《稀土在功能材料中的應(yīng)用》課件

稀土在功能材料中的應(yīng)用稀土在功能材料中的應(yīng)用主要內(nèi)容一、引言二、我國(guó)稀土資源概況及稀土在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用三、新型稀土功能材料四、結(jié)束語(yǔ)主要內(nèi)容一、引言

摘要

稀土元素具有特殊的電、磁、光與催化性能。稀土在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中有許多應(yīng)用，而在現(xiàn)代功能材料領(lǐng)域用途更加廣泛。摘要

一、引言

稀土元素化學(xué)性質(zhì)活潑，具有特異的電、磁、光和催化性能，因而在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中應(yīng)用廣泛。稀土產(chǎn)品在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域（如冶金、石油化工、玻璃、陶瓷、農(nóng)業(yè)）中的應(yīng)用市場(chǎng)已大致穩(wěn)定，而新型稀土材料尤其是功能材料卻在快速增長(zhǎng)。稀土元素已成為現(xiàn)代功能材料中不可缺少的原料。

通過(guò)各種稀土化合物或摻稀土物質(zhì)的合成、組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和器件的研究，國(guó)內(nèi)外已出現(xiàn)和將出現(xiàn)的各種新型稀土功能材料包括光學(xué)功能材料、吸波功能材料、信息與傳感功能材料、環(huán)境功能材料、磁性功能材料、儲(chǔ)氫與能源功能材料、導(dǎo)電與電子功能材料等。一、引言

通過(guò)各種稀土化合物或摻稀土物質(zhì)的合成、組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和器件的研究，國(guó)內(nèi)外已出現(xiàn)和將出現(xiàn)的各種新型稀土功能材料包括光學(xué)功能材料、吸波功能材料、信息與傳感功能材料、環(huán)境功能材料、磁性功能材料、儲(chǔ)氫與能源功能材料、導(dǎo)電與電子功能材料等。

大量研究發(fā)現(xiàn)，稀土元素的加入將對(duì)材料的性能有顯著的改善。稀土在功能材料中的應(yīng)用將大大提高稀土資源開(kāi)發(fā)利用的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。開(kāi)展新型稀土材料的基礎(chǔ)理論研究、技術(shù)創(chuàng)新研究及產(chǎn)業(yè)化研究是國(guó)家急需解決的一個(gè)極為重要的課題。

通過(guò)各種稀土化合物或摻稀土物質(zhì)的合成、組成、結(jié)二.我國(guó)稀土資源概況及在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

1.稀土元素（rareearth或RE）

稀土元素：是元素周期表第三副族中原子序數(shù)57-71的15個(gè)鑭系元素和鈧（Sc）、釔（Y）的總稱(chēng)（共17個(gè)元素）。鑭系元素：鑭（La）、鈰（Ce）、鐠（Pr）、釹（Nd）、钷（Pm）、釤（Sm）、銪（Eu）、釓（Gd）、鋱（Tb）、鏑（Dy）、鈥（Ho）、鉺（Er）、銩（Tm）、鐿（Yb）、镥（Lu）。二.我國(guó)稀土資源概況及在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

1.稀土元素

地球上稀土分布：約占地殼總量的0.016%，豐度比常見(jiàn)的銅、鉛、鋅、錫還多，但目前真正成為可開(kāi)采的稀土礦并不多，且在世界上的分布很不均勻，主要集中在中國(guó)、美國(guó)、印度、前蘇聯(lián)國(guó)家、南非等國(guó)。“輕稀土元素”：鈧（Sc）、釔（Y）、鑭（La）—銪（Eu）?！爸叵⊥猎亍保横彛℅d）—镥（Lu）。

地球上稀土分布：約占地殼總量的0.

性質(zhì)：稀土元素由于其獨(dú)特的4f電子結(jié)構(gòu)，因而有典型的金屬特性。金屬形態(tài)的稀土元素有良好的導(dǎo)電性、延展性和金屬光澤，燃點(diǎn)低，化學(xué)性質(zhì)活潑，易與其他元素作用，幾乎能與所有非金屬元素生成穩(wěn)定的化合物，其氧化物有很高的熔點(diǎn)和多種顏色。其金屬活潑性?xún)H次于堿金屬和堿土金屬，活潑性按原子序數(shù)遞增。另外還具有獨(dú)特的電、磁、光和催化性能。稀土元素是親石元素，常見(jiàn)的是以氧化物、硅酸鹽、磷酸鹽、磷硅酸鹽、氟碳酸鹽以及氟化物等形式存在，在礦物中常與其他元素共生。性質(zhì)：稀土元素由于其獨(dú)特的4f電子結(jié)構(gòu)，因而有典型的2.我國(guó)稀土資源

中國(guó)稀土資源:占世界已探明儲(chǔ)量的80%，儲(chǔ)量達(dá)3600萬(wàn)噸（以稀土氧化物計(jì)），遠(yuǎn)景儲(chǔ)量一億噸，居世界首位。而且品種齊全、質(zhì)量高、易開(kāi)采。已形成南、北兩大體系。北方主要為輕稀土資源，分布在內(nèi)蒙古的包頭白云鄂博（鐵稀土共生礦）和四川的冕寧（氟碳鈰礦），有鑭、鈰、鐠、釹和少量釤、銪、釓。南方主要為中重稀土資源，分布在江西、福建、廣東、廣西、湖南，有釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥和鑭、釹等。2.我國(guó)稀土資源

中國(guó)稀土資源:占世界已探明儲(chǔ)量的8

湖南稀土資源:湖南稀土礦產(chǎn)資源豐富，分布廣、規(guī)模較大。主要礦床為沖擊型獨(dú)居石沙礦床、風(fēng)化殼獨(dú)居礦物型礦床、離子吸附型稀土礦床。獨(dú)居石的探明儲(chǔ)量居全國(guó)第一。沖擊型獨(dú)居石沙礦床集中分布在湘東北岳陽(yáng)地區(qū)（華容、岳陽(yáng)、湘陰），風(fēng)化殼獨(dú)居礦物型礦床和離子吸附型稀土礦床集中在湘南地區(qū)（江華、桂東、資興、郴縣、藍(lán)山、汝城、臨武、耒陽(yáng)、宜章），一般為重稀土礦床，也有輕稀土。礦石品位高、質(zhì)量好。

華容三廊堰，岳陽(yáng)埂口，湘陰望湘；江華姑婆山，耒陽(yáng)上堡小沖頭，宜章莽山，桂東寨前，汝城諸廣山，資興彭公廟，郴縣騎田山，藍(lán)山西山，臨武香花嶺，等。湖南稀土資源:湖南稀土礦產(chǎn)資源豐富，分布廣、規(guī)模較大。3.稀土在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

農(nóng)業(yè)：稀土是植物生長(zhǎng)、生理調(diào)節(jié)劑，對(duì)農(nóng)作物具有增產(chǎn)、改善品質(zhì)、增強(qiáng)抗旱抗?jié)晨狗箍共∧芰Φ茸饔?，低毒或無(wú)毒，對(duì)人畜無(wú)害，無(wú)環(huán)境污染。其應(yīng)用涉及糧食作物、蔬菜、水果、牧草及養(yǎng)魚(yú)養(yǎng)雞等畜牧業(yè)。3.稀土在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

農(nóng)業(yè)：稀土是植物生長(zhǎng)、

冶金工業(yè)：鋼中加入少量稀土，能起到脫氧、脫硫、改變夾雜物形態(tài)等凈化和變質(zhì)作用，顯著提高鋼的強(qiáng)度和韌性；不銹鋼中加入少量稀土，能提高其耐熱耐蝕性，防止熱加工裂紋；少量稀土可使合金鋼強(qiáng)度顯著提高、能降低石墨對(duì)鑄鐵基體的分割破壞作用；高活性的稀土加入到有色金屬及合金中，可以去除殘留氣體和有害雜質(zhì)、細(xì)化組織、改善合金組織形態(tài)、形成金屬間化合物、產(chǎn)生固溶強(qiáng)化、提高耐熱性（再結(jié)晶溫度）、改善工藝性能（減少偏析、氣孔、縮水、表面裂紋）。冶金工業(yè)：鋼中加入少量稀土，能起到脫氧、脫硫、改變夾

石油化工：稀土元素具有高氧化能和高電荷的大離子，很容易獲得和失去電子。因而廣泛用做催化劑。石油工業(yè)中的稀土分子篩裂化催化劑活性高、選擇性好、汽油生產(chǎn)率高。

玻璃工業(yè)：稀土在玻璃工業(yè)中的應(yīng)用主要為三個(gè)方面：玻璃著色、玻璃脫色、制造特種性能玻璃。稀土光學(xué)玻璃（鑭玻璃等）可提高折射率、降低色散、增加抗腐蝕性，廣泛用做各種透鏡和高級(jí)照相機(jī)、攝像機(jī)鏡頭。石油化工：稀土元素具有高氧化能和高電荷的大離子，很容

陶瓷工業(yè)：稀土用做陶瓷顏料使陶瓷顏色柔和、純正、色調(diào)新穎、光潔度好。由于鑭系元素對(duì)氧的親和力強(qiáng)，添加稀土元素的陶瓷熔點(diǎn)非常高，還能改善陶瓷韌性、提高抗裂能力。稀土加入陶瓷釉料中，可減少釉層破裂和增加光澤。稀土氧化物可以制造耐高溫透明陶瓷、耐高溫坩堝、碳弧燈泡芯材。用氧化釔部分穩(wěn)定的氧化鋯已被制成特殊用途的陶瓷刀剪，因其高導(dǎo)熱、低膨脹系數(shù)、熱穩(wěn)定性好可用于制造汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)。陶瓷工業(yè)：稀土用做陶瓷顏料使陶瓷顏色柔和、純正、色調(diào)新穎4.我國(guó)稀土產(chǎn)品發(fā)展概況

自1986年以來(lái)，我國(guó)稀土產(chǎn)量已經(jīng)超過(guò)美國(guó)，成為世界第一的稀土生產(chǎn)大國(guó)，目前我國(guó)稀土產(chǎn)量已占世界總產(chǎn)量的70%，已能夠生產(chǎn)近千個(gè)規(guī)格的400多種稀土產(chǎn)品，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)正從初級(jí)產(chǎn)品向高純、高附加值、單一稀土方向發(fā)展，單一稀土化合物和金屬的產(chǎn)量占總商品量的30%以上。稀土應(yīng)用技術(shù)日益成熟、應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。具有“工業(yè)味精”之稱(chēng)的稀土元素由于其特殊的性能，已廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，同時(shí)稀土功能材料已逐步成為信息、生物、新能源、新材料等高新技術(shù)領(lǐng)域中的關(guān)鍵材料。4.我國(guó)稀土產(chǎn)品發(fā)展概況

自1986年以來(lái)，我國(guó)稀土產(chǎn)

三、新型稀土功能材料

1.稀土發(fā)光材料

巨大的發(fā)光材料寶庫(kù):稀土元素原子具有豐富的電子能級(jí)結(jié)構(gòu)，為其獲得多種發(fā)光性能提供了良好的條件。在各類(lèi)發(fā)光材料中，稀土比非稀土發(fā)光材料的發(fā)光效率及光色性能更好。稀土發(fā)光材料按激發(fā)方式的不同可以分為光致發(fā)光、陰極射線(xiàn)發(fā)光、電致發(fā)光、x射線(xiàn)激發(fā)發(fā)光材料。稀土發(fā)光材料主要包括稀土熒光材料、稀土激光材料。三、新型稀土功能材料

1.稀土發(fā)光材料

巨大的

稀土熒光材料:稀土熒光材料用做節(jié)能熒光燈三基色熒光粉（紅色Y2O3：Eu3+，蘭色BaMg2Al16O27：Eu3+及綠Ce0.67Tb0.33Al11O19）

，具有光效好、光色好、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，較白熾燈節(jié)電75%；作為顯示器發(fā)光材料具有高亮度、高對(duì)比度、大信息容量、彩色化、吸收能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)換效率高、熒光壽命從納秒到毫秒跨越6個(gè)量級(jí)、物理化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于彩色電視機(jī)和彩色投影電視三基色熒光體、計(jì)算機(jī)及各種顯示屏、雷達(dá)、x射線(xiàn)增感屏、核輻射探測(cè)記錄、醫(yī)學(xué)放射圖象等。稀土熒光粉還用于各種功能燈（驗(yàn)鈔燈、保健燈、殺蟲(chóng)燈等）和防偽材料。

稀土熒光材料:稀土熒光材料用做節(jié)能熒光燈三基色熒光粉（

稀土熒光粉以銪、鋱、釓、釔等中重高純稀土為主，熒光材料中藍(lán)、綠粉較為便宜，而紅粉用量多、成本高。將稀土氧化物超細(xì)化、納米化，盡量減少稀土用量，制備納米級(jí)稀土熒光粉是一個(gè)途徑。最近，稀土化合物納米材料熒光性能的研究正逐步展開(kāi)。稀土化合物納米材料的能級(jí)結(jié)構(gòu)及熒光特性是一個(gè)全新的領(lǐng)域，其熒光機(jī)制與半導(dǎo)體材料完全不同。稀土化合物熒光材料在發(fā)光、顯示、光信息傳遞、激光、閃爍體等方面有重要應(yīng)用。稀土熒光粉以銪、鋱、釓、釔等中重高純稀土為主，熒光材

稀土電致發(fā)光材料:目前正在研究的摻雜稀土的電致發(fā)光薄膜材料將用于實(shí)現(xiàn)彩色電致發(fā)光平板顯示，稀土摻雜薄膜材料中綠色（ZnS：TbF3、CaS：（Ce，K），蘭色ZnS：（TmF3，ErF3），紅色ZnS：SmF3等材料正在開(kāi)發(fā)。稀土與聚合物或硫化物組成的重量輕大屏幕全色電致發(fā)光薄膜顯示器，稀土半導(dǎo)體薄膜電致發(fā)光材料應(yīng)用前景廣泛。有機(jī)電致發(fā)光是目前國(guó)際上的一個(gè)熱點(diǎn)研究領(lǐng)域，稀土配合物發(fā)光色純度高，量子效率高，在有機(jī)電致發(fā)光材料具有獨(dú)特的意義。已有許多研究報(bào)導(dǎo)（但在發(fā)光亮度和驅(qū)動(dòng)壽命方面還存在問(wèn)題），將稀土配合物成功用于有機(jī)電致發(fā)光技術(shù)已為期不遠(yuǎn)。稀土電致發(fā)光材料:目前正在研究的摻雜稀土的電致發(fā)光薄膜

稀土激光材料:稀土元素有48種f-f躍遷和3種d-f躍遷實(shí)現(xiàn)激光發(fā)射，使稀土元素成為激光技術(shù)中的重要材料。目前約320種激光晶體中，有290種是稀土激活離子，占90.6%。釔鋁石榴石（YAG，）是最有代表性的激光晶體，YAG：Nd3+是至今最有使用價(jià)值的稀土激光晶體。激光晶體主要為含氧或含氟化合物，稀土在其中作為激活離子的有Ce、Pr、Nd、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb等11個(gè)3價(jià)離子Sm、Dy、Tm3個(gè)2價(jià)離子。在硅酸鹽、磷酸鹽、氟磷酸鹽氟鋰酸鹽等激光玻璃中的稀土激活離子有Nd、Er、Ho、Tm等3價(jià)離子。稀土元素還用于液體激光器。稀土激光材料:稀土元素有48種f-f躍遷和3種d-f躍

稀土高分子發(fā)光材料:將稀土化合物與聚合物復(fù)合可制成稀土高分子發(fā)光材料，目前已經(jīng)有三基色熒光高分子材料。將銪有機(jī)配合物摻雜到聚乙烯或聚氯乙烯樹(shù)脂中，可得到轉(zhuǎn)光農(nóng)用膜，能將太陽(yáng)光中不能被植物利用的紫外線(xiàn)轉(zhuǎn)換成可被植物光合作用利用的可見(jiàn)光包括藍(lán)光和紅光，使棚溫升高、透光率增加。稀土高分子發(fā)光材料:將稀土化合物與聚合物復(fù)合可制成稀土2.稀土吸波材料

吸波材料是軍事隱身、電磁信息泄露防護(hù)、電磁干擾防護(hù)、電磁污染防護(hù)等國(guó)防軍工與民用技術(shù)領(lǐng)域中的關(guān)鍵材料之一。近年來(lái)，一些研究發(fā)現(xiàn)，稀土在吸波功能材料中有重要的應(yīng)用。稀土元素作為摻雜成分能使材料吸波性能大大提高。稀土對(duì)吸波材料的影響主要體現(xiàn)在吸收峰位置移動(dòng)，有效頻帶加寬，吸收強(qiáng)度大大增加，匹配厚度變薄。2.稀土吸波材料

吸波材料是軍事隱身、電磁信息泄露防護(hù)

稀土吸波材料是目前一個(gè)重要的研究方向。稀土元素具有未成對(duì)的4f電子，對(duì)離子磁矩有貢獻(xiàn)的是4f電子，它們的原子和離子具有特殊的電磁性能，大多數(shù)稀土元素都有比一般順磁性物質(zhì)高得多的的質(zhì)量磁化率，其中釓具有鐵磁性。鑭雖然沒(méi)有4f電子，基態(tài)時(shí)其4f殼層是空的，但在激發(fā)態(tài)時(shí)可能有電子進(jìn)入4f殼層。因此，在許多功能材料中鑭充當(dāng)了重要角色，鑭的加入可引起復(fù)雜多變的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。添加稀土元素將對(duì)稀土吸波材料的復(fù)磁導(dǎo)率、復(fù)介電常數(shù)和共振頻率等吸收機(jī)制產(chǎn)生影響。目前，正在研究的稀土吸波材料有以下幾種：稀土吸波材料是目前一個(gè)重要的研究方向。稀土元素具有未

稀土摻雜磁性合金微粉鐵磁合金微粉中摻雜或含稀土元素有利于改善微波電磁參數(shù)和吸收性能。例如：對(duì)CoFeZrRe合金微粉，稀土元素的摻入能有效調(diào)整材料的微波磁導(dǎo)率和頻響特性，加入適量的Tb有利于獲得高的微波磁導(dǎo)率和大的磁損耗；Nd3Fe66Mn2Co18B11納米合金粉在GHz低頻位置（2.7GHz）有6.9dB的微波吸收。稀土摻雜磁性合金微粉鐵磁合金微粉中摻雜或含稀土元素稀土混合氧化物添加微量稀土氧化物可以提高鐵氧體微波吸收性能。例如：在鐵砂、鐵氧體和鐵磁-鐵電等復(fù)合電波吸收材料中摻入一種或多種微量稀土氧化物能大幅度提高材料的吸波特性；LiFe5O8中添加少量的Nd2O3

后，吸收值增大；SmO和α-Fe兩相混合物粉末在1-5GHz低頻段范圍具有良好的微波吸收特性；將已被氧化的廢料Nd2Fe14B與Li2CO3、TiO2、ZnO2混合制得納米復(fù)合材料，該材料在7-10GHz頻率范圍有優(yōu)良的微波吸收性能；Singh等發(fā)現(xiàn)[Ca(NiTi)xFe12-2xO19]96.0[La2O3]4.0

和[Ca(CoTi)xFe12-2xO19]96.0[La2O3]4.0在8-12.4GHz測(cè)試頻率范圍的微波吸收系數(shù)均在15dB以上，吸收峰值31dB。稀土混合氧化物添加微量稀土氧化物可以提高鐵氧體微波吸收性稀土摻雜鐵電體鐵電材料是典型的介電體，由于在交變電場(chǎng)作用下存在電疇轉(zhuǎn)向極化、電滯、疇壁共振、電疇自然共振、極化弛豫等介電損耗機(jī)構(gòu)，因而在電磁波吸收材料領(lǐng)域有應(yīng)用前景。但在微波范圍，其吸收頻帶窄，反射損耗不令人滿(mǎn)意。采用復(fù)合（與鐵氧體或?qū)щ姼叻肿樱┗驌诫s的方法可以提高其微波吸收特性。Liu等人發(fā)現(xiàn)LaxBa1-xTiO3在x頻段有良好的微波吸收特性，反射損耗與A位La3+含量有關(guān)。稀土摻雜鐵電體鐵電材料是典型的介電體，由于在交變電場(chǎng)作用稀土摻雜鐵氧體鐵氧體摻雜稀土元素可以調(diào)整電磁參數(shù)和電磁波吸收特性。近幾年，這方面研究報(bào)道較多。例如：M型鋇鐵氧體Ba1-xLaxZnxFe12-x-y(Me0.5Mn0.5)yO19(Me:Zr,Sn)；Dy、Nd、Pr等稀土元素?fù)诫sW型鋇鐵氧體；Ni0.5Zn0.5Fe2-xRxO4(R=La或）；摻雜稀土La3+磁鉛石型Z型鐵氧體；摻鑭的M型六角鋇鐵氧體(La0.5Na0.5)xBa1-xFe12O19和(La0.5K0.5)xBa1-xFe12O19以及尖晶石型鋰鐵氧體Li0.5LaxFe2.5-

xO4，Ce0.25FeNiO3，BaNiZnCexFe16-

xO27鐵氧體，Ba1-

xLaxFe12O19；在ZnFe2O4鐵氧體中摻入Co2+,Sm3+元素；SrLaxFe12-xO19超微粉；Li0.5CexFe2.5-xO4,；La摻雜Co2-Z型鋇鐵氧體。稀土摻雜鐵氧體鐵氧體摻雜稀土元素可以調(diào)整電磁參數(shù)和電磁波

摻雜稀土錳氧化物由于稀土元素和過(guò)渡元素的特殊的電子結(jié)構(gòu)和奇特的電磁性質(zhì)，研究稀土-過(guò)渡金屬氧化物及其摻雜體系的微波電磁響應(yīng)有重要的理論和實(shí)用價(jià)值。LaxBa1-xMnO3、LaxSr1-xMnO3、LaxCe1-xMnO3、LaxK1-xMnO3已被證實(shí)有良好的微波吸收特性摻雜稀土錳氧化物由于稀土元素和過(guò)渡元素的特殊的電子結(jié)構(gòu)

3.磁性功能材料

稀土釹、釤、鐠、鏑等是制造超級(jí)永磁材料的主要原料，其磁性高于普通永磁材料的4-10倍，尤其是釹鐵硼永磁體是目前發(fā)現(xiàn)的磁性最強(qiáng)的永磁材料。釤鈷磁體磁性弱于釹鐵硼，但熱穩(wěn)定性和抗腐蝕性?xún)?yōu)于釹鐵硼。釤鐵磁體中稀土含量比釹鐵硼低，氧化釤價(jià)格又低于氧化釹，故成本比釹鐵硼低，而耐熱性和耐蝕性較釹鐵硼好，釤鐵也有好的市場(chǎng)。稀土永磁材料廣泛用于計(jì)算機(jī)、電機(jī)、儀器儀表、磁力機(jī)械、電聲、醫(yī)療器械、磁懸浮列車(chē)、航空及軍工等領(lǐng)域。稀土磁性塑料也是一種重要磁性功能材料，它易成型、組裝使用方便，磁性?xún)?yōu)于鐵氧體燒結(jié)磁體。

3.磁性功能材料

稀土釹、釤、鐠、鏑等是制造超級(jí)永磁

4儲(chǔ)氫與能源功能材料

儲(chǔ)氫合金:氫是重要的二次能源，資源豐富發(fā)熱值高，不污染環(huán)境。氫能源的開(kāi)發(fā)已引起人們極大的興趣，但要解決的主要問(wèn)題是制氫與儲(chǔ)氫問(wèn)題。利用太陽(yáng)能光分解法從海水中取氫最有希望，而氫的儲(chǔ)存卻是一個(gè)更大的難題。儲(chǔ)氫材料的開(kāi)發(fā)為為氫能源的利用提供了條件。日本使用1000kg富鑭混合稀土-鎳-鋁合金制成175m3容積的儲(chǔ)氫容器，與同體積的高壓氫氣瓶相比，重量減輕了30%，體積減少了86%。

4儲(chǔ)氫與能源功能材料

儲(chǔ)氫合金:氫是重要的二次能源，

此外，儲(chǔ)氫合金吸放氫的反應(yīng)熱很大（210kJ/kg），利用該性質(zhì)可以制造熱泵或制冷裝置，不僅費(fèi)用便宜，而且無(wú)噪音和震動(dòng)。利用儲(chǔ)氫合金中氫的平衡壓與溫度的關(guān)系，可制成溫度指示器或傳感器，用于飛機(jī)和火警報(bào)警。用儲(chǔ)氫合金還可制造氫能汽車(chē)、無(wú)傳動(dòng)部件的氫壓縮機(jī)，也可做機(jī)器人動(dòng)力系統(tǒng)的激發(fā)器、控制器和動(dòng)力源。

近年來(lái)，稀土儲(chǔ)氫合金以鑭鎳為基礎(chǔ)正在向多元化、實(shí)用化方向發(fā)展，得到了各種不同性能的儲(chǔ)氫合金。混合稀土元素（Ce、La、Sm）LaNi5置換中的La或者富含La與Nd的混合稀土取代La，是價(jià)格低廉的儲(chǔ)氫合金。此外，儲(chǔ)氫合金吸放氫的反應(yīng)熱很大（210kJ/kg），

綠色化學(xué)電源:綠色化學(xué)電源是稀土應(yīng)用的主要領(lǐng)域之一。鎳氫電池的負(fù)極活性物質(zhì)為稀土儲(chǔ)氫合金。利用稀土對(duì)鋰離子電池正極材料進(jìn)行改性，能提高電池的性能。燃料電池（將化學(xué)反應(yīng)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置）是稀土應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域，其核心組成部分包括固體電解質(zhì)、陰極材料、陽(yáng)極材料和連接材料均屬于稀土氧化物材料。固體氧化物燃料電池將在電動(dòng)汽車(chē)、移動(dòng)電站和大型電站中獲得應(yīng)用，是21世紀(jì)最有前景的潔凈電源。綠色化學(xué)電源:綠色化學(xué)電源是稀土應(yīng)用的主要領(lǐng)域之一。鎳氫5導(dǎo)電、電子功能材料

稀土鋁電線(xiàn)電纜:稀土在鋁電線(xiàn)電纜中能提高導(dǎo)電性、細(xì)化晶粒、強(qiáng)化基體、改善加工性能和耐磨性。稀土鋁電線(xiàn)電纜已成為國(guó)家級(jí)電網(wǎng)的規(guī)范產(chǎn)品。

稀土超導(dǎo):稀土氧化物是高溫超導(dǎo)材料的的重要原料（鑭鋇銅氧，釔鋇銅氧等）。

稀土電極材料:稀土化合物鉻酸鑭是電子導(dǎo)電，可用做電極材料。添加CeO2和Ta2O5的氧化鋯可用做磁流體發(fā)電機(jī)的電極材料。5導(dǎo)電、電子功能材料

稀土鋁電線(xiàn)電纜:稀土在鋁電線(xiàn)電纜中

稀土電容器介電材料:陶瓷電容器加入氧化鑭和其他稀土，可以提高介電常數(shù)，增加溫度穩(wěn)定性和壽命。添加氧化釹、氧化鑭、氧化釓等稀土材料的各種特殊陶瓷被用做各種電容器介電材料。鎂鑭鈦陶瓷（MgO-La2O3-TiO3）其介電常數(shù)比鈦酸鎂高，在150oC介電性能良好，可用做較高溫度使用的高頻電容器。稀土電容器介電材料:陶瓷電容器加入氧化鑭和其他稀土，可以

6環(huán)境功能材料

防射線(xiàn)玻璃:在玻璃中摻入CeO2，可使玻璃具有防紫外線(xiàn)功能又不影響玻璃透光性。

光催化劑改性:氧化鈦光催化劑能降解環(huán)境中的有害有機(jī)物并且可以氧化去除大氣中低濃度的氮氧化物和含硫化合物等有毒氣體，另外還有殺菌除臭等作用。適量摻雜稀土元素如鈰、鑭、釔等可以顯著改善氧化鈦的光催化性能。

6環(huán)境功能材料

防射線(xiàn)玻璃:在玻璃中摻入CeO2，可使

水凈化材料:鋅-銅與少量稀土元素組成的稀土合金是一種較為理想的水凈化功能材料，研究表明，該材料可以除去水中對(duì)人體有害雜質(zhì)如重金屬離子、氟離子80-90%以上、有機(jī)物75%以上，殺菌效果顯著。

汽車(chē)尾氣凈化劑:稀土元素是汽車(chē)尾氣凈化劑的主要原料。稀土催化劑可以分為稀土-賤金屬?gòu)?fù)合氧化物、稀土-賤金屬-微量貴金屬、貴金屬-少量稀土三類(lèi)催化劑。稀土氧化物在催化劑中的主要作用是：提高催化劑活性和熱穩(wěn)定性，提高凈化器內(nèi)載體機(jī)械強(qiáng)度。水凈化材料:鋅-銅與少量稀土元素組成的稀土合金是一種較為

稀土油漆催干劑:稀土作為油漆催干劑，附著力優(yōu)于鉛、錳、鋅、鈣催干劑，可以減少毒性、減輕油漆生產(chǎn)使用過(guò)程中的環(huán)境污染，并能使油漆顏色淺、漆膜堅(jiān)硬、成本降低。

7信息、傳感與能量轉(zhuǎn)換功能材料

在光信號(hào)的產(chǎn)生、調(diào)制、傳輸、放大、存儲(chǔ)和顯示都需要稀土，稀土用于新型信息材料在信息產(chǎn)業(yè)中將發(fā)揮重大作用。

稀土光纖:在光通訊中使用摻稀土的光纖傳輸損耗低。

稀土油漆催干劑:稀土作為油漆催干劑，附著力優(yōu)于鉛、錳、鋅

稀土磁光材料:當(dāng)稀土摻入到某些光學(xué)玻璃、化合物晶體、合金薄膜等光學(xué)材料中，將顯示出強(qiáng)磁光效應(yīng)，從而得到稀土磁光材料如亞鐵石榴石（{R}Fe5O12）、釓鎵石榴石等，稀土磁光材料可用于制作各種磁光信息功能器件（光信號(hào)調(diào)制、信息記錄與存儲(chǔ)）如磁光調(diào)制器、磁光傳感器、磁光隔離器、磁光偏轉(zhuǎn)器、顯示器、存儲(chǔ)器、磁光光盤(pán)等。Gd、Tb、Ho、Dy與Fe、Co的稀土過(guò)渡金屬非晶薄膜或磁泡材料可能實(shí)現(xiàn)垂直磁化的高存儲(chǔ)密度和高存儲(chǔ)速度的新型磁記錄介質(zhì)，記錄密度是普通微機(jī)軟盤(pán)的1000倍。Gd-Co、Ho-Co、Te-Fe等具有強(qiáng)磁光效應(yīng)。稀土磁光材料:當(dāng)稀土摻入到某些光學(xué)玻璃、化合物晶體、合金

稀土巨磁阻材料:93年以來(lái)，人們?cè)谝幌盗锈}鈦結(jié)構(gòu)的稀土錳氧化物Re1-xAxMnO3（Ax—Ca、Sr、Ba）發(fā)現(xiàn)了超大磁電阻效應(yīng)，可望促進(jìn)信息儲(chǔ)存技術(shù)的發(fā)展。這種材料可用于制成高信息密度儲(chǔ)存器和磁敏感器件。利用巨磁阻材料制造的磁傳感器靈敏度高、可微型化、穩(wěn)定、抗環(huán)境干擾、非接觸性探測(cè)方式，在自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)、機(jī)器人等技術(shù)領(lǐng)域有重要應(yīng)用。巨磁阻材料制成的薄膜磁頭可實(shí)現(xiàn)高密度記錄。計(jì)算機(jī)技術(shù)中用巨磁阻材料制成硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。稀土巨磁阻材料:93年以來(lái)，人們?cè)谝幌盗锈}鈦結(jié)構(gòu)的稀土錳

光伏器件:長(zhǎng)春光機(jī)所在有機(jī)電致發(fā)光器件研究的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)稀土有機(jī)配合物為發(fā)光層的有機(jī)電致發(fā)光器件在紫外光下具有明顯的光伏效應(yīng)，進(jìn)一步研究有可能制造出高靈敏的紫外探測(cè)器。

摻稀土壓敏電阻:將微量稀土加入氧化鋅壓敏電阻原料中，能顯著提高壓敏性能。光伏器件:長(zhǎng)春光機(jī)所在有機(jī)電致發(fā)光器件研究的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)

稀土磁制冷材料:磁性物質(zhì)在勵(lì)磁和退次磁時(shí)，能夠吸收和放出熱量，能產(chǎn)生致冷效應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)電磁能與熱能之間的轉(zhuǎn)換。Ga、Tb、Dy、Ho、Er等化合物的熵變大、熱導(dǎo)率高、比熱小，是很好的磁制冷材料。鑭錳氧類(lèi)的磁制冷效應(yīng)也正在研究。

稀土磁致伸縮材料:材料的磁致伸縮效應(yīng)能使電磁能與機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換。稀土磁致伸縮材料主要是稀土-鐵系金屬間化合物，其磁致伸縮系數(shù)比一般磁致伸縮材料高出100倍，并且響應(yīng)快、功率大。該材料廣泛應(yīng)用于聲納系統(tǒng)、超聲換能器，壓力傳感器、精密控制系統(tǒng)、各種閥門(mén)、驅(qū)動(dòng)器。稀土磁制冷材料:磁性物質(zhì)在勵(lì)磁和退次磁時(shí)，能夠吸收

摻稀土光電、熱釋電、離子導(dǎo)體陶瓷：光電陶瓷加入稀土可增加透光性，鋯鈦酸鉛鑭（PLZT）因氧化鑭的加入，透光度從67%提高到98%。鋯鈦酸鉛鑭還是一種很好的熱釋電材料。三價(jià)稀土氧化物穩(wěn)定的氧化鋯是廣泛應(yīng)用的氧離子導(dǎo)體，可用做氧傳感器。摻稀土光電、熱釋電、離子導(dǎo)體陶瓷：光電陶瓷加入稀8、陰極發(fā)射、發(fā)熱功能材料

稀土陰極發(fā)射材料：稀土硼化物（六硼化鑭）陶瓷熔點(diǎn)高、硬度高、導(dǎo)電性好、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，還具有一些特殊功能如電子逸出功低，中溫發(fā)射電流很大，恒電阻，良好的熱輻射性，耐離子轟擊，能承受高場(chǎng)強(qiáng)，一定溫度內(nèi)膨脹系數(shù)近為零，空氣中穩(wěn)定性好，表面污染可經(jīng)真空加熱復(fù)原等。該材料被用來(lái)制作大功率電子發(fā)射陰極、電子顯微鏡點(diǎn)光源、電視顯象管陰極、電子束焊機(jī)等8、陰極發(fā)射、發(fā)熱功能材料

稀土陰極發(fā)射材料：稀土硼化物

稀土發(fā)熱材料：以鉻酸鑭為基體的陶瓷發(fā)熱體是新一代超高溫電熱材料，其表面常用溫度為19000C，氧化氣氛中高溫下較穩(wěn)定，高溫下電阻溫度變化系數(shù)近于零，熱輻射系數(shù)高，使用壽命長(zhǎng)，能在高溫下大氣環(huán)境長(zhǎng)期使用。稀土發(fā)熱材料：以鉻酸鑭為基體的陶瓷發(fā)熱體是新一代超四.結(jié)束語(yǔ)

1.我國(guó)是稀土資源大國(guó)，湖南稀土資源豐富。充分利用稀土資源，提高稀土應(yīng)用附加值，研究發(fā)展新型功能材料是今后稀土開(kāi)發(fā)與利用、將資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)與技術(shù)優(yōu)勢(shì)的主要方向。四.結(jié)束語(yǔ)1.我國(guó)是稀土資源大國(guó)，湖南稀土資源

2.在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中，稀土應(yīng)用將繼續(xù)穩(wěn)步發(fā)展，同時(shí)稀土也將是發(fā)展高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵元素。隨著稀土元素的不斷開(kāi)發(fā)，將引發(fā)一場(chǎng)新的技術(shù)革命。大力開(kāi)展稀土材料科學(xué)的基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究、產(chǎn)業(yè)化研究，開(kāi)辟稀土元素的應(yīng)用范圍尤其是在新材料、新能源、信息、生物等技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，對(duì)推動(dòng)我國(guó)乃至我省的科技進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有十分重要的意義。2.在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中，稀土應(yīng)用將繼續(xù)穩(wěn)步發(fā)展，同時(shí)稀土在功能材料中的應(yīng)用稀土在功能材料中的應(yīng)用主要內(nèi)容一、引言二、我國(guó)稀土資源概況及稀土在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用三、新型稀土功能材料四、結(jié)束語(yǔ)主要內(nèi)容一、引言

摘要

稀土元素具有特殊的電、磁、光與催化性能。稀土在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中有許多應(yīng)用，而在現(xiàn)代功能材料領(lǐng)域用途更加廣泛。摘要

一、引言

稀土元素化學(xué)性質(zhì)活潑，具有特異的電、磁、光和催化性能，因而在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中應(yīng)用廣泛。稀土產(chǎn)品在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域（如冶金、石油化工、玻璃、陶瓷、農(nóng)業(yè)）中的應(yīng)用市場(chǎng)已大致穩(wěn)定，而新型稀土材料尤其是功能材料卻在快速增長(zhǎng)。稀土元素已成為現(xiàn)代功能材料中不可缺少的原料。

通過(guò)各種稀土化合物或摻稀土物質(zhì)的合成、組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和器件的研究，國(guó)內(nèi)外已出現(xiàn)和將出現(xiàn)的各種新型稀土功能材料包括光學(xué)功能材料、吸波功能材料、信息與傳感功能材料、環(huán)境功能材料、磁性功能材料、儲(chǔ)氫與能源功能材料、導(dǎo)電與電子功能材料等。一、引言

通過(guò)各種稀土化合物或摻稀土物質(zhì)的合成、組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和器件的研究，國(guó)內(nèi)外已出現(xiàn)和將出現(xiàn)的各種新型稀土功能材料包括光學(xué)功能材料、吸波功能材料、信息與傳感功能材料、環(huán)境功能材料、磁性功能材料、儲(chǔ)氫與能源功能材料、導(dǎo)電與電子功能材料等。

大量研究發(fā)現(xiàn)，稀土元素的加入將對(duì)材料的性能有顯著的改善。稀土在功能材料中的應(yīng)用將大大提高稀土資源開(kāi)發(fā)利用的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。開(kāi)展新型稀土材料的基礎(chǔ)理論研究、技術(shù)創(chuàng)新研究及產(chǎn)業(yè)化研究是國(guó)家急需解決的一個(gè)極為重要的課題。

通過(guò)各種稀土化合物或摻稀土物質(zhì)的合成、組成、結(jié)二.我國(guó)稀土資源概況及在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

1.稀土元素（rareearth或RE）

稀土元素：是元素周期表第三副族中原子序數(shù)57-71的15個(gè)鑭系元素和鈧（Sc）、釔（Y）的總稱(chēng)（共17個(gè)元素）。鑭系元素：鑭（La）、鈰（Ce）、鐠（Pr）、釹（Nd）、钷（Pm）、釤（Sm）、銪（Eu）、釓（Gd）、鋱（Tb）、鏑（Dy）、鈥（Ho）、鉺（Er）、銩（Tm）、鐿（Yb）、镥（Lu）。二.我國(guó)稀土資源概況及在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

1.稀土元素

地球上稀土分布：約占地殼總量的0.016%，豐度比常見(jiàn)的銅、鉛、鋅、錫還多，但目前真正成為可開(kāi)采的稀土礦并不多，且在世界上的分布很不均勻，主要集中在中國(guó)、美國(guó)、印度、前蘇聯(lián)國(guó)家、南非等國(guó)?！拜p稀土元素”：鈧（Sc）、釔（Y）、鑭（La）—銪（Eu）。“重稀土元素”：釓（Gd）—镥（Lu）。

地球上稀土分布：約占地殼總量的0.

性質(zhì)：稀土元素由于其獨(dú)特的4f電子結(jié)構(gòu)，因而有典型的金屬特性。金屬形態(tài)的稀土元素有良好的導(dǎo)電性、延展性和金屬光澤，燃點(diǎn)低，化學(xué)性質(zhì)活潑，易與其他元素作用，幾乎能與所有非金屬元素生成穩(wěn)定的化合物，其氧化物有很高的熔點(diǎn)和多種顏色。其金屬活潑性?xún)H次于堿金屬和堿土金屬，活潑性按原子序數(shù)遞增。另外還具有獨(dú)特的電、磁、光和催化性能。稀土元素是親石元素，常見(jiàn)的是以氧化物、硅酸鹽、磷酸鹽、磷硅酸鹽、氟碳酸鹽以及氟化物等形式存在，在礦物中常與其他元素共生。性質(zhì)：稀土元素由于其獨(dú)特的4f電子結(jié)構(gòu)，因而有典型的2.我國(guó)稀土資源

中國(guó)稀土資源:占世界已探明儲(chǔ)量的80%，儲(chǔ)量達(dá)3600萬(wàn)噸（以稀土氧化物計(jì)），遠(yuǎn)景儲(chǔ)量一億噸，居世界首位。而且品種齊全、質(zhì)量高、易開(kāi)采。已形成南、北兩大體系。北方主要為輕稀土資源，分布在內(nèi)蒙古的包頭白云鄂博（鐵稀土共生礦）和四川的冕寧（氟碳鈰礦），有鑭、鈰、鐠、釹和少量釤、銪、釓。南方主要為中重稀土資源，分布在江西、福建、廣東、廣西、湖南，有釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥和鑭、釹等。2.我國(guó)稀土資源

中國(guó)稀土資源:占世界已探明儲(chǔ)量的8

湖南稀土資源:湖南稀土礦產(chǎn)資源豐富，分布廣、規(guī)模較大。主要礦床為沖擊型獨(dú)居石沙礦床、風(fēng)化殼獨(dú)居礦物型礦床、離子吸附型稀土礦床。獨(dú)居石的探明儲(chǔ)量居全國(guó)第一。沖擊型獨(dú)居石沙礦床集中分布在湘東北岳陽(yáng)地區(qū)（華容、岳陽(yáng)、湘陰），風(fēng)化殼獨(dú)居礦物型礦床和離子吸附型稀土礦床集中在湘南地區(qū)（江華、桂東、資興、郴縣、藍(lán)山、汝城、臨武、耒陽(yáng)、宜章），一般為重稀土礦床，也有輕稀土。礦石品位高、質(zhì)量好。

華容三廊堰，岳陽(yáng)埂口，湘陰望湘；江華姑婆山，耒陽(yáng)上堡小沖頭，宜章莽山，桂東寨前，汝城諸廣山，資興彭公廟，郴縣騎田山，藍(lán)山西山，臨武香花嶺，等。湖南稀土資源:湖南稀土礦產(chǎn)資源豐富，分布廣、規(guī)模較大。3.稀土在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

農(nóng)業(yè)：稀土是植物生長(zhǎng)、生理調(diào)節(jié)劑，對(duì)農(nóng)作物具有增產(chǎn)、改善品質(zhì)、增強(qiáng)抗旱抗?jié)晨狗箍共∧芰Φ茸饔茫投净驘o(wú)毒，對(duì)人畜無(wú)害，無(wú)環(huán)境污染。其應(yīng)用涉及糧食作物、蔬菜、水果、牧草及養(yǎng)魚(yú)養(yǎng)雞等畜牧業(yè)。3.稀土在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

農(nóng)業(yè)：稀土是植物生長(zhǎng)、

冶金工業(yè)：鋼中加入少量稀土，能起到脫氧、脫硫、改變夾雜物形態(tài)等凈化和變質(zhì)作用，顯著提高鋼的強(qiáng)度和韌性；不銹鋼中加入少量稀土，能提高其耐熱耐蝕性，防止熱加工裂紋；少量稀土可使合金鋼強(qiáng)度顯著提高、能降低石墨對(duì)鑄鐵基體的分割破壞作用；高活性的稀土加入到有色金屬及合金中，可以去除殘留氣體和有害雜質(zhì)、細(xì)化組織、改善合金組織形態(tài)、形成金屬間化合物、產(chǎn)生固溶強(qiáng)化、提高耐熱性（再結(jié)晶溫度）、改善工藝性能（減少偏析、氣孔、縮水、表面裂紋）。冶金工業(yè)：鋼中加入少量稀土，能起到脫氧、脫硫、改變夾

石油化工：稀土元素具有高氧化能和高電荷的大離子，很容易獲得和失去電子。因而廣泛用做催化劑。石油工業(yè)中的稀土分子篩裂化催化劑活性高、選擇性好、汽油生產(chǎn)率高。

玻璃工業(yè)：稀土在玻璃工業(yè)中的應(yīng)用主要為三個(gè)方面：玻璃著色、玻璃脫色、制造特種性能玻璃。稀土光學(xué)玻璃（鑭玻璃等）可提高折射率、降低色散、增加抗腐蝕性，廣泛用做各種透鏡和高級(jí)照相機(jī)、攝像機(jī)鏡頭。石油化工：稀土元素具有高氧化能和高電荷的大離子，很容

陶瓷工業(yè)：稀土用做陶瓷顏料使陶瓷顏色柔和、純正、色調(diào)新穎、光潔度好。由于鑭系元素對(duì)氧的親和力強(qiáng)，添加稀土元素的陶瓷熔點(diǎn)非常高，還能改善陶瓷韌性、提高抗裂能力。稀土加入陶瓷釉料中，可減少釉層破裂和增加光澤。稀土氧化物可以制造耐高溫透明陶瓷、耐高溫坩堝、碳弧燈泡芯材。用氧化釔部分穩(wěn)定的氧化鋯已被制成特殊用途的陶瓷刀剪，因其高導(dǎo)熱、低膨脹系數(shù)、熱穩(wěn)定性好可用于制造汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)。陶瓷工業(yè)：稀土用做陶瓷顏料使陶瓷顏色柔和、純正、色調(diào)新穎4.我國(guó)稀土產(chǎn)品發(fā)展概況

自1986年以來(lái)，我國(guó)稀土產(chǎn)量已經(jīng)超過(guò)美國(guó)，成為世界第一的稀土生產(chǎn)大國(guó)，目前我國(guó)稀土產(chǎn)量已占世界總產(chǎn)量的70%，已能夠生產(chǎn)近千個(gè)規(guī)格的400多種稀土產(chǎn)品，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)正從初級(jí)產(chǎn)品向高純、高附加值、單一稀土方向發(fā)展，單一稀土化合物和金屬的產(chǎn)量占總商品量的30%以上。稀土應(yīng)用技術(shù)日益成熟、應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。具有“工業(yè)味精”之稱(chēng)的稀土元素由于其特殊的性能，已廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，同時(shí)稀土功能材料已逐步成為信息、生物、新能源、新材料等高新技術(shù)領(lǐng)域中的關(guān)鍵材料。4.我國(guó)稀土產(chǎn)品發(fā)展概況

自1986年以來(lái)，我國(guó)稀土產(chǎn)

三、新型稀土功能材料

1.稀土發(fā)光材料

巨大的發(fā)光材料寶庫(kù):稀土元素原子具有豐富的電子能級(jí)結(jié)構(gòu)，為其獲得多種發(fā)光性能提供了良好的條件。在各類(lèi)發(fā)光材料中，稀土比非稀土發(fā)光材料的發(fā)光效率及光色性能更好。稀土發(fā)光材料按激發(fā)方式的不同可以分為光致發(fā)光、陰極射線(xiàn)發(fā)光、電致發(fā)光、x射線(xiàn)激發(fā)發(fā)光材料。稀土發(fā)光材料主要包括稀土熒光材料、稀土激光材料。三、新型稀土功能材料

1.稀土發(fā)光材料

巨大的

稀土熒光材料:稀土熒光材料用做節(jié)能熒光燈三基色熒光粉（紅色Y2O3：Eu3+，蘭色BaMg2Al16O27：Eu3+及綠Ce0.67Tb0.33Al11O19）

，具有光效好、光色好、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，較白熾燈節(jié)電75%；作為顯示器發(fā)光材料具有高亮度、高對(duì)比度、大信息容量、彩色化、吸收能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)換效率高、熒光壽命從納秒到毫秒跨越6個(gè)量級(jí)、物理化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于彩色電視機(jī)和彩色投影電視三基色熒光體、計(jì)算機(jī)及各種顯示屏、雷達(dá)、x射線(xiàn)增感屏、核輻射探測(cè)記錄、醫(yī)學(xué)放射圖象等。稀土熒光粉還用于各種功能燈（驗(yàn)鈔燈、保健燈、殺蟲(chóng)燈等）和防偽材料。

稀土熒光材料:稀土熒光材料用做節(jié)能熒光燈三基色熒光粉（

稀土熒光粉以銪、鋱、釓、釔等中重高純稀土為主，熒光材料中藍(lán)、綠粉較為便宜，而紅粉用量多、成本高。將稀土氧化物超細(xì)化、納米化，盡量減少稀土用量，制備納米級(jí)稀土熒光粉是一個(gè)途徑。最近，稀土化合物納米材料熒光性能的研究正逐步展開(kāi)。稀土化合物納米材料的能級(jí)結(jié)構(gòu)及熒光特性是一個(gè)全新的領(lǐng)域，其熒光機(jī)制與半導(dǎo)體材料完全不同。稀土化合物熒光材料在發(fā)光、顯示、光信息傳遞、激光、閃爍體等方面有重要應(yīng)用。稀土熒光粉以銪、鋱、釓、釔等中重高純稀土為主，熒光材

稀土電致發(fā)光材料:目前正在研究的摻雜稀土的電致發(fā)光薄膜材料將用于實(shí)現(xiàn)彩色電致發(fā)光平板顯示，稀土摻雜薄膜材料中綠色（ZnS：TbF3、CaS：（Ce，K），蘭色ZnS：（TmF3，ErF3），紅色ZnS：SmF3等材料正在開(kāi)發(fā)。稀土與聚合物或硫化物組成的重量輕大屏幕全色電致發(fā)光薄膜顯示器，稀土半導(dǎo)體薄膜電致發(fā)光材料應(yīng)用前景廣泛。有機(jī)電致發(fā)光是目前國(guó)際上的一個(gè)熱點(diǎn)研究領(lǐng)域，稀土配合物發(fā)光色純度高，量子效率高，在有機(jī)電致發(fā)光材料具有獨(dú)特的意義。已有許多研究報(bào)導(dǎo)（但在發(fā)光亮度和驅(qū)動(dòng)壽命方面還存在問(wèn)題），將稀土配合物成功用于有機(jī)電致發(fā)光技術(shù)已為期不遠(yuǎn)。稀土電致發(fā)光材料:目前正在研究的摻雜稀土的電致發(fā)光薄膜

稀土激光材料:稀土元素有48種f-f躍遷和3種d-f躍遷實(shí)現(xiàn)激光發(fā)射，使稀土元素成為激光技術(shù)中的重要材料。目前約320種激光晶體中，有290種是稀土激活離子，占90.6%。釔鋁石榴石（YAG，）是最有代表性的激光晶體，YAG：Nd3+是至今最有使用價(jià)值的稀土激光晶體。激光晶體主要為含氧或含氟化合物，稀土在其中作為激活離子的有Ce、Pr、Nd、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb等11個(gè)3價(jià)離子Sm、Dy、Tm3個(gè)2價(jià)離子。在硅酸鹽、磷酸鹽、氟磷酸鹽氟鋰酸鹽等激光玻璃中的稀土激活離子有Nd、Er、Ho、Tm等3價(jià)離子。稀土元素還用于液體激光器。稀土激光材料:稀土元素有48種f-f躍遷和3種d-f躍

稀土高分子發(fā)光材料:將稀土化合物與聚合物復(fù)合可制成稀土高分子發(fā)光材料，目前已經(jīng)有三基色熒光高分子材料。將銪有機(jī)配合物摻雜到聚乙烯或聚氯乙烯樹(shù)脂中，可得到轉(zhuǎn)光農(nóng)用膜，能將太陽(yáng)光中不能被植物利用的紫外線(xiàn)轉(zhuǎn)換成可被植物光合作用利用的可見(jiàn)光包括藍(lán)光和紅光，使棚溫升高、透光率增加。稀土高分子發(fā)光材料:將稀土化合物與聚合物復(fù)合可制成稀土2.稀土吸波材料

吸波材料是軍事隱身、電磁信息泄露防護(hù)、電磁干擾防護(hù)、電磁污染防護(hù)等國(guó)防軍工與民用技術(shù)領(lǐng)域中的關(guān)鍵材料之一。近年來(lái)，一些研究發(fā)現(xiàn)，稀土在吸波功能材料中有重要的應(yīng)用。稀土元素作為摻雜成分能使材料吸波性能大大提高。稀土對(duì)吸波材料的影響主要體現(xiàn)在吸收峰位置移動(dòng)，有效頻帶加寬，吸收強(qiáng)度大大增加，匹配厚度變薄。2.稀土吸波材料

吸波材料是軍事隱身、電磁信息泄露防護(hù)

稀土吸波材料是目前一個(gè)重要的研究方向。稀土元素具有未成對(duì)的4f電子，對(duì)離子磁矩有貢獻(xiàn)的是4f電子，它們的原子和離子具有特殊的電磁性能，大多數(shù)稀土元素都有比一般順磁性物質(zhì)高得多的的質(zhì)量磁化率，其中釓具有鐵磁性。鑭雖然沒(méi)有4f電子，基態(tài)時(shí)其4f殼層是空的，但在激發(fā)態(tài)時(shí)可能有電子進(jìn)入4f殼層。因此，在許多功能材料中鑭充當(dāng)了重要角色，鑭的加入可引起復(fù)雜多變的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。添加稀土元素將對(duì)稀土吸波材料的復(fù)磁導(dǎo)率、復(fù)介電常數(shù)和共振頻率等吸收機(jī)制產(chǎn)生影響。目前，正在研究的稀土吸波材料有以下幾種：稀土吸波材料是目前一個(gè)重要的研究方向。稀土元素具有未

稀土摻雜磁性合金微粉鐵磁合金微粉中摻雜或含稀土元素有利于改善微波電磁參數(shù)和吸收性能。例如：對(duì)CoFeZrRe合金微粉，稀土元素的摻入能有效調(diào)整材料的微波磁導(dǎo)率和頻響特性，加入適量的Tb有利于獲得高的微波磁導(dǎo)率和大的磁損耗；Nd3Fe66Mn2Co18B11納米合金粉在GHz低頻位置（2.7GHz）有6.9dB的微波吸收。稀土摻雜磁性合金微粉鐵磁合金微粉中摻雜或含稀土元素稀土混合氧化物添加微量稀土氧化物可以提高鐵氧體微波吸收性能。例如：在鐵砂、鐵氧體和鐵磁-鐵電等復(fù)合電波吸收材料中摻入一種或多種微量稀土氧化物能大幅度提高材料的吸波特性；LiFe5O8中添加少量的Nd2O3

后，吸收值增大；SmO和α-Fe兩相混合物粉末在1-5GHz低頻段范圍具有良好的微波吸收特性；將已被氧化的廢料Nd2Fe14B與Li2CO3、TiO2、ZnO2混合制得納米復(fù)合材料，該材料在7-10GHz頻率范圍有優(yōu)良的微波吸收性能；Singh等發(fā)現(xiàn)[Ca(NiTi)xFe12-2xO19]96.0[La2O3]4.0

和[Ca(CoTi)xFe12-2xO19]96.0[La2O3]4.0在8-12.4GHz測(cè)試頻率范圍的微波吸收系數(shù)均在15dB以上，吸收峰值31dB。稀土混合氧化物添加微量稀土氧化物可以提高鐵氧體微波吸收性稀土摻雜鐵電體鐵電材料是典型的介電體，由于在交變電場(chǎng)作用下存在電疇轉(zhuǎn)向極化、電滯、疇壁共振、電疇自然共振、極化弛豫等介電損耗機(jī)構(gòu)，因而在電磁波吸收材料領(lǐng)域有應(yīng)用前景。但在微波范圍，其吸收頻帶窄，反射損耗不令人滿(mǎn)意。采用復(fù)合（與鐵氧體或?qū)щ姼叻肿樱┗驌诫s的方法可以提高其微波吸收特性。Liu等人發(fā)現(xiàn)LaxBa1-xTiO3在x頻段有良好的微波吸收特性，反射損耗與A位La3+含量有關(guān)。稀土摻雜鐵電體鐵電材料是典型的介電體，由于在交變電場(chǎng)作用稀土摻雜鐵氧體鐵氧體摻雜稀土元素可以調(diào)整電磁參數(shù)和電磁波吸收特性。近幾年，這方面研究報(bào)道較多。例如：M型鋇鐵氧體Ba1-xLaxZnxFe12-x-y(Me0.5Mn0.5)yO19(Me:Zr,Sn)；Dy、Nd、Pr等稀土元素?fù)诫sW型鋇鐵氧體；Ni0.5Zn0.5Fe2-xRxO4(R=La或）；摻雜稀土La3+磁鉛石型Z型鐵氧體；摻鑭的M型六角鋇鐵氧體(La0.5Na0.5)xBa1-xFe12O19和(La0.5K0.5)xBa1-xFe12O19以及尖晶石型鋰鐵氧體Li0.5LaxFe2.5-

xO4，Ce0.25FeNiO3，BaNiZnCexFe16-

xO27鐵氧體，Ba1-

xLaxFe12O19；在ZnFe2O4鐵氧體中摻入Co2+,Sm3+元素；SrLaxFe12-xO19超微粉；Li0.5CexFe2.5-xO4,；La摻雜Co2-Z型鋇鐵氧體。稀土摻雜鐵氧體鐵氧體摻雜稀土元素可以調(diào)整電磁參數(shù)和電磁波

摻雜稀土錳氧化物由于稀土元素和過(guò)渡元素的特殊的電子結(jié)構(gòu)和奇特的電磁性質(zhì)，研究稀土-過(guò)渡金屬氧化物及其摻雜體系的微波電磁響應(yīng)有重要的理論和實(shí)用價(jià)值。LaxBa1-xMnO3、LaxSr1-xMnO3、LaxCe1-xMnO3、LaxK1-xMnO3已被證實(shí)有良好的微波吸收特性摻雜稀土錳氧化物由于稀土元素和過(guò)渡元素的特殊的電子結(jié)構(gòu)

3.磁性功能材料

稀土釹、釤、鐠、鏑等是制造超級(jí)永磁材料的主要原料，其磁性高于普通永磁材料的4-10倍，尤其是釹鐵硼永磁體是目前發(fā)現(xiàn)的磁性最強(qiáng)的永磁材料。釤鈷磁體磁性弱于釹鐵硼，但熱穩(wěn)定性和抗腐蝕性?xún)?yōu)于釹鐵硼。釤鐵磁體中稀土含量比釹鐵硼低，氧化釤價(jià)格又低于氧化釹，故成本比釹鐵硼低，而耐熱性和耐蝕性較釹鐵硼好，釤鐵也有好的市場(chǎng)。稀土永磁材料廣泛用于計(jì)算機(jī)、電機(jī)、儀器儀表、磁力機(jī)械、電聲、醫(yī)療器械、磁懸浮列車(chē)、航空及軍工等領(lǐng)域。稀土磁性塑料也是一種重要磁性功能材料，它易成型、組裝使用方便，磁性?xún)?yōu)于鐵氧體燒結(jié)磁體。

3.磁性功能材料

稀土釹、釤、鐠、鏑等是制造超級(jí)永磁

4儲(chǔ)氫與能源功能材料

儲(chǔ)氫合金:氫是重要的二次能源，資源豐富發(fā)熱值高，不污染環(huán)境。氫能源的開(kāi)發(fā)已引起人們極大的興趣，但要解決的主要問(wèn)題是制氫與儲(chǔ)氫問(wèn)題。利用太陽(yáng)能光分解法從海水中取氫最有希望，而氫的儲(chǔ)存卻是一個(gè)更大的難題。儲(chǔ)氫材料的開(kāi)發(fā)為為氫能源的利用提供了條件。日本使用1000kg富鑭混合稀土-鎳-鋁合金制成175m3容積的儲(chǔ)氫容器，與同體積的高壓氫氣瓶相比，重量減輕了30%，體積減少了86%。

4儲(chǔ)氫與能源功能材料

儲(chǔ)氫合金:氫是重要的二次能源，

此外，儲(chǔ)氫合金吸放氫的反應(yīng)熱很大（210kJ/kg），利用該性質(zhì)可以制造熱泵或制冷裝置，不僅費(fèi)用便宜，而且無(wú)噪音和震動(dòng)。利用儲(chǔ)氫合金中氫的平衡壓與溫度的關(guān)系，可制成溫度指示器或傳感器，用于飛機(jī)和火警報(bào)警。用儲(chǔ)氫合金還可制造氫能汽車(chē)、無(wú)傳動(dòng)部件的氫壓縮機(jī)，也可做機(jī)器人動(dòng)力系統(tǒng)的激發(fā)器、控制器和動(dòng)力源。

近年來(lái)，稀土儲(chǔ)氫合金以鑭鎳為基礎(chǔ)正在向多元化、實(shí)用化方向發(fā)展，得到了各種不同性能的儲(chǔ)氫合金?；旌舷⊥猎兀–e、La、Sm）LaNi5置換中的La或者富含La與Nd的混合稀土取代La，是價(jià)格低廉的儲(chǔ)氫合金。此外，儲(chǔ)氫合金吸放氫的反應(yīng)熱很大（210kJ/kg），

綠色化學(xué)電源:綠色化學(xué)電源是稀土應(yīng)用的主要領(lǐng)域之一。鎳氫電池的負(fù)極活性物質(zhì)為稀土儲(chǔ)氫合金。利用稀土對(duì)鋰離子電池正極材料進(jìn)行改性，能提高電池的性能。燃料電池（將化學(xué)反應(yīng)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置）是稀土應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域，其核心組成部分包括固體電解質(zhì)、陰極材料、陽(yáng)極材料和連接材料均屬于稀土氧化物材料。固體氧化物燃料電池將在電動(dòng)汽車(chē)、移動(dòng)電站和大型電站中獲得應(yīng)用，是21世紀(jì)最有前景的潔凈電源。綠色化學(xué)電源:綠色化學(xué)電源是稀土應(yīng)用的主要領(lǐng)域之一。鎳氫5導(dǎo)電、電子功能材料

稀土鋁電線(xiàn)電纜:稀土在鋁電線(xiàn)電纜中能提高導(dǎo)電性、細(xì)化晶粒、強(qiáng)化基體、改善加工性能和耐磨性。稀土鋁電線(xiàn)電纜已成為國(guó)家級(jí)電網(wǎng)的規(guī)范產(chǎn)品。

稀土超導(dǎo):稀土氧化物是高溫超導(dǎo)材料的的重要原料（鑭鋇銅氧，釔鋇銅氧等）。

稀土電極材料:稀土化合物鉻酸鑭是電子導(dǎo)電，可用做電極材料。添加CeO2和Ta2O5的氧化鋯可用做磁流體發(fā)電機(jī)的電極材料。5導(dǎo)電、電子功能材料

稀土鋁電線(xiàn)電纜:稀土在鋁電線(xiàn)電纜中

稀土電容器介電材料:陶瓷電容器加入氧化鑭和其他稀土，可以提高介電常數(shù)，增加溫度穩(wěn)定性和壽命。添加氧化釹、氧化鑭、氧化釓等稀土材料的各種特殊陶瓷被用做各種電容器介電材料。鎂鑭鈦陶瓷（MgO-La2O3-TiO3）其介電常數(shù)比鈦酸鎂高，在150oC介電性能良好，可用做較高溫度使用的高頻電容器。稀土電容器介電材料:陶瓷電容器加入氧化鑭和其他稀土，可以

6環(huán)境功能材料

防射線(xiàn)玻璃:在玻璃中摻入CeO2，可使玻璃具有防紫外線(xiàn)功能又不影響玻璃透光性。

光催化劑改性:氧化鈦光催化劑能降解環(huán)境中的有害有機(jī)物并且可以氧化去除大氣中低濃度的氮氧化物和含硫化合物等有毒氣體，另外還有殺菌除臭等作用。適量摻雜稀土元素如鈰、鑭、釔等可以顯著改善氧化鈦的光催化性能。

6環(huán)境功能材料

防射線(xiàn)玻璃:在玻璃中摻入CeO2，可使

水凈化材料:鋅-銅與少量稀土元素組成的稀土合金是一種較為理想的水凈化功能材料，研究表明，該材料可以除去水中對(duì)人體有害雜質(zhì)如重金屬離子、氟離子80-90%以上、有機(jī)物75%以上，殺菌效果顯著。

汽車(chē)尾氣凈化劑:稀土元素是汽車(chē)尾氣凈化劑的主要原料。稀土催化劑可以分為稀土-賤金屬?gòu)?fù)合氧化物、稀土-賤金