Perché questa terra rara e critica rimane insostituibile

Secondo dati recenti della società di ricerca britannica Argus Media, il prezzo dell’ittrio delle terre rare nel mercato europeo è aumentato da circa 6 per chilogrammo all’inizio del 2025 a 6 per chilogrammo all’inizio del 2025 a 850 per chilogrammo il 26 febbraio 2026, il livello più alto da quando sono disponibili dati comparabili nel 2012.

Un'azienda giapponese che utilizza materie prime a base di ittrio ha osservato: "È molto difficile sostituire questo materiale con alternative e finora non si è verificata una chiara riduzione dei volumi di approvvigionamento". Altri dati mostrano che circa il 65% dei materiali contenenti ittrio o dei prodotti a base di ossido di ittrio importati negli Stati Uniti provengono dal Giappone.

L'ittrio metallico è un metallo bianco-argenteo chimicamente reattivo prodotto principalmente riducendo il fluoruro di ittrio con calcio metallico. Tende ad ossidarsi all'aria perdendo la sua lucentezza metallica. In condizioni ambientali, l'ittrio metallico esiste tipicamente in forme come Y₂O₃, YCl₃, YH₃, Y(OH)₃ e composti intermetallici.

Tra gli elementi delle terre rare, l'ittrio si distingue per la sua vasta gamma di applicazioni. Può essere utilizzato nei diodi emettitori di luce (LED) e nelle apparecchiature laser medicali, come materiale di rivestimento per componenti di apparecchiature per la produzione di semiconduttori e in applicazioni di difesa come materiale che migliora la resistenza al calore dei motori degli aerei.

L'ittrio è distribuito principalmente in Cina, India, Stati Uniti, Brasile e Australia. La Cina detiene circa 220.000 tonnellate di riserve industriali di ossido di ittrio, che rappresentano circa il 43% del totale mondiale, la quota maggiore a livello globale. In Cina, la provincia di Jiangxi è al primo posto nelle riserve di ossido di ittrio a causa dei suoi depositi di terre rare ad alto assorbimento di ioni ittrio.

Attualmente, l'ittrio delle terre rare è ampiamente utilizzato nei materiali cristallini, tra cui il granato di ittrio e alluminio (Y₃Al₅O₁₂, YAG), i cristalli singoli di ortovanadato di ittrio (YVO₄) e i cristalli di silicato di ittrio (YSiO). Tra questi, YAG – un cristallo sintetico trasparente incolore con elevata durezza, alto punto di fusione e proprietà fisiche e chimiche stabili – è diventato uno dei materiali di cristallo laser più utilizzati. I ricercatori in genere drogano YAG con elementi di terre rare come Nd, Yb e Ce per ottenere prodotti come YAG drogato al neodimio e YAG drogato con cerio, ampliando così la loro gamma di applicazioni.

Oltre ai materiali in cristalli laser, l'applicazione principale dell'ittrio delle terre rare rimane nei materiali luminescenti, in particolare nei fosfori. I fosfori a base di ittrio mostrano una forte capacità di assorbimento della luce e un'elevata efficienza di conversione, che li rendono adatti per monitor di computer, display a schermo piatto, lampade fluorescenti a tre bande, LED e schermi di intensificazione dei raggi X. Gli attuali prodotti tradizionali includono fosfori tricolori per l'illuminazione, fosfori a lunga persistenza e fosfori per display informativi.

L'elevato punto di fusione e la stabilità termica di Y₂O₃ gli consentono di mantenere eccellenti prestazioni protettive negli ambienti di attacco al plasma per periodi prolungati, rendendolo uno dei materiali più utilizzati per la protezione dell'attacco al plasma. Il più grande vantaggio di Y₂O₃ è la sua lenta velocità di reazione nei plasmi a base di fluoro, che aiuta a mantenere la stabilità della superficie del rivestimento, una proprietà che lo rende particolarmente promettente per l'uso in apparecchiature di incisione da 8 pollici e più grandi. Inoltre, l'ossido di ittrio è un materiale ceramico trasparente nella gamma della luce visibile con elevata trasmissione luminosa, che lo rende adatto all'uso come vetro per finestre nelle apparecchiature di incisione al plasma.

YAG non solo offre buona stabilità chimica e prestazioni ottiche, ma fornisce anche una maggiore resistenza meccanica e una lavorabilità più semplice rispetto a Y₂O₃. Sebbene la resistenza all'attacco al plasma di YAG sia leggermente inferiore a quella di Y₂O₃, può essere utilizzato come materiale per finestre di osservazione per apparecchiature di camere di attacco.

YF₃ può fungere da strato protettivo durante l'attacco al plasma a base di F, sopprimendo l'ulteriore fluorizzazione del materiale ed è considerato una potenziale alternativa a Y₂O₃. Quando non viene applicata alcuna tensione di polarizzazione, prevalgono le reazioni chimiche tra il materiale di rivestimento e il plasma di fluorocarburi, che portano alla formazione di sottili particelle di fluoruro sulla superficie del rivestimento Y₂O₃. Al contrario, i rivestimenti YF₃ mantengono l’integrità e la pulizia della superficie.

YOF presenta un'elevata stabilità termica e chimica, rimanendo resistente alla decomposizione anche a temperature elevate e in ambienti fortemente acidi/alcalini. È considerato un materiale di rivestimento resistente al plasma altamente promettente. Inoltre, il coefficiente di dilatazione termica di YOF corrisponde molto a quello dell'alluminio. I rivestimenti YOF preparati tramite spruzzatura termica sono quasi privi di crepe e formano strutture dense e altamente cristalline.

L'ossido di ittrio è ampiamente utilizzato nelle applicazioni biomediche. Ad esempio, le nanoparticelle di ossido di ittrio, grazie alle loro eccellenti proprietà fisiche e chimiche, si sono dimostrate efficaci come materiali protettivi e sono ampiamente applicate in trattamenti antibatterici e antitumorali, protezione del fegato, somministrazione di farmaci, biosensori, bioimaging, imaging a fluorescenza e altri campi medici.

Inoltre, le microsfere ⁹⁰Y possono viaggiare con il flusso sanguigno verso i tumori del fegato, distruggendoli efficacemente attraverso l’emissione di raggi β. Grazie all’elevata energia radiante e alle precise capacità terapeutiche, consentono di colpire con precisione i tumori dall’interno.

L’industria aerospaziale richiede materiali leggeri ad alte prestazioni. I compositi in carburo di silicio, carbonio rinforzato con fibra di carbonio e carburo di silicio soddisfano questi requisiti ma subiscono ossidazione in condizioni operative ad alta temperatura. Una soluzione prevede l'applicazione di rivestimenti protettivi ceramici al substrato. I ricercatori hanno utilizzato lo sputtering reattivo con magnetron a radiofrequenza per depositare rivestimenti Al₂O₃-Y₂O₃ su superfici rivestite di Al-Y e hanno studiato il comportamento di ossidazione dei rivestimenti compositi Al₂O₃-Y₂O₃/Al-Y a diverse temperature e durate. I risultati hanno mostrato che questi rivestimenti presentano un’eccellente resistenza agli shock termici.

Negli ultimi anni, l'ittrio delle terre rare è stato ampiamente utilizzato come additivo nell'acciaio e nelle leghe non ferrose in campo metallurgico. Tracce di ittrio possono modificare efficacemente il contenuto, le dimensioni e la morfologia delle inclusioni. Le fasi delle terre rare risultanti affinano la struttura dei grani, sopprimono la segregazione elementare, migliorano l'uniformità microstrutturale e aumentano la densità delle pellicole di ossidi di lega. Questi effetti migliorano significativamente varie proprietà fisiche e chimiche di diverse leghe, comprese le proprietà meccaniche, le proprietà magnetiche, la resistenza alla corrosione e la conduttività elettrica, soddisfacendo i requisiti prestazionali per i nuovi materiali nel settore aerospaziale, della difesa e in altri campi.

I superconduttori a base di ittrio delle terre rare sono gradualmente diventati un componente importante dei superconduttori ad alta temperatura, attirando un'ampia attenzione da parte della ricerca. Dopo anni di sviluppo, YBCO è diventato un materiale superconduttore fondamentale, sebbene la sua tecnologia di preparazione rimanga relativamente immatura e per la commercializzazione siano necessari ulteriori miglioramenti nella stabilità del processo e nelle prestazioni. I superidridi delle terre rare mostrano una superconduttività prossima alla temperatura ambiente sotto alta pressione, inaugurando una nuova era di ricerca sulla superconduttività ad alta pressione. I superidruri di ittrio, con la loro ricca stechiometria e le eccellenti proprietà superconduttrici, hanno suscitato un notevole interesse nella comunità di ricerca sui superconduttori.

Nelle celle a combustibile a ossido solido, l'ittrio è comunemente utilizzato in materiali anodici porosi come Ni-(Zr,Y)O₂-X, ottenendo efficienze di conversione di potenza superiori al 60%.

La nanopolvere Y₂O₃ può essere utilizzata nei condensatori ceramici multistrato. I dielettrici a base di BaTiO₃ drogati con Y₂O₃ sono adatti per condensatori ceramici multistrato con elettrodi di nichel con spessori inferiori a 2 μm.

Le soluzioni solide ternarie di CeO₂-ZrO₂ drogate con nanoparticelle Y₂O₂ mostrano prestazioni eccellenti come catalizzatori di stoccaggio dell'ossigeno nella catalisi dei gas di scarico (come i catalizzatori a tre vie).

• Zhang Chi et al. Sviluppo e applicazioni dell'ittrio delle terre rare, Scuola di scienza e ingegneria dei materiali, Università di tecnologia di Shenyang, Rapporti sui materiali
• Wen Yaoru. Preparazione e caratterizzazione di sol di ittrio di terre rare e polveri di ossido, Università di scienza e tecnologia di Jiangxi, tesi di master
• Liu Zhili. Preparazione e caratterizzazione controllabili di nanopolveri di ossido di ittrio, Università Politecnica di Shanghai, tesi di master
• China Powder Network (a cura di Ping An)