Elementi rijetkih zemalja, zahvaljujući svojim jedinstvenim strukturama elektronske ljuske i izuzetnim magnetskim, optičkim i električnim svojstvima, postali su strateški resursi osporavani na globalnom nivou. Kako se novi krug tehnološke revolucije i industrijske transformacije ubrzava, rizici za sigurnost globalnog lanca snabdijevanja postali su istaknuti, a fokus sigurnosti resursa velikih sila se pomjerio sa minerala u velikim količinama na kritične minerale. U tom kontekstu, strateška vrijednost rijetkih zemalja je naglo porasla, a njihov strateški položaj je postao još izraženiji, što ih čini ključnim fokusom konkurencije resursa i industrijskog rivalstva među velikim silama.
Cerijum oksid (CeO₂) nudi prednosti relativno obilnih rezervi i niske cijene, zajedno sa posebno izvanrednim fizičko-hemijskim svojstvima, što ga čini jednim od najčešće proučavanih i reprezentativnih oksida rijetkih zemalja.
Od 31. marta do 10. aprila 2025. godine, u roku od samo deset dana, uzastopno su objavljena tri istraživačka rada o cerijevom oksidu.JACS, Nauka, iPriroda, što je izazvalo talas "ludog cerijevog oksida".
U praktičnim proizvodnim primjenama, praškovi za poliranje rijetkih zemalja uživaju zvjezdanu reputaciju zbog svojih izuzetnih performansi u preciznom poliranju, čime su stekli titulu "kralja materijala za poliranje". Glavna komponenta ovih praškova za poliranje retkih zemalja je CeO₂, pa su poznati i kao praškovi za poliranje na bazi cerijuma- ili jednostavno praškovi za poliranje na bazi cerijuma{2}}, a mogu se nazvati i prahovima za poliranje CeO₂.
Titulu "kralja" stekao je uglavnom iz sljedeća četiri razloga:
(1) Kristali CeO₂ imaju fluorit-tip lice-centrirane kubične rešetkaste strukture, sa prostornom grupom Fm-3m. U strukturi fluorita, joni cerijuma nalaze se na uglovima kocke i geometrijskim centrima lica, dok ioni kiseonika ispunjavaju tetraedarske i oktaedarske međuprostore formirane od jona cerijuma na zbijeno zbijeni način.
(2) U poređenju sa drugim vrstama praha za poliranje, CeO₂ poliranje nudi veće brzine poliranja, veću završnu obradu poliranih proizvoda i veću ravnost. Osim toga, proizvodi polirani CeO₂ imaju duži vijek trajanja.
(3) CeO₂ ima Mohsovu tvrdoću od oko 7, što znači da tokom mehaničkog djelovanja ima dovoljnu tvrdoću za rezanje i poliranje mekših materijala, ali ne uzrokuje pretjerano fizičko oštećenje radnog predmeta koji se polira.
(4) CeO₂ pokazuje visoku hemijsku reaktivnost prema silikatnom staklu, što znači da može reagovati sa staklenom površinom i stvoriti efekat hemijskog mehaničkog poliranja (CMP). Ovaj proces uključuje i fizičku abraziju i hemijsku reakciju, zbog čega se široko koristi u poliranju stakla.
Četiri "metode sinteze" za cerij oksid rijetke zemlje
Trenutno postoje četiri glavne metode za pripremu rijetkih zemlja cerijum oksida:
(1) Hidrotermalna sinteza. Ova metoda se obično izvodi u zatvorenom autoklavu pod visokim-pritiskom, koristeći vodeni rastvor kao medij. Zagrijavanjem do subkritičnih ili superkritičnih uslova, prekursor soli cerijuma direktno kristalizira u prisustvu mineralizatora ili surfaktanta, dajući čestice CeO₂.
(2) Hemijske precipitacije. Taloženje je najosnovnija i najčešće korištena metoda u industrijskim primjenama. Dodavanjem precipitanta (kao što je natrijum hidroksid, amonijum bikarbonat, amonijačna voda, itd.) u rastvor cerijeve soli, dobija se hidroksid ili karbonatni prekursor, koji se zatim kalciniše da bi se dobio CeO₂.
(3) Sol-gel metoda. Ova metoda koristi metalna organska jedinjenja ili rastvorljive anorganske soli kao prekursore, koji se otapaju i zatim podvrgavaju reakcijama hidrolize i kondenzacije da bi se formirao prozirni sol, koji se dalje transformiše u trodimenzionalni mrežni gel, i na kraju se kalcinira da bi se dobio CeO₂.
(4) Metoda mikroemulzije. Ova metoda koristi mikroemulzioni sistem sastavljen od surfaktanata, uljne faze i vodene faze kao "nanoreaktor", gdje se odvija nukleacija, koalescencija i toplinska obrada kako bi se dobio CeO₂.