安东诺夫运输机的机身纵梁使用了钪铝合金。 图源:Alex Beltyukov
钪铝合金的开发虽然起始于航空航天高新技术的需求,但其出众的性能在一定程度上抵销了钪价格高昂的负面因素,近年来也出现在对成本更加敏感的民用领域。比如,钪铝合金的塑性与可焊接性能俱佳,是制造高端自行车的理想材料。在自行车车架和轮圈上使用钪铝合金后,现在已经开发出车架仅重1公斤多的便携耐用的山地自行车。
图源:https://www.cxmagazine.com/review-alan-xtreme-gravel-scandium-bike-custom
钪铝合金制备的自行车车架。
光的魔法师
除了在新材料的研发过程中扮演着神奇角色,钪元素还有许多重要应用集中在与光学相关的领域。
● 钪钠灯
钪钠灯是金属卤化灯中的一种,它比相同亮度的普通白炽灯节电80%,同时具有使用寿命长和破雾能力强等特点,广泛应用于电视摄像、广场、体育馆和马路等大型照明场所。
金属卤化灯的电弧管内充有汞、惰性气体和一种以上的金属卤化物。碘化钠成本低,通常是金属卤化物中的主要组分,但钠的发射光谱峰值在589nm(纳米)的黄光区,会导致在夜晚举行的球赛被笼罩在一种不自然的昏黄色调里。
理想的照明环境,我们不仅希望光源亮度高,而且越接近自然光越好,而奇妙的是,只需要在卤化灯中添加几毫克的钪,光色就会变得非常宜人。因为钪的发光波长集中在361nm-427nm,它可以在钠偏黄色的发光中增加些许蓝色,两者的互补使钪钠灯的发光与太阳光高度相仿。这样即使在夜晚,球场也可以亮如白昼。
钠(上图)和钪元素(下图)在可见光区域的特征光谱。 图源:Wikimedia
钪钠灯用于球场的夜间照明 图源:Pixabay
●激光器
钪不仅在用于普通照明的光源中有重要应用,还是一些激光器的核心元素。激光目前已经被广泛用于医疗、材料加工、尖端武器甚至核聚变等领域,而激光技术的发展离不开激光材料的进步。
钆镓钪石榴石晶体(GSGG)是以钪代替了一部分钆(Gd)而制成的基质材料。相比于用钇和铝作替代的类似晶体,以GSGG生产的新型激光器可以提高发射功率2-4倍,适用于制备小型化大功率的激光装置。目前GSGG已在反导等军工领域获得了较好的使用,并逐步向民用工业中发展。