Redki zemeljski elementi prstnih odtisov iz zraka

The Enormous Radio / Lovers, Villains and Fools / The Little Prince (Julij 2019).

Anonim

V bistvu za mnoge sodobne tehnologije, ki so še vedno minirane na nekaj mestih, "redki zemeljski elementi" pravzaprav niso tako redki - jih je težko najti v koncentracijah, zaradi katerih so gospodarske. Raziskovalci iz Univerze Cambridge in British Antarctic Survey (BAS) preiskujejo, ali se izjemne lastnosti teh materialov lahko uporabijo za sledenje od zraka.

Naslednjič, ko uporabljate svoj mobilni telefon, rezervirajte trenutek za drobne, a še pomembne sestavine, ki omogočajo to in še veliko drugih tehnologij - redkih zemeljskih elementov (REE).

Uporabljeni v računalnikih, optičnih kablovih, komponentah zrakoplova in celo sistemu za preprečevanje ponarejanja v eurobankovcih, so ti materiali

3 milijarde dolarjev industrije, pri čemer se bo povpraševanje povečalo v prihodnjih desetletjih.

Trenutno več kot 95% svetovnega povpraševanja po REE izpolnjuje en sam rudnik na Kitajskem. Varnost prihodnje dobave teh 17 kritičnih kovin, ki vključujejo neodim, europij, terbij, disprozij in itrium, je velika skrb za evropske vlade in opredelitev potencialnih virov REE zunaj Kitajske se obravnava kot prednostna naloga.

V preteklem letu so Drs Sally Gibson, Teal Riley in David Neave sodelovali na projektu Skupnega inovacijskega projekta Univerze Cambridge-BAS (glej panel) o tehniki daljinskega zaznavanja, ki bi lahko pomagali prepoznati REE v kamninah kjerkoli na svetu. Projekt združuje strokovno znanje o daljinskem zaznavanju, geokemiji in mineralogiji obeh inštitutov, da izkoristi prednosti

lastnosti, zaradi katerih so kovine tako posebne.

"Kljub njihovemu imenu redki zemeljski elementi niso posebej redki in so bogati v Zemljini skorji kot elementi, kot so baker in kositer, " pojasnjuje Riley iz BAS. "Vendar, da jih je mogoče ekstrahirati na ekonomski način, jih je treba koncentrirati v žile ali usedline."

Identifikacija teh koncentracij, ki je ključnega pomena za prihodnjo zanesljivost oskrbe. Vsi REE imajo atomsko strukturo, ki povzroča reakcijo na fotone svetlobe skozi vrsto elektronskih prehodov. To jim daje magnetne in električne lastnosti, za katere so cenjene v plazemskih televizorjih, vetrnih turbinah in električnih akumulatorjih. In to tudi pomeni, da absorbirajo za vsak foton svetlobe na edinstven način odražajo druge fotone - to je lastnost, ki so jo raziskovalci pritegnili kot sredstvo za sledenje.

"Svetloba, ki jo odražajo, je tako specifična, da je kot prstni odtis, ki ga lahko zajamemo s pomočjo senzorjev, ki zbirajo emisije svetlobe, " pojasnjuje Gibson iz Cambridgeovega oddelka za znanosti o Zemlji. "Težava pa je, da se v naravno nastajajočih kamninah in mineralih spadajo emisijski spektri redkih zemelj z drugimi elementi. To je kot gledanje prekrivajočih se prstnih odtisov - izziv je bil pripraviti, kako razbiti teh spektralnih prstnih odtisov. "

Gibson ima več kot 20 let izkušenj, ki preučujejo, kako se REE nastajajo med taljenjem zemeljskega plašča. "Kolektivno razumevanje geološke strukture sveta je sedaj dovolj dobro, da vemo, kje iskati te kamnine - na mestih določene vrste preteklega tektonskega delovanja - toda tudi takrat jih je težko najti."

Riley je vodja geološke skupine za mapiranje pri BAS - njegova naloga je, da na zemljevidu razvrstimo neizkoriščena področja polarnega območja, da bi razumeli geološki razvoj celine. Veliko dela je odvisno od sposobnosti razvijanja novih načinov zasliševanja satelitskih in letalskih podatkov na daljinsko zaznavanje. "Postalo je frustracija, da lahko zbiramo podatke in ponavljamo, kaj je na tleh, vendar ne moremo določiti posameznih prstnih odtisov, zato smo razvili analitična orodja za to."

Gibson in Neave sta zbrali kamenje z minerali, ki vsebujejo REE, iz vsega sveta - iz rudarskih podjetij, muzejskih zbirk in univerz. Eden takšnih virov je bila kolekcija Harker, ki jo je zasadil Univerzi v Muzeju Zemeljskih znanosti Sedgwick. Ta zbirka vsebuje vzorce mineralov in kamnin, bogatih z REE, ki so jih desetletja zbrali geologi, ki niso vedeli za njihov gospodarski pomen.

Neave je analiziral emisijski spekter vsake kamnine in to povezal s svojo bruto in mikroskopsko sestavo. Iz teh informacij je začel razpletati posamezne prstne odtise, kar je po mnenju raziskovalcev najbolj razširjena "spektralna baza podatkov" REE v njihovem naravnem stanju - v kamninah.

Naslednji cilj je uporaba te spektralne podatkovne baze kot referenčnega vira za sledenje vlog iz zraka. "Čeprav so podatki iz letala zdaj dovolj dobri, da bi jih tako analizirali, čakamo, da se bodo v naslednjih nekaj letih začele izvajati nove satelitske misije, kot je nemški program za okoljsko kartiranje in analizo (EnMAP), " pojasnjuje Riley. potem bi bilo treba izvesti izvi- ranje za najverjetnejše terene in preučiti možnost rudarjenja teh območij. "Upamo, da bo ta raziskava pripomogla k ustvarjanju mednarodno edinstvene in konkurenčne sposobnosti, da se presenetljivo pogosto navedejo - še težko najti - materiali", dodaja Gibson.

Aurora Cambridge

Iskanje redkih zemeljskih elementov je eden izmed številnih tekočih projektov med Univerzo in BAS. Tako kot novi center - Aurora Cambridge - odražajo etos, ki ga je inovacija, razvita za Antarktiko, prenosljiva na globalno okolje.

Aurora Cambridge si prizadeva ustvariti nove raziskovalne in podjetniške dejavnosti, osredotočene na podnebne spremembe in izzivna okolja s pomočjo akademskih, poslovnih in političnih partnerstev. Biti bo na BAS v Cambridgeu in ga podpira Nacionalni svet za raziskave okolja ob podpori univerze.

Stavba naj bi odprla leta 2017; vendar 27 skupnih inovativnih projektov Univerze v Cambridgeu-BAS že poteka s financiranjem Sveta za financiranje visokega šolstva za Anglijo - vključno z razvojem tehnologij za preslikavo redkih zemeljskih elementov, ki jih vodijo Drs Sally Gibson in Teal Riley.

Drugi projekti vključujejo raziskave o hladno prilagojenih encimih z možnimi aplikacijami v biotehnoloških industrijah, daljinskem zaznavanju za ohranjanje morskih ptic in morskih sesalcev ter merjenju obalne ranljivosti z dvigom morske gladine. Mnogi vključujejo zunanje industrijske partnerje in druge raziskovalne institucije ter raziskovalce iz BAS in 12 univerzitetnih oddelkov.

"Skupni projekti ne kažejo le na pomen raziskovalne tehnologije na Antarktiki, temveč tudi na njihovo prenosljivost zunaj njenih obal do globalnega okolja, " pojasnjuje direktorica Inovacije BAS BAS Beatrix Schlarb-Ridley. "Projekt SPECTRO-ICE je na primer prinesel znanstvenike na BAS, ki se ukvarjajo z nadzorovanjem atmosfere nad ledeno kapo, skupaj s fiziki in matematiki, ki se trudijo, da bi se izognili ogledu atmosfere pri njihovem študiju zvezd. tehnike in potrebe po uporabi naprednih instrumentov na zahtevnih lokacijah. "

"To je šele začetek, " pravi direktorica BAS, profesorica Jane Francis. "Novi inovacijski center nam bo pomagal razširiti paleto plodnih partnerstev z univerzami, podjetji, oblikovalci politik in tretjim sektorjem, da bi ustvarili oprijemljive koristi za družbo."

menu
menu