作者：张振健
百科知识 2001年02期
稀土元素是钪、钇和镧系元素的统称。包括钪、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和镥十七种元素。钆以前的元素称为轻稀土元素或铈组元素，钆与其后的元素称为重稀土元素或钆组元素。稀土元素发现初期，由于它们的性质极其相似，难以分离出单独的元素，化学家们便把注意力都集中到分离和提纯方面，使用上基本上是以混合稀土形式。随着科学的发展和技术的进步，稀土元素的应用由混合稀土、微量辅助元素发展成为以纯或超纯金属作为主要材料应用于各个领域，特别是在高新技术领域发挥着重要作用。
当前推动世界经济发展的支柱性产业，诸如信息工程、生物技术、能源技术、环境保护、航空航天、材料与加工等领域的进展与成就，都离不开各种各样的稀土高新材料。
稀土荧光材料
提起稀土元素，许多人会认为与自己的关系不大，离我们较远。其实不然，它们渗透到我们生活和工作的各个方面。如我们每天都要看的电视，其彩色显像管使用的荧光材料就是由稀土元素组成的。荧光材料是稀土元素在高新技术中的重要应用之一。
利用稀土的特殊电子结构及其各能级电子跃迁产生的特殊光谱，将其用于彩色电视机及各类显示系统的显色荧光体。主要使用纯度高于99.99％的氧化钇和氧化铕，还有部分氧化铽。另一重要用途是制造三基色荧光灯荧光粉，具有高亮度、高显色、长寿命等特点，主要使用纯度高于99.99％的氧化钇和氧化铕，氧化铽和氧化铈等。稀土元素还是制造X光增感屏的荧光材料，主要使用氧化镧、氧化铈、氧化钆等。
稀土永磁材料
1998年6月3日美国“发现号”航天飞机携带“阿尔法”磁谱仪升入太空，拉开了人类探测反物质和暗物质的序幕。“阿尔法”磁谱仪的核心部件永磁体即是由中国生产制造的钕铁硼稀土永磁体。
稀土元素与过渡金属的二元或赝二元系合金形成的永磁材料称为稀土永磁材料。其中的稀土金属主要有钐、铒、镨、铈及某些重稀土元素如镝、钆、钬等及它们的组合。稀土永磁材料主要是稀土钴系永磁合金和稀土铁系永磁合金。
稀土钴永磁合金有钐钴永磁合金，钐镨钴永磁合金、混合稀土永磁合金、重稀土钐永磁合金、钐钴铜铁永磁合金、钐钴铜铁镐永磁合金、钐重稀土过渡金属系永磁合金。
由于稀土钴永磁合金具有较高的磁能积、较顽力及很小的磁感应温度系数等特点，从而使其制备的永磁器件具有高效率小型化等优点。其主要用途是制备微波或毫米波功率器件如行波管。其次可应用在各种电机和发电机上，如步进电机、伺服电机、无刷电机、音圈电机及发电机组中的励磁电机等。还可以用在对电子或其他带电粒子束的聚焦系统中。可作为电子束偏转器、电子回旋加速器等的有效磁场。此外还用于制作高质量的音响器件如扬声器、耳机各种仪器仪表、传感器、磁悬浮列车、磁分离机械、磁悬浮轴承、磁医疗器械、健身器械、康复器械等。
稀土铁系永磁合金，化学组成主要为稀土及铁元素，钕铁硼磁体是其代表，磁能积比稀土钴永磁合金高出4～10倍。 钕铁硼系永磁合金按生产方法可分为烧结永磁体、快淬永磁体、还原扩散永磁体、铸造—热加工永磁体、粘结永磁体等。
稀土铁系永磁合金主要用于各类电机、音响装置、电脑部件、仪器仪表、磁性传感器、电真空器件、永磁吸盘、核磁共振成像装置、磁疗器、磁悬浮列车等制造领域。
特种玻璃
亲朋好友聚会或节假日出游，往往会拍几张照片或拍摄一段录像作为纪念。但谁也不会留意照相机和摄像机的镜头与稀土元素的联系。
光学系统的大孔径镜头需要高折射玻璃，为校正光学系统色差，在提高折射率的同时，又必须降低色散。添加稀土氧化物制成的稀土光学玻璃具有高折射率、低色散的功能，能够满足这种要求。其中稀土元素主要是镧。稀土玻璃不仅广泛应用于各种透镜和镜头材料，还可用作光纤材料。由于掺镨光纤放大器的成功应用，使商用跨太平洋光缆系统和27300公里的环球光纤网络得以实现。此外，铈玻璃用做防辐射材料，具有在核辐射下保持透明、不变暗的特点，在军事上和电视工业中有着广泛的应用。钕玻璃是很好的激光材料，由于尺寸可以做得很大，所以是巨型大功率激光装置的最理想的激光工作材料。钇铝石榴石等稀土化合物晶体也用做激光材料。钆、钇等也用于光学玻璃。
精密陶瓷
交通警察只要让司机向检测器探头吹口气就可判断驾驶员是否酒后开车。这个探头就是稀土陶瓷制成的，镧镍铁、镧锰或钆铁氧化物对甲醇和乙醇特别敏感，因而是乙醇最好的传感器。钇锆陶瓷是最好的氧传感器，通过它可以提高燃料的燃烧效率，控制NO[,x]、CO的排放，有利于节能和环境保护。氧传感器广泛应用于汽车、发电厂、冶炼厂和化工厂等以燃烧为重要过程的领域。
添加稀土还能使结构陶瓷具有了良好的高温强度和韧性，因而适用于耐磨、抗冲击、高温环境中，比如汽车和飞机的发动机零件。我国研制的含稀土工程陶瓷已经用于试验型汽车发动机结构材料。
添加氧化钕、氧化镧、氧化钇等稀土元素的各类陶瓷用作各类电器材料、电极材料、光电材料，广泛用于电子工业。仅日本稀土陶瓷电容器的年产量就超过1000亿只。
此外，在催化剂、燃料电池电极、磁流发电机电极等方面也都有稀土陶瓷的身影。
贮氢材料
移动通讯给我们的工作和生活带来了极大的方便，笔记本电脑更是成为移动的办公室。其中可充电镍—氢电池的作用是至关重要的，而稀土元素在镍—氢电池中扮演了重要角色。
混合稀土金属与镍、镧与镍的5：1型金属间化合物是目前最好的吸氢材料，且可逆吸放氢。利用这一可逆过程，将其用做贮氢材料。贮氢材料可以用于氢的分离、净化、回收、存贮和运输。最成功的应用是制造可充电镍—氢电池阴极，其等体积容量是镍—镉电池的两倍，且没有记忆效应和镉污染，因而得到越来越广泛的应用。此外贮氢材料还在氢化物热泵、加氢或脱氢反应的催化剂、传感器和控制温度的各种开关装置中得到应用。
超导材料
在日本磁悬浮列车已投入商业运营，我国也将在上海市建设磁悬浮列车系统。钕钡铜氧和钐钡铜氧高温超导体取代低温超导体取得成功，使磁悬浮列车显示出明显的经济潜力。
稀土超导材料主要是镧系和钇系。镧系氧化物高温超导体由金属镧、钡或锶、铜氧化物合成制得，临界转变温度60K（－213℃）以上。钇系氧化物高温超导体由钇、钡及铜氧化物制得，临界转变温度超过90K（－183℃）。
稀土超导材料在磁屏蔽方面也有重要用途，利用超导的完全抗磁性，使磁力线无法穿透到超导材料内部，在一定的空间内形成“0 ”磁态以便进行高精度的电磁测量和研究。
超导强磁体是稀土超导材料的重要应用领域，其最大磁能积远高于当今最好的永磁材料钕铁硼。稀土超导材料还用于磁悬浮，超导体和磁铁体间具有排斥性，利用这一特性可以制造非接触、无摩擦的转动装置，磁悬浮列车便是其中最突出的一例。
其他方面
石油裂化催化剂、稀土钢材、有色金属合金等是稀土材料的传统应用领域。此外稀土元素在磁致伸缩材料、磁致冷材料、智能材料、稀土农肥、植物生长促进剂、稀土饲料、纺织印染、医用材料等方面都发挥着重要作用。
作者：张振健
百科知识 2001年02期
稀土元素是钪、钇和镧系元素的统称。包括钪、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和镥十七种元素。钆以前的元素称为轻稀土元素或铈组元素，钆与其后的元素称为重稀土元素或钆组元素。稀土元素发现初期，由于它们的性质极其相似，难以分离出单独的元素，化学家们便把注意力都集中到分离和提纯方面，使用上基本上是以混合稀土形式。随着科学的发展和技术的进步，稀土元素的应用由混合稀土、微量辅助元素发展成为以纯或超纯金属作为主要材料应用于各个领域，特别是在高新技术领域发挥着重要作用。
当前推动世界经济发展的支柱性产业，诸如信息工程、生物技术、能源技术、环境保护、航空航天、材料与加工等领域的进展与成就，都离不开各种各样的稀土高新材料。
稀土荧光材料
提起稀土元素，许多人会认为与自己的关系不大，离我们较远。其实不然，它们渗透到我们生活和工作的各个方面。如我们每天都要看的电视，其彩色显像管使用的荧光材料就是由稀土元素组成的。荧光材料是稀土元素在高新技术中的重要应用之一。
利用稀土的特殊电子结构及其各能级电子跃迁产生的特殊光谱，将其用于彩色电视机及各类显示系统的显色荧光体。主要使用纯度高于99.99％的氧化钇和氧化铕，还有部分氧化铽。另一重要用途是制造三基色荧光灯荧光粉，具有高亮度、高显色、长寿命等特点，主要使用纯度高于99.99％的氧化钇和氧化铕，氧化铽和氧化铈等。稀土元素还是制造X光增感屏的荧光材料，主要使用氧化镧、氧化铈、氧化钆等。
稀土永磁材料
1998年6月3日美国“发现号”航天飞机携带“阿尔法”磁谱仪升入太空，拉开了人类探测反物质和暗物质的序幕。“阿尔法”磁谱仪的核心部件永磁体即是由中国生产制造的钕铁硼稀土永磁体。
稀土元素与过渡金属的二元或赝二元系合金形成的永磁材料称为稀土永磁材料。其中的稀土金属主要有钐、铒、镨、铈及某些重稀土元素如镝、钆、钬等及它们的组合。稀土永磁材料主要是稀土钴系永磁合金和稀土铁系永磁合金。
稀土钴永磁合金有钐钴永磁合金，钐镨钴永磁合金、混合稀土永磁合金、重稀土钐永磁合金、钐钴铜铁永磁合金、钐钴铜铁镐永磁合金、钐重稀土过渡金属系永磁合金。
由于稀土钴永磁合金具有较高的磁能积、较顽力及很小的磁感应温度系数等特点，从而使其制备的永磁器件具有高效率小型化等优点。其主要用途是制备微波或毫米波功率器件如行波管。其次可应用在各种电机和发电机上，如步进电机、伺服电机、无刷电机、音圈电机及发电机组中的励磁电机等。还可以用在对电子或其他带电粒子束的聚焦系统中。可作为电子束偏转器、电子回旋加速器等的有效磁场。此外还用于制作高质量的音响器件如扬声器、耳机各种仪器仪表、传感器、磁悬浮列车、磁分离机械、磁悬浮轴承、磁医疗器械、健身器械、康复器械等。
稀土铁系永磁合金，化学组成主要为稀土及铁元素，钕铁硼磁体是其代表，磁能积比稀土钴永磁合金高出4～10倍。 钕铁硼系永磁合金按生产方法可分为烧结永磁体、快淬永磁体、还原扩散永磁体、铸造—热加工永磁体、粘结永磁体等。
稀土铁系永磁合金主要用于各类电机、音响装置、电脑部件、仪器仪表、磁性传感器、电真空器件、永磁吸盘、核磁共振成像装置、磁疗器、磁悬浮列车等制造领域。
特种玻璃
亲朋好友聚会或节假日出游，往往会拍几张照片或拍摄一段录像作为纪念。但谁也不会留意照相机和摄像机的镜头与稀土元素的联系。
光学系统的大孔径镜头需要高折射玻璃，为校正光学系统色差，在提高折射率的同时，又必须降低色散。添加稀土氧化物制成的稀土光学玻璃具有高折射率、低色散的功能，能够满足这种要求。其中稀土元素主要是镧。稀土玻璃不仅广泛应用于各种透镜和镜头材料，还可用作光纤材料。由于掺镨光纤放大器的成功应用，使商用跨太平洋光缆系统和27300公里的环球光纤网络得以实现。此外，铈玻璃用做防辐射材料，具有在核辐射下保持透明、不变暗的特点，在军事上和电视工业中有着广泛的应用。钕玻璃是很好的激光材料，由于尺寸可以做得很大，所以是巨型大功率激光装置的最理想的激光工作材料。钇铝石榴石等稀土化合物晶体也用做激光材料。钆、钇等也用于光学玻璃。
精密陶瓷
交通警察只要让司机向检测器探头吹口气就可判断驾驶员是否酒后开车。这个探头就是稀土陶瓷制成的，镧镍铁、镧锰或钆铁氧化物对甲醇和乙醇特别敏感，因而是乙醇最好的传感器。钇锆陶瓷是最好的氧传感器，通过它可以提高燃料的燃烧效率，控制NO[,x]、CO的排放，有利于节能和环境保护。氧传感器广泛应用于汽车、发电厂、冶炼厂和化工厂等以燃烧为重要过程的领域。
添加稀土还能使结构陶瓷具有了良好的高温强度和韧性，因而适用于耐磨、抗冲击、高温环境中，比如汽车和飞机的发动机零件。我国研制的含稀土工程陶瓷已经用于试验型汽车发动机结构材料。
添加氧化钕、氧化镧、氧化钇等稀土元素的各类陶瓷用作各类电器材料、电极材料、光电材料，广泛用于电子工业。仅日本稀土陶瓷电容器的年产量就超过1000亿只。
此外，在催化剂、燃料电池电极、磁流发电机电极等方面也都有稀土陶瓷的身影。
贮氢材料
移动通讯给我们的工作和生活带来了极大的方便，笔记本电脑更是成为移动的办公室。其中可充电镍—氢电池的作用是至关重要的，而稀土元素在镍—氢电池中扮演了重要角色。
混合稀土金属与镍、镧与镍的5：1型金属间化合物是目前最好的吸氢材料，且可逆吸放氢。利用这一可逆过程，将其用做贮氢材料。贮氢材料可以用于氢的分离、净化、回收、存贮和运输。最成功的应用是制造可充电镍—氢电池阴极，其等体积容量是镍—镉电池的两倍，且没有记忆效应和镉污染，因而得到越来越广泛的应用。此外贮氢材料还在氢化物热泵、加氢或脱氢反应的催化剂、传感器和控制温度的各种开关装置中得到应用。
超导材料
在日本磁悬浮列车已投入商业运营，我国也将在上海市建设磁悬浮列车系统。钕钡铜氧和钐钡铜氧高温超导体取代低温超导体取得成功，使磁悬浮列车显示出明显的经济潜力。
稀土超导材料主要是镧系和钇系。镧系氧化物高温超导体由金属镧、钡或锶、铜氧化物合成制得，临界转变温度60K（－213℃）以上。钇系氧化物高温超导体由钇、钡及铜氧化物制得，临界转变温度超过90K（－183℃）。
稀土超导材料在磁屏蔽方面也有重要用途，利用超导的完全抗磁性，使磁力线无法穿透到超导材料内部，在一定的空间内形成“0 ”磁态以便进行高精度的电磁测量和研究。
超导强磁体是稀土超导材料的重要应用领域，其最大磁能积远高于当今最好的永磁材料钕铁硼。稀土超导材料还用于磁悬浮，超导体和磁铁体间具有排斥性，利用这一特性可以制造非接触、无摩擦的转动装置，磁悬浮列车便是其中最突出的一例。
其他方面
石油裂化催化剂、稀土钢材、有色金属合金等是稀土材料的传统应用领域。此外稀土元素在磁致伸缩材料、磁致冷材料、智能材料、稀土农肥、植物生长促进剂、稀土饲料、纺织印染、医用材料等方面都发挥着重要作用。