稀土新材料及其在高技术领域的应用

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1、稀土新材料及其在高技术领域的应用陈占恒摘　要：本文简要叙述了稀土新材料及其在高技术领域的应用，并进行了简要分析，认为提高我国稀土产业自身高技术应用水平以及开发稀土新材料及其在高技术领域应用技术是实现稀土资源优势向经济优势转化的根本出路。关键词：稀土；稀土新材料；高技术应用　　稀土元素独特的物理化学性质，决定了它们具有极为广泛的用途。稀土元素具有独特的4f电子结构，大的原子磁距，很强的自旋轨道耦合等特性，与其它元素形成稀土配合物时，配位数可在3～12之间变化，并且稀土化合物的晶体结构也是多样化的。在新材料领域，稀土元素丰富的光学、电学

2、及磁学特性得到了广泛应用。在高技术领域，稀土新材料发挥着重要的作用。稀土新材料主要包括稀土永磁材料、稀土发光材料、稀土贮氢材料、稀土催化剂材料、稀土陶瓷材料及其它稀土新材料如稀土超磁致伸缩材料、巨磁阻材料、磁致冷材料、光致冷材料、磁光存储材料等。1　稀土永磁材料　　稀土永磁材料因其合金成份不同，目前可分为三类〔1〕:(1)稀土-钴永磁材料：SmCo5、Sm2Co17;(2)稀土-铁永磁材料：Nd2Fe14B;(3)稀土铁氮(RE-Fe-N系)或稀土铁碳(RE-Fe-C系)永磁材料。　　按开发应用的时间顺序可分为第一代(1∶5型SmC

3、o5)、第二代(2∶7型Sm2Co17)、第三代(NdFeB)，目前正在积极开发寻找第四代稀土永磁体。Sm2Co17具有较高的磁性能和稳定性，得到了广泛的应用。80年代Nd2Fe14B型稀土永磁体问世，因其优异的性能和较低的价格很快在许多领域取代了Sm2Co17型稀土永磁体，并很快实现了工业化生产。日本已开发出了磁能积为55.8MGOe的Nd2Fe14B型稀土永磁体。NdFeB永磁体已广泛地用于能源、交通、机械、医疗、计算机、家电等领域。中国NdFeB产量1998年占世界总产量的38%，总量为3850吨。但中国NdFeB产业仍未形成

4、规模化经营，产品多为中低档产品，磁能积一般小于45MGOe，多为40MGOe以下产品，因而多用于音响器材、磁化器、磁选机等中低档领域；而日本NdFeB生产只集中于几个大厂，其产品多为40MGOe以上产品，多用于计算机VCM、新型电机、MRI等高技术领域。中国NdFeB产业只有实现规模化、产业集团化、产品质量高性能化，才能在国际竞争中立于不败之地，并带动稀土产业的发展。2　稀土发光和激光材料稀土发光材料的优点是吸收能力强，转换率高，可发射从紫外到红外的光谱，在可见光区域，有很强的发射能力，且物理化学性质稳定。稀土发光材料因其激发方式不

5、同又可分为稀土阴极射线发光材料、稀土光致发光材料、X射线稀土发光材料、稀土闪烁体、稀土上转换发光材料及其它稀土功能发光材料。目前，稀土发光材料主要用于彩电显像管、计算机显示器、照明、医疗设备等方面。稀土发光材料用量最大的是彩电显像管、计算机显示器、稀土三基色节能灯、PDP等离子显示屏。　　彩电显像管和计算机显示器使用的稀土发光材料属阴极射线发光材料。目前彩管中红粉普遍使用的是铕激活的硫氧化钇Y2O2S∶Eu磷光体，粒度6～8μm，计算机显示器要求发光材料提供高亮度、高对比度和清晰度，其红粉也采用Y2O2S∶Eu,但Eu含量要高一些，

6、绿粉为Tb3+激活的稀土硫氧化物Y2O2S∶Tb,Dy及Gd2O2S∶Tb,Dy高效绿色荧光体，粒度为4～6μm。有消息报导说蓝粉也将由稀土发光材料取代锌、锶硫化物粉〔2〕。大屏幕投影电视的红粉也为Y2O2S∶Eu，绿粉为Tb激活的稀土发光材料。投影电视用荧光粉每年可消费数吨稀土氧化物。PDP等离子显示屏中的稀土发光材料为电致发光材料，红色为ZnSiNdF3、ZnSiSmF3和ZnSiEuF3薄膜，绿色为ZnSiTbF3、ZnSiErF3和ZnSiHoF3薄膜，由于蓝色发光材料ZnSiTmF3亮度很低，因而使用了不含稀土的ZnSiA

7、g。PDP属平板显示技术，随着市场对PDP电视需求的增加，稀土的消费会进一步扩大。　　稀土发光材料的另一项重要应用是稀土三基色节能灯，它使用的稀土三基色荧光粉是光致发光材料，稀土节能灯发光效率高，节约电力，其开发应用受到世界各国重视。此外，还有稀土上转换发光材料，广泛用于红外探测。某些上转换稀土发光材料如BaYF5∶Yb,Er可将红外线转换成可见光，夜视镜中使用的就是这种材料。稀土激光材料是与激光同时诞生的，稀土是激光工作物质中很重要的元素，90%的激光材料都与稀土有关。稀土激光材料可分为固体、液体和气体三大类，以稀土固体激光材料的

8、应用最广。稀土固体激光材料又可以分为晶体、玻璃、光纤及化学计量激光材料。稀土激光材料广泛用于通讯、医疗、信息储存、切割和焊接等方面。　　稀土光纤激光材料在现代光纤通讯的发展中起着重要作用。光信号直接放大技术是为补偿长距离传送过程中光衰