. et al. Raman-IR spectroscopic structural analysis of rare-earth (Rе³⁺) doped fluorotellurite glasses at different laser wavelengths. Vibrational Spectroscopy. 2020. Vol. 106. Article 103020.
29. Kassab L. R. P., Bell M. J. V. Lanthanide-based multifunctional materials from OLEDs to SIMs. Rare-earth-doped germanate and tellurite glasses: Laser, waveguide, and ultrafast device applications. Amsterdam: Elsevier, 2018. pp. 263–289.