Seltene Erden - Anwendungen

Magnete
Neodym hat 4 ungepaarte Elektronen in der 4f-Schale. Das klingt erst einmal nicht allzu spektakulär. Trotzdem kann man aus Neodym, die stärksten Dauermagnete bauen. Es gibt winzige Magnete aus einer Neodym-Eisen-Bor-Legierung der Zusammensetzung Nd₂Fe₁₄B, die genauso stark sind wie ein großer Dauermagnet aus Eisen. Neodymmagnete werden häufig dort eingesetzt, wo man sehr starke Dauermagnete auf kleinem Raum benötigt. Bei höheren Temperaturen sind allerdings Cobalt-Samarium-Magnete die bessere Wahl (siehe Abschnitt über Lautsprecher).
Holmium besitzt das höchste magnetische Moment eines natürlich vorkommenden chemischen Elements (10,6 μ_B).  Wegen seiner außergwöhnlichen magnetischen Eigenschaften verwendet man Holmium in Polschuhen von Hochleistungsmagneten zur Erzeugung stärkster Magnetfelder.

Lautsprecher
Cobalt-Samarium-Magnete sind hervorragende Dauermagnete, die nur schwer durch äußere Felder zu entmagnetisiert werden können. Für hochwertige Lautsprecher verwendet man daher häufig solche Magnete.

Eine besondere Art von Lautsprechern kann man mit Hilfe von Terfenol-D bauen. Diese Legierung aus Terbium, Dysprosium und Eisen ändert in ihrem Magnetfeld ihre Größe. Terfenol-D hat die höchste Magnetostriction aller bekannten Legierungen, es dehnt sich also aus und zieht sich zusammen, je nach angelegtem Magnetfeld. Ursprünglich wurde diese Legierung in den 1970er Jahren im Naval Ordnance Laboratory in den U.S.A. für Hochleistungssonargeräte entwickelt. Man kann mit Hilfe dieser Technologie auch "Soundbugs" konstruieren. Mit einem solchen Gerät kann man nahezu jede glatte Oberfläche die in der Lage ist zu schwingen, z.B. eine Fensterscheibe, in einen Lautsprecher verwandeln. Stellen Sie sich eine Horde von Jungendlichen vor, die in die S-Bahn oder den Nahverkehrszug stürzen, ein Handy-großes Gerät (ihren "Soundbug") aus der Tasche ziehen und dieses mit einem Gummisauger an der Fensterscheibe des Zuges befestigen. Sobald der MP3-Player eingestöpselt ist wird das ganze Abteil mit glasklarem Sound beglückt. Eine Horrorvorstellung, die bestimmt bald eintritt. Es gibt tatsächlich bereits kommerzielle Anwendungen für diese Technologie von der Firma FeONIC, z.B. die "flüsternde Schaufensterscheibe" ("Whispering Window"). 


Laser
Einkristalle von Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) werden künstlich hergestellt und bilden das Herzstück vieler Laser. Diese Einkristalle werden mit anderen Seltenerdelementen dotiert, z.B. mit Neodym. Der entsprechende Laser wird dan häufig als "Neodym-YAG-Laser" bezeichnet.

Für die Herstellung von Feststofflasern dotiert man Yttrium-Eisen-Granat (YIG), Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) und Yttrium-Lanthan-Fluorid (YFL) mit Holmium. Holmiumlaser emittieren bei 208 nm und sind daher ungefährlich für die Augen. Diese Laser werden in der Medizin, Zahnmedizin und in der Glasfaseroptik angewendet.


Farbbildschirme
Europiumdotiertes Yttriumoxid wirkt als roter Luminophor (Leuchtstoff) in Fernsehbildröhren.
Oxysulfide des Gadoliniums dienen zur Herstellung von grünen Leuchtstoffen für nachleuchtende Bildschirme z.B. bei Radarbildschirmen.

LED
Einige Lanthanoide werden als Leuchtstoffe zur Konversion der Primärstrahlung von LEDs eingesetzt. So verwendet man z.B. mit Cer aktivierte Yttrium- oder Terbium-Granate als gelben Leuchtstoff. Als grüner Leuchtstoff dient z.B. ein Europium-aktiviertes Calcium-Magnesium-Chlorosilikat. Mit Hilfe solcher Leuchtstoffe gelingt es, das grell weiße Licht der LEDs in angenehme warme Farbtöne umzuwandeln (siehe z.B. dieses Patent oder diese beiden Veröffentlichungen in Journal of the Electrochemical Society von 2009 und 2011).

Abgaskatalysator
Bei der Herstellung der Lambdasonde für den Abgaskatalysator wird dem Zirconiumoxid etwas Yttriumoxid zugesetzt, damit sich der keramische Formkörper nach der Herstellung nicht verformt. Außerdem bewirkt das Yttriumoxid, dass die Sonde  bei niedrigerer Betriebstemperaturarbeitet.

Legierungen mit besonderen Eigenschaften
Es gibt eine Legierung aus Ytterbium, Gallium und Germanium, die sich bei starker Erwärmung bis +130 °C oder Abkühlung auf -170 °C praktisch nicht ausdehnt oder zusammen zieht. Diese Legierung ist hoch interessant für Anwendungen in der Raumfahrt und Bauteile, die in dem genannten Temperaturbereich möglichst keine Veränderung ihrer Abmessungen erfahren dürfen.

Scandium zeigt in Legierungen mit Aluminium gefügestabilisierende und korngrößenfeinende Effekte. Solche Legierungen mit 0,1 bis 0,5% Scandium wurden beim Bau sowjetischer Militärflugzeuge (MIG-21 und MIG-29) verwendet. Auch Sportgeräte die höchsten Anforderungen hinsichtlich Leichtigkeit und Festigkeit genügen müssen, werden manchmal aus Scandium-Aluminium-Legierungen gefertigt, so z.B. Baseballschläger oder Fahrräder. Smith & Wesson produziert darüber hinaus Revolver mit einem Rahmen aus einer Scandiumlegierung. Titanlegierungen zeigen allerdings ähnliche Eigenschaften hinsichtlich Leichtigkeit und Festigkeit. Diese sind preiswerter als Legierungen mit Scandium und werden daher öfter verwendet.

Kerntechnik
Holmium absorbiert effektiv Neutronen aus Kenrspaltungsreaktionen und wird deshalb in Regelstäben von Kernreaktoren eingesetzt. Als Regelstäbe verwendet man außerdem Cermets aus Dysprosiumoxid-Nickel.

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