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稀土元素獨特的物理化學(xué)性質(zhì),決定了它們具有極為廣泛的用途。稀土元素具有獨特的4f電子結(jié)構(gòu),大的原子磁距,很強的自旋軌道耦合等特性,與其它元素形成稀土配合物時,配位數(shù)可在3～ 12之間變化,并且稀土化合物的晶體結(jié)構(gòu)也是多樣化的。在新材料領(lǐng)域,稀土元素豐富的光學(xué)、電學(xué)及磁學(xué)特性得到了廣泛應(yīng)用。在高技術(shù)領(lǐng)域,稀土新材料發(fā)揮著重要的作用。稀土新材料主要包括稀土永磁材料、稀土發(fā)光材料、稀土貯氫材料、稀土催化劑材料、稀土陶瓷材料及其它稀土新材料如稀土超磁致伸縮材料、巨磁阻材料、磁致冷材料、光致冷材料、磁光存儲材料等。 1、稀土永磁材料 稀土永磁材料因其合金成份不同,目前可分為三類〔1〕: ( 1)稀土-鈷永磁材料: SmCo5、Sm2 Co17; ( 2)稀土-鐵永磁材料: Nd2 Fe14 B; ( 3)稀土鐵氮( RE-Fe-N 系)或稀土鐵碳( RE-Fe-C系)永磁材料。按開發(fā)應(yīng)用的時間順序可分為第一代( 1∶ 5型SmCo5)、第二代( 2∶ 7 型Sm2 Co17 )、第三代( NdFeB) ,目前正在積極開發(fā)尋找第四代稀土永磁體。第一代SmCo5 稀土永磁體出現(xiàn)不久,為了提高永磁合金的磁能積,開發(fā)了第二代Sm2 Co17稀土永磁體。Sm2 Co1 7具有較高的磁性能和穩(wěn)定性,得到了廣泛的應(yīng)用。80年代Nd2 Fe14 B型稀土永磁體問世,因其優(yōu)異的性能和較低的價格很快在許多領(lǐng)域取代了Sm2 Co17型稀土永磁體,并很快實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。其性能仍在不斷提高,日本已開發(fā)出了磁能積為55. 8MGOe的Nd2 Fe14 B型稀土永磁體。NdFeB永磁體已廣泛地用于能源、交通、機械、醫(yī)療、計算機、家電等領(lǐng)域。中國Nd FeB產(chǎn)量1998年占世界總產(chǎn)量的38% ,總量為3850噸。但中國Nd FeB產(chǎn)業(yè)仍未形成規(guī)模化經(jīng)營,產(chǎn)品多為中低檔產(chǎn)品,磁能積一般小于45MGOe,多為40MGOe 以下產(chǎn)品,因而多用于音響器材、磁化器、磁選機等中低檔領(lǐng)域; 而日本Nd FeB 生產(chǎn)只集中于幾個大廠, 其產(chǎn)品多為40MGOe以上產(chǎn)品, 多用于計算機V CM、新型電機、MRI等高技術(shù)領(lǐng)域。中國NdFeB產(chǎn)業(yè)只有實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)業(yè)集團化、產(chǎn)品質(zhì)量高性能化,才能在國際競爭中立于不敗之地,并帶動稀土產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 2、稀土發(fā)光和激光材料 稀土的發(fā)光和激光性能都是由于稀土的4f 電子在不同能級之間的躍遷產(chǎn)生的。由于稀土離子具有豐富的能級和4f電子躍遷特性,使稀土成為發(fā)光寶庫,為高科技領(lǐng)域特別是信息通訊領(lǐng)域提供了性能優(yōu)越的發(fā)光材料。稀土發(fā)光材料的優(yōu)點是吸收能力強,轉(zhuǎn)換率高,可發(fā)射從紫外到紅外的光譜,在可見光區(qū)域,有很強的發(fā)射能力,且物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。稀土發(fā)光材料因 其激發(fā)方式不同又可分為稀土陰極射線發(fā)光材料、稀土光致發(fā)光材料、X射線稀土發(fā)光材料、稀土閃爍體、稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料及其它稀土功能發(fā)光材料。目前,稀土發(fā)光材料主要用于彩電顯像管、計算機顯示器、照明、醫(yī)療設(shè)備等方面。 稀土發(fā)光材料用量最大的是彩電顯像管、計算機顯示器、稀土三基色節(jié)能燈、PDP等離子顯示屏。彩電顯像管和計算機顯示器使用的稀土發(fā)光材料屬陰極射線發(fā)光材料。目前彩管中紅粉普遍使用的是銪激活的硫氧化釔Y2O2 S∶ Eu磷光體,粒度6～ 8μm,計算機顯示器要求發(fā)光材料提供高亮度、高對比度和清晰度,其紅粉也采用Y2O2 S∶ Eu,但Eu含量要高一些, 綠粉為Tb3+激活的稀土硫氧化物Y2 O2 S∶ Tb, Dy 及Gd2O2 S∶ Tb, Dy 高效綠色熒光體,粒度為4～ 6μm。有消息報導(dǎo)說藍粉也將由稀土發(fā)光材料取代鋅、si硫化物粉〔2〕。大屏幕投影電視的紅粉也為Y2O2 S∶ Eu, 綠粉為Tb激活的稀土發(fā)光材料如釔鋁石榴石Y AG∶ Tb( P53)和釔鋁鎵石榴石YAGG∶ Tb,大屏幕投影電視因需要高電流密度激發(fā),外屏溫度高,要求發(fā)光材料能量轉(zhuǎn)換效率盡可能高,溫度猝滅特性好,亮度與電流呈線性關(guān)系,電流飽和特性好,且性能穩(wěn)定。投影電視用熒光粉每年可消費數(shù)噸稀土氧化物。PDP等離子顯示屏中的稀土發(fā)光材料為電致發(fā)光材料, 紅色為ZnSiNdF3、Zn-SiSmF3 和ZnSi EuF3 薄膜, 綠色為ZnSi Tb F3、Zn-SiEr F3 和Zn Si Ho F3 薄膜, 由于藍色發(fā)光材料Zn-Si Tm F3 亮度很低,因而使用了不含稀土的ZnSiAg。PDP屬平板顯示技術(shù), 隨著市場對PDP電視需求的增加,稀土的消費會進一步擴大。 稀土發(fā)光材料的另一項重要應(yīng)用是稀土三基色節(jié)能燈,它使用的稀土三基色熒光粉是光致發(fā)光材料,主要組成部分為〔3〕紅粉Y2O3∶ Eu3+ ,約占60～70% (質(zhì)量分數(shù)) ,綠粉為Ce0. 67Mg0. 33 Al11O19∶ Tb3+(～ 30% )(質(zhì)量分數(shù)) ,藍粉為BaMgAl16O27∶ Eu2+(少量)。稀土節(jié)能燈發(fā)光效率高,節(jié)約電力,其開發(fā)應(yīng)用受到世界各國重視。與國外相比,我國燈粉質(zhì)量還存在一定問題,光衰較大,亮度偏低,在燈粉粒度、原料純度控制工藝方面需要改進。此外,還有稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料,上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料發(fā)射光子的能量大于吸收光子的能量,廣泛用于紅外探測, 某些上轉(zhuǎn)換稀土發(fā)光材料如BaY F5∶Yb, Er可將紅外線轉(zhuǎn)換成可見光,夜視鏡中使用的就是這種材料, 還有一些材料如摻雜Ho3+ 的Sr F2晶體可實現(xiàn)激光輸出的上轉(zhuǎn)換〔4〕,在紅色激光激發(fā)下, Sr F2晶體中Ho3+可實現(xiàn)蘭色上轉(zhuǎn)換發(fā)光。 稀土激光材料是與激光同時誕生的,稀土是激光工作物質(zhì)中很重要的元素, 90%的激光材料都與稀土有關(guān)。稀土激光材料可分為固體、液體和氣體三大類,以稀土固體激光材料的應(yīng)用最廣。稀土固體激光材料又可以分為晶體、玻璃、光纖及化學(xué)計量激光材料。 稀土激光材料廣泛用于通訊、醫(yī)療、信息儲存、切割和焊接等方面。稀土晶體激光材料主要是含氧的化合物和含氟的化合物。其中稀土石榴石體系是研究、開發(fā)和應(yīng)用最活躍的體系,如Y3 Al5O12 Nd ( Y AG∶ Nd)因其性能優(yōu)異得到了廣泛的應(yīng)用,還有效率更高的摻雜Nd和Cr 的釓鈧鎵石榴石GSGG∶ Nd, Cr及與GSGG類似的( Gd, Ca) 3 ( Ga, Mg , Zr) 5 O12∶ Nd, Cr。摻釹釩酸釔( YVO4∶ Nd)及YLi F4 ,適用于二極管泵浦的全固態(tài)連續(xù)波綠光激光器,在激光技術(shù)、醫(yī)療、科研等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。稀土玻璃激光材料用Nd3+、Er3+ 、Tm3+ 等三價離子作為稀土激活離子,種類比晶體少,容易制備,靈活性比晶體大,可以根據(jù)需要制成不同的形狀和尺寸,缺點是熱導(dǎo)率比晶體低,因此不能用于連續(xù)激光的操作和高重復(fù)率操作。稀土玻璃激光器輸出脈沖能量大,輸出功率高,可用于熱核聚變研究,也可用于打孔、焊接。稀土光纖激光材料在現(xiàn)代光纖通訊的發(fā)展中起著重要作用。現(xiàn)代信息高速公路的建設(shè)與發(fā)展,對傳輸容量、所傳輸信號的質(zhì)量、速度提出了更高的要求。光信號直接放大技術(shù)是為補償長距離傳送過程中光衰減而開發(fā)的。摻鉺光纖放大器( EDFA)的開發(fā)應(yīng)用及其它高技術(shù)的發(fā)展,使現(xiàn)代光纖通信取得了長足的進步。EDFA中Er3+ 在受到波長980nm、1480nm的光激發(fā)后,其能級從基態(tài)躍遷致高能態(tài),當(dāng)處于高能態(tài)的Er3+ 再躍遷返回基態(tài)時發(fā)出1550nm的光,這是上轉(zhuǎn)換發(fā)光,起到了光放大的作用。除EDFA外還有摻鐠氟 化物光纖放大器,它們的原理相同,后者激發(fā)光波長為1017nm。稀土在光纖中用量很少,世界總用量僅為公斤級,但所起的作用是決定性的。 3、稀土貯氫材料 貯氫材料是70年代開發(fā)的新型功能材料,它的開發(fā)使氫作為能源實用化成為可能。在能源短缺和環(huán)境污染日益嚴(yán)重的今天,貯氫材料的開發(fā)與應(yīng)用自然成為研究的熱點。貯氫合金是兩種特定金屬的合金,其中一種金屬可以大量吸氫,形成穩(wěn)定氫化物,而另一種金屬與氫的親合力小,氫很容易在其中移動〔1〕。稀土與過渡族元素的金屬間化合物MMNi5( MM 為混合稀土金屬)及LaNi5 是優(yōu)良的吸氫材料。因其對氫可進行選擇性吸收并可在常壓下釋放,故可用作氫的提純、分離和回收。稀土貯氫材料的另一項重要應(yīng)用是它可以被用作Ni /M H電池的陰極材料。鎳氫電池與傳統(tǒng)的鎳鎘電池相比,其能量密度提高兩倍,且無污染,因而被稱為綠色能源。Ni /M H電池應(yīng)用廣泛,如筆記本電腦、計算機、攝像機、收錄機、數(shù)碼相機、通訊器材等,還有一項潛在的重要用途為電動汽車。日本1996、1997、1998三年鎳氫電池產(chǎn)量分別為3. 5億支、5. 8億支、6. 4億支, 增長迅速,可見其市場前景十分看好。中國生產(chǎn)的鎳氫電池性能與國外相比差距還很大,這是由于工藝設(shè)備落后、材料性能較差等原因造成的,電池的一致性、穩(wěn)定性均有待提高。 4、稀土催化劑材料 稀土催化劑材料已廣泛應(yīng)用于石油裂化、合成橡膠、石油化工及汽車尾氣凈化等領(lǐng)域中。目前由于我國對環(huán)保的重視,對空氣污染治理措施加強,刺激了汽車尾氣凈化器的市場需求,汽車尾氣催化劑材料的開發(fā)應(yīng)用進一步受到重視。采用鉑銠等貴金屬的催化劑活性高,凈化效果好,但價格昂貴,而稀土汽車尾氣催化劑因其價格低,熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好,活性較高,壽命長, 抗Pb、S中毒,極受重視。汽車尾氣中的主要污染物為CO、HC、N Ox。調(diào)查表明,城市污染的主要來源是汽車尾氣,有效控制汽車尾氣污染物含量是提高空氣質(zhì)量的主要途徑。催化凈化的原理是利用催化劑將尾氣排放出來的HC和CO 進行氧化,而將NOx 進行還原,達到凈化的目的〔5〕。汽車尾氣凈化器的主要作用是提高以下催化反應(yīng)的速度〔1〕: CO+ 1 /2 O2→ CO2 * CH4+ 2O2→ CO2+ 2H2 O * NOx+ xCO→ 1 /2 N2+ x CO2 (* 分別代表多組分烴類和氮的氧化物) 稀土催化劑中使用的是La 和Ce的化合物, Ce具有儲氧功能,并能穩(wěn)定催化劑表面上鉑和銠的分散性, La 在鉑基催化劑中可替代銠,降低成本。在一定條件下,貴金屬催化劑和稀土催化劑可以使以上三個反應(yīng)同時進行,從而達到了同時凈化CO、HC和NOx 的目的。此外在催化劑載體中加入La、Ce、Y等稀土元素還能提高載體的高溫?zé)岱€(wěn)定性、機械性能、抗高溫氧化性能。美國汽車催化劑消費量可觀,1995年消費稀土占其當(dāng)年總稀土消費量的44% ,達到11000噸, 1997年美國各種催化劑中的稀土占其消費總量的65% (汽車尾氣和石油裂化) , 達到12045噸。我國對稀土汽車尾氣凈化催化劑的需求尚未形成規(guī)模,但隨著國家對治理環(huán)境污染的重視及相關(guān)政策的制定,稀土汽車尾氣催化材料必將得到廣泛應(yīng)用,并成為我國稀土應(yīng)用的又一重要領(lǐng)域,從而帶動稀土工業(yè)的發(fā)展。 5、稀土功能陶瓷和高溫結(jié)構(gòu)陶瓷 稀土陶瓷材料中稀土元素是以摻雜的形式出現(xiàn)的,微量的稀土摻雜可以極大地改變陶瓷材料的燒結(jié)性能、微觀結(jié)構(gòu)、致密度、相組成及物理和機械性能。稀土功能陶瓷包括絕緣材料(電、熱)、電容器介電材料、鐵電和壓電材料、半導(dǎo)體材料、超導(dǎo)材料、電光陶瓷材料、熱電陶瓷材料、化學(xué)吸附材料等,還有固體電解質(zhì)材料。在傳統(tǒng)的壓電陶瓷材料如Pb-TiO3、Pb Zrx Ti1- x O3 ( PZT)中摻雜微量稀土氧化物如Y2O3、La2O3、Sm2O3、CeO2、Nd2O3 等可以大大改善這些材料的介電性和壓電性,使它們更適應(yīng)實際需要,現(xiàn)在PZT壓電陶瓷已廣泛地用于電聲、水聲、超聲器件、信號處理、紅外技術(shù)、引燃引爆、微型馬達等方面。由壓電陶瓷制成的傳感器已成功用于汽車空氣囊保護系統(tǒng)。摻雜了La或Nd的BaTiO3電容器介電材料可使介電常數(shù)保持穩(wěn)定,在較寬溫度范圍內(nèi)不受影響,并提高了使用壽命。在移動電話和計算機中使用了大量的多層陶瓷電容器,稀土元素如La、Ce、Nd在其中發(fā)揮著重要作用。對稀土半導(dǎo)體陶瓷的研究十分活躍, 這種材料主要有BaTiO3 基摻雜稀土和Sr TiO3 基摻雜稀土,其室溫電阻率為10- 2～ 103Ψ· cm,當(dāng)溫度上升到居里溫度Tc 附近時,電阻率急劇上升,這種現(xiàn)象被稱為PTC效應(yīng),稀土摻雜在這種效應(yīng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用, PTC熱敏半導(dǎo)材料可用作過電過熱保護元件、溫度補償器、溫度傳感器、延時元件、消磁元件等。稀土高溫超導(dǎo)材料也是國際上的熱門研究課題。由于稀土氧化物L(fēng)a-Ba-Cu-O 系超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)及其以后的研究,超導(dǎo)材料的居里溫度Tc 有了很大提高。我國在高溫超導(dǎo)研究方面處于國際領(lǐng)先地位, Y-Ba-Cu-O體系的制備技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)及應(yīng)用基礎(chǔ)研究取得了不同程度的進展, RE-Ba-Cu-O超導(dǎo)體的Tc 為80～ 90K,此外我國還合成了堿金屬系稀土摻雜超導(dǎo)體如( Sr, Nd ) CuO2 和Sr1- xYx CuO2〔6〕。研究發(fā)現(xiàn),用其它稀土離子如Ho〔7〕取代Y制成的YBCO陶瓷樣品,其臨界電流密度Jc有不同程度的提高( Y1- x Hox Ba2 Cu3O7-δ( HBCO) )。超導(dǎo)材料應(yīng)用廣泛,可用作超導(dǎo)電磁體用于磁懸浮列車,可用于發(fā)電機、發(fā)動機、動力傳輸、微波等方面。此外,最近日本又開發(fā)了一種氧化物熱電材料用于半導(dǎo)體二極管, P型半導(dǎo)體為Na-Co 氧化物, n型為Nd-Cu氧化物(摻雜Zr) ,用這種二極管制成的設(shè)備可將熱能轉(zhuǎn)化為電能,當(dāng)p-n兩端溫差為200℃時可產(chǎn)生280mV 的電壓, 這種設(shè)備的潛在用途是利用工業(yè)生產(chǎn)、垃圾焚燒過程中產(chǎn)生的熱量發(fā)電,適用溫度為400～ 800℃。還有一種對濕度敏感的材料如摻雜La3+ 的BaTiO3 材料〔11〕,通過對其電導(dǎo)率的測量確定環(huán)境濕度,因而可用作濕度傳感器。更重要的還有摻雜稀土的ZrO2 固體電解質(zhì)材料,稀土在其中起到了穩(wěn)定劑的作用,由Y2O3 穩(wěn)定的ZrO2 材料具有結(jié)構(gòu)致密、電阻小、抗熱震性好等優(yōu)點,可用于氧傳感器和高溫燃料電池。最近日本又開發(fā)了一種新的La-Ga 氧化物固體電解質(zhì)材料,其工作溫度為600℃ ,功率為0. 4W /m2 ,完全可以滿足實際應(yīng)用,而Y2O3 穩(wěn)定的ZrO2 在1000℃時僅可產(chǎn)生0. 2W/m2的功率,這是由于La-Ga氧化物固體電解質(zhì)中含La,電解質(zhì)可以允許更多的氧離子流動。稀土高溫結(jié)構(gòu)陶瓷,主要指摻雜稀土的Si3N4、SiC、ZrO2 等耐高溫、高強度、高韌性陶瓷,是工程陶瓷。摻雜稀土( La、Y)的Si3 N4陶瓷及其復(fù)合材料可用于高溫燃氣輪機、陶瓷發(fā)動機、高溫軸承等高技術(shù)領(lǐng)域,其工作溫度最高可達1650℃ ,稀土在其中起到助熔劑和改善晶界的作用。最近日本又開發(fā)出一種新的氮化硅陶瓷, 1500℃時它的強度為484MPa。氮化硅陶瓷軸承可用于一些特殊環(huán)境如有電磁場的環(huán)境,其溫度適應(yīng)范圍為- 40℃～ + 200℃ ,并可在無法潤滑的環(huán)境中使用。而摻雜稀土的ZrO2增韌陶瓷可用作耐磨材料如內(nèi)燃機零部件、刀片、模具鑲嵌件、計算機驅(qū)動元件、密封件與陶瓷軸承等。在這種材料中, Y2O3 或CeO2 作為穩(wěn)定劑防止ZrO2在冷卻過程中由于晶型轉(zhuǎn)變、體積膨脹而造成的陶瓷龜裂。由于氧化釔增韌氧化鋯十分耐磨,還可用作細磨研磨介質(zhì)。 6、其它稀土新材料 稀土新材料家族成員眾多,難以詳述。除以上提及的幾類稀土新材料外,還有以下一些不同用途的稀土新材料,如稀土超磁致伸縮材料、磁致冷材料、稀土磁光存儲材料、巨磁阻材料、光致冷材料、稀土發(fā)熱材料等。 磁致伸縮材料是在偏磁場和交變磁場同時作用下發(fā)生同頻率的機械變形的一種材料。 稀土超磁致伸縮材料是比傳統(tǒng)磁致伸縮材料如Fe、Co、Ni等磁致伸縮值大100～ 1000倍的一類磁致伸縮材料,如Pr2Co17、SmFe2、Tb(CoFe) 2、Tb0. 27 Dy0. 73 Fe2 等。其特點是隨磁場的變化產(chǎn)生精確的長度變化,對稀土超磁致伸縮材料的研究集中在Terfenol-D, 即Tbx Dy1- x Fe2。這種材料應(yīng)用極其廣泛,如聲納系統(tǒng)、飛機燃料系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、地震探測系統(tǒng)、有源振動控制系統(tǒng)等,最典型的應(yīng)用是水下通訊中聲納傳感器的換能器。磁致冷材料是用于致冷系統(tǒng)的具有磁熱效應(yīng)的物質(zhì)。當(dāng)給磁致冷材料施加磁場后,磁矩按磁場方向排列,磁熵變小,撤去磁場后,磁矩方向變得雜亂,磁熵變大,磁致冷材料從環(huán)境中吸收熱量,環(huán)境溫度降低,達到致冷目的。這種材料有Gd3 Ga5O12 ( GGG)石榴石, ( GGG 還可用作磁泡存儲器晶體材料)Dy3 Al5 O12 ( DAG ) 石榴石等。 其它材料還有Dy2 Ti2O7、Gd3 Al5O12、Gd( O H) 3、Gd2 ( PO3 ) 3 和Dy-PO4 等。目前一種新型磁致冷材料Gd5 Si4 Ge2 已被開發(fā)出來,其優(yōu)點是磁熱效應(yīng)大,且使用溫度可以從30K左右調(diào)整到290K。美國已成功開發(fā)出第一臺室溫磁致冷樣機。用磁致冷材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)制冷劑,不僅可以減少環(huán)境污染,還可以節(jié)約電能,且致冷材料可以重復(fù)使用。另外,在超導(dǎo)研究中,需用液氦冷卻超導(dǎo)體,氦價格昂貴,磁致冷機可用于液化蒸發(fā)的液氦,減少氦的損失。也許有一天冰箱和空調(diào)機中也會采用磁致冷機。 稀土磁光存儲材料是稀土與過渡金屬的非晶態(tài)薄膜RE-TM( RE= Gd, Dy,TM= Fe, Co )。RE-TM非晶態(tài)薄膜垂直磁化膜具有較大各向異性,存儲密度高; 因是非晶態(tài)故反射均勻,信噪比高,信號質(zhì)量好; 室溫矯頑力大( 10kOe) ,信號不易損壞,可靠性高; 居里溫度可調(diào)整到100℃左右,寫入溫度低。這種材料被用作磁光盤MO,可隨機讀寫信息,容量極大(可達2. 6GB) ,讀寫速度快。磁光存儲材料在信息時代發(fā)揮著重要作用。巨磁阻材料的研究近幾年來引起了人們極大的興趣。磁阻即對某種材料施加磁場后其電阻率發(fā)生改變。巨磁阻材料與傳統(tǒng)磁阻材料相比,其電阻率的改變要大于10%。這種材料具有ABO3型鈣鈦礦結(jié)構(gòu),摻雜稀土錳氧化物,組成為RE1- x Ax MnO3( A為堿金屬離子) ,如La0. 67 Ca0. 33MnO3等。有研究表明,對這些材料適量摻雜Sc元素可以進一步強化磁電阻效應(yīng)。巨磁阻材料可以用作磁場敏感元件和磁盤驅(qū)動器中的磁頭位置傳感器等。關(guān)于摻雜稀土的光致冷材料也有報導(dǎo),摻雜Yb3+的氟 化鋯玻璃已被證實具有光致冷功能,美國Los Alamas國家實驗室用激光在真空中將這種材料從298K冷卻到282K,最低可達16K。其致冷機理是Yb3+ 離子有兩個被激發(fā)的能級,產(chǎn)生一種三級光致冷模式,在受到激發(fā)能級躍遷的過程中, Yb原子以光子形式向外輻射的能量大于Yb原子吸收的能量,體系熱能減少,使溫度下降。開發(fā)方向為制造出固體— 固體光致冷機或全固態(tài)低溫冷卻器,可用于冷卻電子元件、冷卻高Tc氧化物超導(dǎo)體、紅外檢測器等。 7、結(jié)語 稀土新材料種類繁多,用途甚廣,隨著研究與開發(fā)的進一步深入,新的稀土新材料將會不斷涌現(xiàn)。稀土家族確實是一組神奇的元素,它們在眾多新材料中起著十分重要的作用,與現(xiàn)代高科技的發(fā)展關(guān)系極為密切。稀土新材料在能源、環(huán)境、信息等諸多領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。但總的來講,我國在稀土新材料的開發(fā)應(yīng)用方面與日、美等發(fā)達國家相比還有相當(dāng)大的差距,許多材料的研究與開發(fā)處于跟蹤模仿狀態(tài)。在應(yīng)用方面,在將科研成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力方面,我們的速度趕不上日本,比如我國北大楊應(yīng)昌教授發(fā)現(xiàn)的Sm-Fe-N 系間隙型稀土永磁體的開發(fā)應(yīng)用,日本人走到了前面,日本TDK公司已宣布于1999年底前批量生產(chǎn)SmFeN粘結(jié)磁體,雖然我國擁有專利,但卻拿不出產(chǎn)品。稀土元素是二十一世紀(jì)具有戰(zhàn)略地位的元素,稀土新材料的研究開發(fā)與應(yīng)用是國際競爭最激烈也是最活躍的領(lǐng)域之一。 從某種角度講,稀土新材料的研究開發(fā)應(yīng)用水平,標(biāo)志著一個國家高科技發(fā)展水平,也是一種綜合國力的象征。與美、日、法等發(fā)達國家相比,雖然我國在稀土新材料的研究、開發(fā)、應(yīng)用方面有一定差距,但在黨和政府的關(guān)懷下,近些年我國稀土工業(yè)的發(fā)展速度很快,稀土的研究與開發(fā)也取得長足的進步,應(yīng)用水平也在逐漸提高,基礎(chǔ)研究正在加強。中國是稀土資源最豐富的國家,我們的目標(biāo)就是要將資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟優(yōu)勢。要實現(xiàn)這一目標(biāo),根本出路在于提高我國稀土產(chǎn)業(yè)自身高科技應(yīng)用水平,提高稀土產(chǎn)品質(zhì)量,并進一步開發(fā)稀土新材料在高科技領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)。稀土產(chǎn)業(yè)是一個很有前途的產(chǎn)業(yè),隨著稀土高科技的產(chǎn)業(yè)化,我國稀土工業(yè)的明天會更好。 參考文獻: 〔1〕 徐光憲主編. 稀土(第2版)〔M〕. 北京: 冶金工業(yè)出版社, 1978. 〔2〕 歐陽世翕. 稀土在高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用及發(fā)展〔J〕.稀土信息, 1999, ( 5): 8. 〔3〕 Yu Zong-sen, ChenMin-bo. 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