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稀土知(zhī)識
稀土(tǔ)基礎知(zhi)識(三) 日(ri)期:2025-12-08   浏覽(lan): 次

17種稀(xi)土元素(su)名稱的(de)由來及(ji)用途淺(qiǎn)說:


镧(La)
  “镧(lán)”這個元(yuan)素是1839年(nian)被命名(míng)的,當時(shí)有個叫(jiao)“莫桑德(dé)”的瑞典(diǎn)人發現(xian)铈土中(zhōng)含有其(qí)它元素(sù),他借用(yong)希臘語(yu)中“隐藏(cáng)”一詞把(bǎ)這種元(yuan)素取名(míng)爲“镧”。從(cong)此,镧便(biàn)登上了(le)曆史舞(wu)台。
  镧的(de)應用非(fēi)常廣泛(fan),如應用(yong)于壓電(dian)材料、電(diàn)熱材料(liao)、熱電材(cai)料、磁阻(zu)材料、發(fā)光材料(liào)(蘭粉)、貯(zhu)氫材料(liào)、光學玻(bo)璃、激光(guang)材料、各(ge)種合金(jīn)材料等(děng)。她也應(ying)用到制(zhì)備許多(duō)有機化(huà)工産品(pin)的催化(hua)劑中,光(guang)轉換農(nong)用薄膜(mó)也用到(dao)镧,在國(guo)外,科學(xué)家把镧(lan)對作物(wu)的作用(yong)賦與“超(chao)級鈣”的(de)美稱。

铈(shi)(Ce)
  “铈”這個(gè)元素是(shì)由德國(guo)人克勞(lao)普羅斯(si),瑞典人(rén)烏斯伯(bó)齊力、希(xī)生格爾(ěr)于1803年發(fā)現并命(mìng)名的,以(yǐ)紀念1801年(nián)發現的(de)小行星(xing)——谷神星(xing)。铈廣泛(fàn)應用于(yú):

  (2)目前正(zheng)将铈應(yīng)用到汽(qi)車尾氣(qi)淨化催(cuī)化劑中(zhōng),可有效(xiào)防止大(da)量汽車(chē)廢氣排(pái)到空氣(qi)中。美國(guo)在這方(fang)面的消(xiāo)費量占(zhan)稀土總(zong)消費量(liang)的三分(fen)之一強(qiáng)。

  (3)硫化铈(shi)可以取(qu)代鉛、镉(ge)等對環(huán)境和人(ren)類有害(hai)的金屬(shu)應用到(dào)顔料中(zhōng),可對塑(su)料着色(se),也可用(yong)于塗料(liào)、油墨和(hé)紙張等(deng)行業。目(mù)前領先(xiān)的是法(fa)國羅納(na)普朗克(ke)公司。

  (4)Ce:LiSAF激(jī)光系統(tong)是美國(guo)研制出(chū)來的固(gu)體激光(guāng)器,通過(guo)監測色(se)氨酸濃(nóng)度可用(yong)于探查(cha)生物武(wǔ)器,還可(ke)用于醫(yi)學。铈應(ying)用領域(yù)非常廣(guang)泛,幾乎(hu)所有的(de)稀土應(yīng)用領域(yù)中都含(hán)有铈。如(rú)抛光粉(fěn)、儲氫材(cái)料、熱電(diàn)材料、铈(shi)鎢電極(jí)、陶瓷電(dian)容器、壓(ya)電陶瓷(cí)、铈碳化(huà)矽磨料(liao)、燃料電(diàn)池原料(liào)、汽油催(cui)化劑、某(mǒu)些永磁(ci)材料、各(gè)種合金(jīn)鋼及有(yǒu)色金屬(shu)等。


镨(Pr)

  (1)镨被(bei)廣泛應(ying)用于建(jiàn)築陶瓷(cí)和日用(yòng)陶瓷中(zhong),其與陶(táo)瓷釉混(hun)合制成(chéng)色釉,也(yě)可單獨(du)作釉下(xia)顔料,制(zhi)成的顔(ya)料呈淡(dàn)黃色,色(sè)調純正(zhèng)、淡雅。

  (2)用(yong)于制造(zao)永磁體(tǐ)。選用廉(lián)價的镨(pǔ)钕金屬(shu)代替純(chun)钕金屬(shu)制造永(yong)磁材料(liao),其抗氧(yang)性能和(he)機械性(xing)能明顯(xian)提高,可(kě)加工成(cheng)各種形(xíng)狀的磁(ci)體。廣泛(fàn)應用于(yu)各類電(dian)子器件(jiàn)和馬達(da)上。

  (3)用于(yú)石油催(cui)化裂化(huà)。以镨钕(nü)富集物(wu)的形式(shi)加入Y型(xing)沸石分(fen)子篩中(zhōng)制備石(shi)油裂化(huà)催化劑(ji),可提高(gāo)催化劑(jì)的活性(xing)、選擇性(xìng)和穩定(ding)性。我國(guo)70年代開(kāi)始投入(ru)工業使(shǐ)用,用量(liàng)不斷增(zēng)大。

  (4)镨還(hái)可用于(yú)磨料抛(pao)光。另外(wài),镨在光(guang)纖領域(yù)的用途(tú)也越來(lái)越廣。


钕(nǚ)(Nd)

  伴随着(zhe)镨元素(su)的誕生(sheng),钕元素(sù)也應運(yun)而生,钕(nǚ)元素的(de)到來活(huó)躍了稀(xi)土領域(yu),在稀土(tǔ)領域中(zhong)扮演着(zhe)重要角(jiao)色,并且(qiě)左右着(zhe)稀土市(shi)場。
  钕元(yuan)素憑借(jie)其在稀(xī)土領域(yù)中的獨(du)特地位(wèi),多年來(lai)成爲市(shì)場關注(zhu)的熱點(dian)。金屬钕(nǚ)的最大(da)用戶是(shì)钕鐵硼(peng)永磁材(cai)料。钕鐵(tie)硼永磁(cí)體的問(wèn)世,爲稀(xī)土高科(kē)技領域(yu)注入了(le)新的生(sheng)機與活(huo)力。钕鐵(tiě)硼磁體(tǐ)磁能積(ji)高,被稱(cheng)作當代(dài)“永磁之(zhi)王”,以其(qí)優異的(de)性能廣(guang)泛用于(yú)電子、機(jī)械等行(hang)業。阿爾(ěr)法磁譜(pǔ)儀的研(yán)制成功(gong),标志着(zhe)我國钕(nü)鐵硼磁(ci)體的各(gè)項磁性(xìng)能已跨(kuà)入世界(jiè)一流水(shui)平。钕還(hái)應用于(yú)有色金(jīn)屬材料(liào)。在鎂或(huo)鋁合金(jin)中添加(jia)1.5~2.5%钕,可提(ti)高合金(jīn)的高溫(wēn)性能、氣(qì)密性和(hé)耐腐蝕(shi)性,廣泛(fàn)用作航(háng)空航天(tian)材料。另(ling)外,摻钕(nü)的钇鋁(lǚ)石榴石(shi)産生短(duan)波激光(guāng)束,在工(gōng)業上廣(guang)泛用于(yu)厚度在(zai)10mm以下薄(bao)型材料(liào)的焊接(jie)和切削(xue)。在醫療(liao)上,摻钕(nǚ)钇鋁石(shí)榴石激(jī)光器代(dài)替手術(shu)刀用于(yú)摘除手(shǒu)術或消(xiao)毒創傷(shāng)口。钕也(yě)用于玻(bō)璃和陶(tao)瓷材料(liao)的着色(sè)以及橡(xiàng)膠制品(pǐn)的添加(jia)劑。随着(zhe)科學技(ji)術的發(fā)展,稀土(tu)科技領(ling)域的拓(tuo)展和延(yán)伸,钕元(yuan)素将會(hui)有更廣(guang)闊的利(li)用空間(jian)。


钷(Pm)

  1947年,馬(ma)林斯基(ji)(J.A.Marinsky)、格倫丹(dān)甯(L.E.Glendenin)和科(kē)裏爾(C.E.Coryell)從(cóng)原子能(néng)反應堆(duī)用過的(de)鈾燃料(liào)中成功(gōng)地分離(lí)出61号元(yuan)素,用希(xī)臘神話(huà)中的神(shén)名普羅(luo)米修斯(sī)(Prometheus)命名爲(wèi)钷(Promethium)。
  钷爲(wei)核反應(yīng)堆生産(chǎn)的人造(zao)放射性(xing)元素。钷(po)的主要(yào)用途有(yǒu):

  (1)可作熱(re)源。爲真(zhen)空探測(ce)和人造(zao)衛星提(ti)供輔助(zhu)能量。

  (2)Pm147放(fang)出能量(liàng)低的β射(shè)線,用于(yu)制造钷(pǒ)電池。作(zuo)爲導彈(dàn)制導儀(yi)器及鍾(zhōng)表的電(diàn)源。此種(zhong)電池體(ti)積小,能(néng)連續使(shi)用數年(nián)之久。

  此(cǐ)外,钷還(hái)用于便(bian)攜式X-射(shè)線儀、制(zhì)備熒光(guang)粉、度量(liang)厚度以(yǐ)及航标(biāo)燈中。


钐(shan)(Sm)

  1879年,波依(yī)斯包德(de)萊從铌(ni)钇礦得(dé)到的“镨(pǔ)钕”中發(fa)現了新(xīn)的稀土(tu)元素,并(bìng)根據這(zhe)種礦石(shí)的名稱(chēng)命名爲(wei)钐。
  钐呈(chéng)淺黃色(sè),是做钐(shān)钴系永(yǒng)磁體的(de)原料,钐(shan)钴磁體(ti)是最早(zǎo)得到工(gong)業應用(yòng)的稀土(tǔ)磁體。這(zhè)種永磁(ci)體有SmCo5系(xì)和Sm2Co17系兩(liang)類。70年代(dai)前期發(fa)明了SmCo5系(xì),後期發(fā)明了Sm2Co17系(xì)。現在是(shi)以後者(zhě)的需求(qiú)爲主。钐(shān)钴磁體(ti)所用的(de)氧化钐(shān)的純度(du)不需太(tài)高,從成(chéng)本方面(miàn)考慮,主(zhu)要使用(yòng)95%左右的(de)産品。此(ci)外,氧化(huà)钐還用(yong)于陶瓷(ci)電容器(qi)和催化(huà)劑方面(miàn)。另外,钐(shan)還具有(yǒu)核性質(zhì),可用作(zuò)原子能(néng)反應堆(dui)的結構(gou)材料,屏(ping)敝材料(liào)和控制(zhi)材料,使(shi)核裂變(bian)産生巨(jù)大的能(neng)量得以(yǐ)安全利(li)用。


铕(Eu)

  1901年(nian),德馬凱(kǎi)(Eugene-Antole Demarcay)從“钐”中(zhong)發現了(le)新元素(sù),取名爲(wèi)铕(Europium)。這大(da)概是根(gen)據歐洲(zhōu)(Europe)一詞命(ming)名的。氧(yang)化铕大(dà)部分用(yong)于熒光(guang)粉。Eu3+用于(yu)紅色熒(yíng)光粉的(de)激活劑(ji),Eu2+用于藍(lan)色熒光(guāng)粉。現在(zai)Y2O2S:Eu3+是發光(guang)效率、塗(tu)敷穩定(ding)性、回收(shōu)成本等(deng)最好的(de)熒光粉(fěn)。再加上(shàng)對提高(gāo)發光效(xiao)率和對(duì)比度等(deng)技術的(de)改進,故(gu)正在被(bei)廣泛應(ying)用。近年(nian)氧化铕(you)還用于(yu)新型X射(she)線醫療(liáo)診斷系(xì)統的受(shòu)激發射(she)熒光粉(fěn)。氧化铕(you)還可用(yòng)于制造(zao)有色鏡(jing)片和光(guāng)學濾光(guang)片,用于(yu)磁泡貯(zhu)存器件(jiàn),在原子(zi)反應堆(duī)的控制(zhi)材料、屏(píng)敝材料(liao)和結構(gou)材料中(zhong)也能一(yi)展身手(shǒu)。


  1880年,瑞(rui)士的馬(ma)裏格納(nà)克(G.de Marignac)将“钐(shan)”分離成(cheng)兩個元(yuán)素,其中(zhong)一個由(you)索裏特(te)證實是(shi)钐元素(sù),另一個(gè)元素得(dé)到波依(yī)斯包德(dé)萊的研(yán)究确認(rèn),1886年,馬裏(li)格納克(ke)爲了紀(jì)念钇元(yuán)素的發(fā)現者 研(yan)究稀土(tǔ)的先驅(qu)荷蘭化(hua)學家加(jiā)多林(Gado Linium),将(jiāng)這個新(xīn)元素命(mìng)名爲钆(gá)。
  钆在現(xian)代技革(ge)新中将(jiāng)起重要(yao)作用。它(ta)的主要(yao)用途有(you):(1)其水溶(rong)性順磁(cí)絡合物(wu)在醫療(liáo)上可提(ti)高人體(ti)的核磁(ci)共振(NMR)成(cheng)像信号(hào)。(2)其硫氧(yang)化物可(ke)用作特(te)殊亮度(dù)的示波(bo)管和x射(shè)線熒光(guang)屏的基(jī)質栅網(wang)。(3)在钆镓(jiā)石榴石(shí)中的钆(gá)對于磁(ci)泡記憶(yi)存儲器(qi)是理想(xiǎng)的單基(ji)片。(4)在無(wu)Camot循環限(xian)制時,可(kě)用作固(gu)态磁緻(zhi)冷介質(zhì)。(5)用作控(kòng)制核電(dian)站的連(lian)鎖反應(ying)級别的(de)抑制劑(jì),以保證(zhèng)核反應(ying)的安全(quan)。(6)用作钐(shan)钴磁體(ti)的添加(jiā)劑,以保(bǎo)證性能(néng)不随溫(wēn)度而變(biàn)化。另外(wai),氧化钆(gá)與镧一(yī)起使用(yong),有助于(yú)玻璃化(huà)區域的(de)變化和(hé)提高玻(bō)璃的熱(re)穩定性(xing)。氧化钆(ga)還可用(yòng)于制造(zao)電容器(qì)、x射線增(zēng)感屏。
  在(zai)世界上(shang)目前正(zheng)在努力(li)開發钆(gá)及其合(he)金在磁(cí)緻冷方(fāng)面的應(yīng)用,現已(yǐ)取得突(tū)破性進(jin)展,室溫(wēn)下采用(yong)超導磁(ci)體、金屬(shu)钆或其(qi)合金爲(wei)緻冷介(jie)質的磁(ci)冰箱已(yi)經問世(shì)。


铽(Tb)

  1843年瑞(ruì)典的莫(mò)桑德(Karl G.Mosander)通(tōng)過對钇(yǐ)土的研(yan)究,發現(xiàn)铽元素(su)(Terbium)。铽的應(yīng)用大多(duō)涉及高(gāo)技術領(ling)域,是技(jì)術密集(ji)、知識密(mi)集型的(de)尖端項(xiang)目,又是(shi)具有顯(xiǎn)著經濟(ji)效益的(de)項目,有(yǒu)着誘人(rén)的發展(zhan)前景。主(zhǔ)要應用(yòng)領域有(yǒu):(1)熒光粉(fěn)用于三(sān)基色熒(ying)光粉中(zhōng)的綠粉(fěn)的激活(huó)劑,如铽(tè)激活的(de)磷酸鹽(yán)基質、铽(tè)激活的(de)矽酸鹽(yan)基質、铽(tè)激活的(de)铈鎂鋁(lǚ)酸鹽基(ji)質,在激(ji)發狀态(tai)下均發(fa)出綠色(se)光。(2)磁光(guang)貯存材(cái)料,近年(nián)來铽系(xi)磁光材(cai)料已達(da)到大量(liàng)生産的(de)規模,用(yòng)Tb-Fe非晶态(tài)薄膜研(yan)制的磁(ci)光光盤(pán),作計算(suan)機存儲(chu)元件,存(cún)儲能力(lì)提高10~15倍(bèi)。(3)磁光玻(bō)璃,含铽(te)的法拉(lā)第旋光(guang)玻璃是(shì)制造在(zài)激光技(jì)術中廣(guǎng)泛應用(yòng)的旋轉(zhuǎn)器、隔離(li)器和環(huán)形器的(de)關鍵材(cai)料。特别(bie)是铽镝(dí)鐵磁緻(zhì)伸縮合(he)金(TerFenol)的開(kai)發研制(zhi),更是開(kāi)辟了铽(tè)的新用(yòng)途,Terfenol是70年(nian)代才發(fā)現的新(xin)型材料(liao),該合金(jīn)中有一(yī)半成份(fèn)爲铽和(he)镝,有時(shi)加入钬(huǒ),其餘爲(wèi)鐵,該合(he)金由美(mei)國依阿(ā)華州阿(a)姆斯實(shi)驗室首(shou)先研制(zhì),當Terfenol置于(yu)一個磁(cí)場中時(shi),其尺寸(cùn)的變化(hua)比一般(bān)磁性材(cái)料變化(hua)大,這種(zhong)變化可(kě)以使一(yī)些精密(mì)機械運(yùn)動得以(yǐ)實現。铽(tè)镝鐵開(kai)始主要(yao)用于聲(sheng)納,目前(qian)已廣泛(fàn)應用于(yu)多種領(ling)域,從燃(rán)料噴射(shè)系統、液(yè)體閥門(mén)控制、微(wēi)定位到(dào)機械緻(zhi)動器、太(tài)空望遠(yuan)鏡的調(diao)節機構(gou)和飛機(jī)機翼調(diào)節器等(deng)領域。


镝(dí)(Dy)

  1886年,法國(guó)人波依(yi)斯包德(dé)萊成功(gong)地将钬(huǒ)分離成(cheng)兩個元(yuan)素,一個(ge)仍稱爲(wei)钬,而另(ling)一個根(gen)據從钬(huo)中“難以(yi)得到”的(de)意思取(qu)名爲镝(di)(dysprosium)。镝目前(qian)在許多(duō)高技術(shù)領域起(qǐ)着越來(lái)越重要(yào)的作用(yong),镝的最(zuì)主要用(yòng)途是(1)作(zuò)爲钕鐵(tiě)硼系永(yong)磁體的(de)添加劑(ji)使用,在(zài)這種磁(cí)體中添(tian)加2~3%左右(you)的镝,可(ke)提高其(qi)矯頑力(li),過去镝(dí)的需求(qiu)量不大(da),但随着(zhe)钕鐵硼(péng)磁體需(xū)求的增(zēng)加,它成(cheng)爲必要(yào)的添加(jiā)元素,品(pin)位必須(xu)在95~99.9%左右(yòu),需求也(ye)在迅速(su)增加。(2)镝(dí)用作熒(yíng)光粉激(jī)活劑,三(san)價镝是(shì)一種有(yǒu)前途的(de)單發光(guāng)中心三(san)基色發(fā)光材料(liào)的激活(huo)離子,它(ta)主要由(yóu)兩個發(fa)射帶組(zu)成,一爲(wei)黃光發(fa)射,另一(yi)爲藍光(guang)發射,摻(chan)镝的發(fa)光材料(liao)可作爲(wei)三基色(sè)熒光粉(fěn)。(3)镝是制(zhi)備大磁(ci)緻伸縮(suō)合金铽(tè)镝鐵(Terfenol)合(hé)金的必(bi)要的金(jin)屬原料(liào),能使一(yī)些機械(xie)運動的(de)精密活(huo)動得以(yǐ)實現。(4)镝(dí)金屬可(ke)用做磁(ci)光存貯(zhu)材料,具(ju)有較高(gao)的記錄(lù)速度和(hé)讀數敏(mǐn)感度。(5)用(yong)于镝燈(deng)的制備(bèi),在镝燈(deng)中采用(yong)的工作(zuo)物質是(shi)碘化镝(dí),這種燈(deng)具有亮(liàng)度大、顔(ya)色好、色(se)溫高、體(ti)積小、電(diàn)弧穩定(ding)等優點(dian),已用于(yu)電影、印(yìn)刷等照(zhào)明光源(yuán)。(6)由于镝(dí)元素具(jù)有中子(zǐ)俘獲截(jie)面積大(dà)的特性(xìng),在原子(zǐ)能工業(yè)中用來(lai)測定中(zhong)子能譜(pǔ)或做中(zhōng)子吸收(shou)劑。(7)Dy3Al5O12還可(kě)用作磁(ci)緻冷用(yong)磁性工(gong)作物質(zhi)。随着科(kē)學技術(shù)的發展(zhan),镝的應(ying)用領域(yu)将會不(bú)斷的拓(tuo)展和延(yán)伸。


钬(Ho)

  十(shí)九世紀(jì)後半葉(ye),由于光(guāng)譜分析(xī)法的發(fa)現和元(yuan)素周期(qī)表的發(fā)表,再加(jia)上稀土(tǔ)元素電(diàn)化學分(fen)離工藝(yi)的進展(zhan),更加促(cù)進了新(xīn)的稀土(tu)元素的(de)發現。1879年(nian),瑞典人(rén)克利夫(fu)發現了(le)钬元素(sù)并以瑞(rui)典首都(dou)斯德哥(gē)爾摩地(di)名命名(míng)爲钬(holmium)。
  钬(huo)的應用(yong)領域目(mù)前還有(you)待于進(jìn)一步開(kai)發,用量(liang)不是很(hěn)大,最近(jin),包鋼稀(xī)土研究(jiu)院采用(yong)高溫高(gao)真空蒸(zhēng)餾提純(chun)技術,研(yan)制出非(fēi)稀土雜(zá)質含量(liang)很低的(de)高純金(jin)屬钬Ho/ΣRE>99.9%。目(mù)前钬的(de)主要用(yòng)途有:用(yòng)作金屬(shu)鹵素燈(deng)添加劑(ji),金屬鹵(lu)素燈是(shi)一種氣(qi)體放電(diàn)燈,它是(shi)在高壓(ya)汞燈基(jī)礎上發(fa)展起來(lái)的,其特(tè)點是在(zai)燈泡裏(lǐ)充有各(ge)種不同(tóng)的稀土(tu)鹵化物(wu)。目前主(zhǔ)要使用(yòng)的是稀(xi)土碘化(huà)物,在氣(qi)體放電(diàn)時發出(chu)不同的(de)譜線光(guang)色。在钬(huo)燈中采(cǎi)用的工(gōng)作物質(zhi)是碘化(hua)钬,在電(diàn)弧區可(ke)以獲得(dé)較高的(de)金屬原(yuan)子濃度(du),從而大(dà)大提高(gao)了輻射(shè)效能。(2)钬(huo)可以用(yong)作钇鐵(tie)或钇鋁(lǚ)石榴石(shí)的添加(jia)劑;(3)摻钬(huǒ)的钇鋁(lü)石榴石(shi)(Ho:YAG)可發射(shè)2μm激光,人(ren)體組織(zhī)對2μm激光(guāng)吸收率(lǜ)高,幾乎(hū)比Hd:YAG高3個(ge)數量級(jí)。所以用(yòng)Ho:YAG激光器(qi)進行醫(yi)療手術(shu)時,不但(dan)可以提(tí)高手術(shu)效率和(hé)精度,而(ér)且可使(shi)熱損傷(shāng)區域減(jian)至更小(xiǎo)。钬晶體(tǐ)産生的(de)自由光(guāng)束可消(xiāo)除脂肪(fáng)而不會(huì)産生過(guo)大的熱(re)量,從而(ér)減少對(duì)健康組(zǔ)織産生(shēng)的熱損(sǔn)傷,據報(bào)道美國(guó)用钬激(jī)光治療(liáo)青光眼(yan),可以減(jiǎn)少患者(zhe)手術的(de)痛苦。我(wo)國2μm激光(guang)晶體的(de)水平已(yi)達到國(guó)際水平(ping),應大力(li)開發生(sheng)産這種(zhǒng)激光晶(jing)體。(4)在磁(cí)緻伸縮(suo)合金Terfenol-D中(zhong),也可以(yi)加入少(shǎo)量的钬(huo),從而降(jiang)低合金(jin)飽和磁(cí)化所需(xu)的外場(chang)。(5)另外用(yong)摻钬的(de)光纖可(ke)以制作(zuo)光纖激(jī)光器、光(guāng)纖放大(dà)器、光纖(xian)傳感器(qi)等等光(guang)通訊器(qì)件在光(guāng)纖通信(xìn)迅猛的(de)今天将(jiāng)發揮更(geng)重要的(de)作用。


铒(er)(Er)

  1843年,瑞典(diǎn)的莫桑(sāng)德發現(xian)了铒元(yuan)素(Erbium)。铒的(de)光學性(xìng)質非常(cháng)突出,一(yi)直是人(ren)們關注(zhù)的問題(tí):(1)Er3+在1550nm處的(de)光發射(shè)具有特(te)殊意義(yi),因爲該(gai)波長正(zhèng)好位于(yu)光纖通(tōng)訊的光(guang)學纖維(wei)的最低(dī)損失,铒(er)離子(Er3+)受(shou)到波長(zhǎng)980nm、1480nm的光激(ji)發後,從(cóng)基态4I15/2躍(yuè)遷至高(gao)能态4I13/2,當(dāng)處于高(gāo)能态的(de)Er3+再躍遷(qian)回至基(jī)态時發(fa)射出1550nm波(bō)長的光(guāng),石英光(guāng)纖可傳(chuan)送各種(zhǒng)不同波(bō)長的光(guang),但不同(tong)的光光(guang)衰率不(bú)同,1550nm頻帶(dài)的光在(zài)石英光(guāng)纖中傳(chuán)輸時光(guang)衰減率(lü)最低(0.15分(fèn)貝/公裏(lǐ)),幾乎爲(wèi)下限極(jí)限衰減(jian)率。因此(cǐ),光纖通(tōng)信在1550nm處(chù)作信号(hào)光時,光(guāng)損失最(zui)小。這樣(yàng),如果把(ba)适當濃(nóng)度的铒(ěr)摻入合(he)适的基(jī)質中,可(ke)依據激(ji)光原理(li)作用,放(fang)大器能(néng)夠補償(chang)通訊系(xi)統中的(de)損耗,因(yin)此在需(xū)要放大(dà)波長1550nm光(guāng)信号的(de)電訊網(wang)絡中,摻(chān)铒光纖(xiān)放大器(qi)是必不(bú)可少的(de)光學器(qì)件,目前(qian)摻铒的(de)二氧化(hua)矽纖維(wei)放大器(qì)已實現(xiàn)商業化(huà)。據報道(dao),爲避免(miǎn)無用的(de)吸收,光(guāng)纖中铒(ěr)的摻雜(za)量幾十(shi)至幾百(bǎi)ppm。光纖通(tōng)信的迅(xùn)猛發展(zhǎn),将開辟(pì)铒的應(yīng)用新領(ling)域。(2)另外(wai)摻铒的(de)激光晶(jīng)體及其(qí)輸出的(de)1730nm激光和(he)1550nm激光對(dui)人的眼(yǎn)睛安全(quan),大氣傳(chuan)輸性能(neng)較好,對(dui)戰場的(de)硝煙穿(chuan)透能力(lì)較強,保(bǎo)密性好(hǎo),不易被(bei)敵人探(tàn)測,照射(she)軍事目(mu)标的對(duì)比度較(jiao)大,已制(zhì)成軍事(shi)上用的(de)對人眼(yan)安全的(de)便攜式(shi)激光測(cè)距儀。(3)Er3+加(jiā)入到玻(bō)璃中可(kě)制成稀(xi)土玻璃(lí)激光材(cái)料,是目(mù)前輸出(chu)脈沖能(néng)量最大(dà),輸出功(gong)率最高(gao)的固體(ti)激光材(cai)料。(4)Er3+還可(ke)做稀土(tǔ)上轉換(huàn)激光材(cai)料的激(jī)活離子(zǐ)。(5)另外铒(er)也可應(yīng)用于眼(yǎn)鏡片玻(bō)璃、結晶(jing)玻璃的(de)脫色和(hé)着色等(deng)。


铥(Tm)

  铥元(yuán)素是1879年(nian)瑞典的(de)克利夫(fū)發現的(de),并以斯(sī)堪迪那(nà)維亞(Scandinavia)的(de)舊名Thule命(mìng)名爲铥(diū)(Thulium)。
  铥的主(zhu)要用途(tú)有以下(xia)幾個方(fāng)面:(1)铥用(yong)作醫用(yong)輕便X光(guang)機射線(xian)源,铥在(zai)核反應(ying)堆内輻(fú)照後産(chǎn)生一種(zhong)能發射(shè)X射線的(de)同位素(su),可用來(lai)制造便(bian)攜式血(xue)液輻照(zhao)儀上,這(zhe)種輻射(shè)儀能使(shi)铥-169受到(dào)高中子(zǐ)束的作(zuò)用轉變(biàn)爲铥-170,放(fang)射出X射(shè)線照射(shè)血液并(bìng)使白血(xue)細胞下(xia)降,而正(zhèng)是這些(xie)白細胞(bāo)引起器(qì)官移植(zhi)排異反(fan)應的,從(cóng)而減少(shǎo)器官的(de)早期排(pai)異反應(yīng)。(2)铥元素(su)還可以(yǐ)應用于(yu)臨床診(zhěn)斷和治(zhì)療腫瘤(liú),因爲它(ta)對腫瘤(liú)組織具(ju)有較高(gāo)親合性(xìng),重稀土(tǔ)比輕稀(xī)土親合(hé)性更大(dà),尤其以(yǐ)铥元素(su)的親合(he)力最大(dà)。(3)铥在X射(shè)線增感(gǎn)屏用熒(ying)光粉中(zhōng)做激活(huó)劑LaOBr:Br(藍色(sè)),達到增(zeng)強光學(xué)靈敏度(du),因而降(jiang)低了X射(she)線對人(ren)的照射(she)和危害(hai),與以前(qián)鎢酸鈣(gai)增感屏(píng)相比可(kě)降低X射(she)線劑量(liàng)50%,這在醫(yī)學應用(yong)具有重(zhong)要現實(shi)的意義(yì)。(4)铥還可(kě)在新型(xíng)照明光(guāng)源 金屬(shǔ)鹵素燈(dēng)做添加(jia)劑。(5)Tm3+加入(ru)到玻璃(li)中可制(zhì)成稀土(tǔ)玻璃激(jī)光材料(liao),這是目(mu)前輸出(chū)脈沖量(liang)最大,輸(shu)出功率(lü)最高的(de)固體激(jī)光材料(liào)。Tm3+也可做(zuo)稀土上(shàng)轉換激(ji)光材料(liao)的激活(huó)離子。


镱(yi)(Yb)

  1878年,查爾(ěr)斯(Jean Charles)和馬(mǎ)利格納(nà)克(G.de Marignac)在“铒(ěr)”中發現(xiàn)了新的(de)稀土元(yuan)素,這個(ge)元素由(you)伊特必(bì)(Ytterby)命名爲(wèi)镱(Ytterbium)。
  镱的(de)主要用(yòng)途有(1)作(zuò)熱屏蔽(bì)塗層材(cái)料。镱能(neng)明顯地(di)改善電(dian)沉積鋅(xin)層的耐(nài)蝕性,而(ér)且含镱(yì)鍍層比(bǐ)不含镱(yì)鍍層晶(jīng)粒細小(xiao),均勻緻(zhi)密。(2)作磁(cí)緻伸縮(suo)材料。這(zhe)種材料(liao)具有超(chao)磁緻伸(shēn)縮性即(jí)在磁場(chǎng)中膨脹(zhang)的特性(xìng)。該合金(jīn)主要由(you)镱/鐵氧(yǎng)體合金(jin)及镝/鐵(tie)氧體合(hé)金構成(chéng),并加入(ru)一定比(bi)例的錳(měng),以便産(chǎn)生超磁(ci)緻伸縮(suo)性。(3)用于(yu)測定壓(yā)力的镱(yi)元件,試(shì)驗證明(míng),镱元件(jian)在标定(dìng)的壓力(li)範圍内(nei)靈敏度(dù)高,同時(shí)爲镱在(zai)壓力測(cè)定應用(yòng)方面開(kāi)辟了一(yī)個新途(tu)徑。(4)磨牙(ya)空洞的(de)樹脂基(jī)填料,以(yǐ)替換過(guò)去普遍(bian)使用銀(yin)汞合金(jin)。(5)日本學(xue)者成功(gōng)地完成(chéng)了摻镱(yì)钆镓石(shi)榴石埋(mái)置線路(lu)波導激(jī)光器的(de)制備工(gōng)作,這一(yī)工作的(de)完成對(dui)激光技(ji)術的進(jìn)一步發(fā)展很有(you)意義。另(ling)外,镱還(hái)用于熒(yíng)光粉激(jī)活劑、無(wu)線電陶(táo)瓷、電子(zi)計算機(ji)記憶元(yuan)件(磁泡(pào))添加劑(jì)、和玻璃(li)纖維助(zhu)熔劑以(yi)及光學(xue)玻璃添(tian)加劑等(deng)。


镥(Lu)

  1907年,韋(wéi)爾斯巴(ba)赫和尤(yóu)貝恩(G.Urbain)各(gè)自進行(hang)研究,用(yòng)不同的(de)分離方(fang)法從“镱(yì)”中又發(fā)現了一(yī)個新元(yuan)素,韋爾(ěr)斯巴赫(hè)把這個(gè)元素取(qu)名爲Cp(Cassiopeium),尤(you)貝恩根(gēn)據巴黎(li)的舊名(ming)lutece将其命(ming)名爲Lu(Lutetium)。後(hòu)來發現(xiàn)Cp和Lu是同(tóng)一元素(sù),便統一(yi)稱爲镥(lu)。
  镥的主(zhǔ)要用途(tu)有(1)制造(zào)某些特(tè)殊合金(jin)。例如镥(lu)鋁合金(jīn)可用于(yu)中子活(huó)化分析(xi)。(2)穩定的(de)镥核素(su)在石油(yóu)裂化、烷(wán)基化、氫(qīng)化和聚(ju)合反應(yīng)中起催(cuī)化作用(yong)。(3)钇鐵或(huo)钇鋁石(shí)榴石的(de)添加元(yuan)素,改善(shan)某些性(xing)能。(4)磁泡(pao)貯存器(qì)的原料(liao)。(5)一種複(fú)合功能(néng)晶體摻(chan)镥四硼(péng)酸鋁钇(yi)钕,屬于(yu)鹽溶液(ye)冷卻生(shēng)長晶體(ti)的技術(shù)領域,實(shi)驗證明(ming),摻镥NYAB晶(jīng)體在光(guang)學均勻(yún)性和激(jī)光性能(néng)方面均(jun1)優于NYAB晶(jīng)體。(6)經國(guó)外有關(guan)部門研(yan)究發現(xiàn),镥在電(diàn)緻變色(sè)顯示和(he)低維分(fen)子半導(dao)體中具(ju)有潛在(zài)的用途(tu)。此外,镥(lǔ)還用于(yu)能源電(dian)池技術(shu)以及熒(yíng)光粉的(de)激活劑(jì)等。


钇(Y)

  1788年(nián),一位以(yi)研究化(hua)學和礦(kuang)物學、收(shou)集礦石(shí)的業餘(yu)愛好者(zhe)瑞典軍(jun1)官卡爾(ěr)·阿雷尼(ní)烏斯(Karl Arrhenius)在(zài)斯德哥(gē)爾摩灣(wan)外的伊(yi)特必村(cun)(Ytterby),發現了(le)外觀象(xiang)瀝青和(hé)煤一樣(yang)的黑色(se)礦物,按(an)當地的(de)地名命(ming)名爲伊(yi)特必礦(kuang)(Ytterbite)。1794年芬蘭(lan)化學家(jia)約翰·加(jiā)多林分(fèn)析了這(zhè)種伊特(tè)必礦樣(yang)品。發現(xian)其中除(chú)铍、矽、鐵(tie)的氧化(huà)物外,還(hái)含有約(yuē)38%的未知(zhi)元素的(de)氧化物(wù)棗“新土(tǔ)”。1797年,瑞典(diǎn)化學家(jia)埃克貝(bèi)格(Anders Gustaf Ekeberg)确認(rèn)了這種(zhǒng)“新土”,命(mìng)名爲钇(yi)土(Yttria,钇的(de)氧化物(wù)之意)。
  钇(yi)是一種(zhǒng)用途廣(guǎng)泛的金(jin)屬,主要(yao)用途有(yǒu):

  (1)鋼鐵及(jí)有色合(he)金的添(tiān)加劑。FeCr合(he)金通常(cháng)含0.5-4%钇,钇(yǐ)能夠增(zēng)強這些(xie)不鏽鋼(gāng)的抗氧(yǎng)化性和(he)延展性(xìng);MB26合金中(zhōng)添加适(shi)量的富(fu)钇混合(hé)稀土後(hòu),合金的(de)綜合性(xing)能得到(dao)明顯的(de)改善,可(ke)以替代(dai)部分中(zhōng)強鋁合(hé)金用于(yú)飛機的(de)受力構(gòu)件上;在(zài)Al-Zr合金中(zhōng)加入少(shǎo)量富钇(yi)稀土,可(kě)提高合(hé)金導電(diàn)率;該合(hé)金已爲(wèi)國内大(da)多數電(dian)線廠采(cai)用;在銅(tóng)合金中(zhong)加入钇(yǐ),提高了(le)導電性(xing)和機械(xiè)強度。

  (2)含(han)钇6%和鋁(lǚ)2%的氮化(huà)矽陶瓷(cí)材料,可(kě)用來研(yan)制發動(dòng)機部件(jiàn)。

  (3)用功率(lü)400瓦的钕(nǚ)钇鋁石(shi)榴石激(ji)光束來(lai)對大型(xing)構件進(jìn)行鑽孔(kǒng)、切削和(hé)焊接等(děng)機械加(jia)工。

  (4)由Y-Al石(shi)榴石單(dan)晶片構(gou)成的電(diàn)子顯微(wēi)鏡熒光(guāng)屏,熒光(guang)亮度高(gao),對散射(she)光的吸(xi)收低,抗(kang)高溫和(hé)抗機械(xiè)磨損性(xìng)能好。

  (5)含(han)钇達90%的(de)高钇結(jie)構合金(jin),可以應(yīng)用于航(háng)空和其(qi)它要求(qiu)低密度(du)和高熔(rong)點的場(chǎng)合。(6)目前(qián)倍受人(ren)們關注(zhù)的摻钇(yǐ)SrZrO3高溫質(zhi)子傳導(dǎo)材料,對(dui)燃料電(diàn)池、電解(jie)池和要(yao)求氫溶(rong)解度高(gao)的氣敏(mǐn)元件的(de)生産具(ju)有重要(yào)的意義(yì)。此外,钇(yǐ)還用于(yú)耐高溫(wen)噴塗材(cai)料、原子(zi)能反應(yīng)堆燃料(liao)的稀釋(shì)劑、永磁(cí)材料添(tiān)加劑以(yi)及電子(zǐ)工業中(zhōng)作吸氣(qi)劑等。


钪(kàng)(Sc)

  1879年,瑞典(dian)的化學(xué)教授尼(ní)爾森(L.F.Nilson, 1840~1899)和(he)克萊夫(fū)(P.T.Cleve, 1840~1905)差不多(duo)同時在(zài)稀有的(de)礦物矽(xī)铍钇礦(kuàng)和黑稀(xi)金礦中(zhong)找到了(le)一種新(xin)元素。他(ta)們給這(zhè)一元素(su)定名爲(wei)“Scandium”(钪),钪就(jiu)是門捷(jie)列夫當(dāng)初所預(yù)言的“類(lei)硼”元素(su)。他們的(de)發現再(zài)次證明(míng)了元素(su)周期律(lü)的正确(que)性和門(men)捷列夫(fū)的遠見(jian)卓識。
  钪(kang)比起钇(yǐ)和镧系(xì)元素來(lai),由于離(li)子半徑(jing)特别小(xiǎo),氫氧化(hua)物的堿(jiǎn)性也特(tè)别弱,因(yīn)此,钪和(he)稀土元(yuan)素混在(zai)一起時(shí),用氨(或(huò)極稀的(de)堿)處理(lǐ),钪将首(shǒu)先析出(chū),故應用(yòng)“分級沉(chén)澱”法可(kě)比較容(róng)易地把(ba)它從稀(xi)土元素(sù)中分離(li)出來。另(ling)一種方(fang)法是利(lì)用硝酸(suan)鹽的分(fèn)極分解(jiě)進行分(fèn)離,由于(yú)硝酸钪(kang)最容易(yì)分解,從(cóng)而達到(dao)分離的(de)目的。
  用(yong)電解的(de)方法可(kě)制得金(jīn)屬钪,在(zài)煉钪時(shí)将ScCl3、KCl、LiCl共熔(róng),以熔融(róng)的鋅爲(wèi)陰極電(dian)解之,使(shǐ)钪在鋅(xin)極上析(xi)出,然後(hou)将鋅蒸(zheng)去可得(de)金屬钪(kang)。另外,在(zài)加工礦(kuàng)石生産(chǎn)鈾、钍和(he)镧系元(yuan)素時易(yì)回收钪(kang)。鎢、錫礦(kuàng)中綜合(he)回收伴(bàn)生的钪(kàng)也是钪(kang)的重要(yao)來源之(zhi)一。
  钪在(zai)化合物(wu)中主要(yao)呈3價态(tai),在空氣(qì)中容易(yì)氧化成(chéng)Sc2O3而失去(qu)金屬光(guāng)澤變成(cheng)暗灰色(sè)。
  钪能與(yǔ)熱水作(zuò)用放出(chu)氫,也易(yi)溶于酸(suān),是一種(zhong)強還原(yuán)劑。
  钪的(de)氧化物(wu)及氫氧(yang)化物隻(zhi)顯堿性(xìng),但其鹽(yan)灰幾乎(hu)不能水(shui)解。钪的(de)氯化物(wù)爲白色(se)結晶,易(yi)溶于水(shuǐ)并能在(zai)空氣中(zhong)潮解。
  在(zài)冶金工(gong)業中,钪(kang)常用于(yu)制造合(hé)金(合金(jīn)的添加(jiā)劑),以改(gǎi)善合金(jīn)的強度(du)、硬度和(he)耐熱和(he)性能。如(ru),在鐵水(shuǐ)中加入(ru)少量的(de)钪,可顯(xian)著改善(shàn)鑄鐵的(de)性能,少(shǎo)量的钪(kang)加入鋁(lü)中,可改(gǎi)善其強(qiáng)度和耐(nài)熱性。
  在(zài)電子工(gong)業中,钪(kàng)可用作(zuo)各種半(bàn)導體器(qi)件,如钪(kàng)的亞硫(liú)酸鹽在(zai)半導體(tǐ)中的應(ying)用已引(yin)起了國(guó)内外的(de)注意,含(hán)钪的鐵(tie)氧體在(zai)計算機(jī)磁芯中(zhōng)也頗有(yǒu)前途。
  在(zai)化學工(gong)業上,用(yòng)钪化合(he)物作酒(jiu)精脫氫(qing)及脫水(shuǐ)劑,生産(chan)乙烯和(he)用廢鹽(yan)酸生産(chǎn)氯時的(de)高效催(cui)化劑。
  在(zài)玻璃工(gong)業中,可(ke)以制造(zao)含钪的(de)特種玻(bō)璃。
  在電(dian)光源工(gōng)業中,含(han)钪和鈉(na)制成的(de)钪鈉燈(deng),具有效(xiao)率高和(hé)光色正(zheng)的優點(dian)。
  自然界(jiè)中钪均(jun)以45Sc形式(shi)存在,另(lìng)外,钪還(hai)有9種放(fang)射性同(tong)位素,即(jí)40~44Sc和46~49Sc。其中(zhōng),46Sc作爲示(shì)蹤劑,已(yǐ)在化工(gong)、冶金及(ji)海洋學(xue)等方面(miàn)使用。在(zài)醫學上(shàng),國外還(hai)有人研(yan)究用46Sc來(lai)醫治癌(ái)症。钪的(de)性質及(jí)用途。

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