铷铯及其化合物的应用

铷/铯及其化合物的应用

由于铷铯具有独特的性质，使其在许多领域中有着重要的用途，不但有许多传统的应用领域，而且还出现了一些新的应用领域，特别是在一些高科技领域中，铷铯显示出了越来越重要的作用。铷铯在电子器件、催化剂、特种玻璃、生物化学及医药等传统应用领域中，近10年来有较大的发展；而在磁流体发电、热离子转化发电、离子推进发动机、激光能转换电能装置、铯离子云通讯等新应用领域中，铷铯也显示了强劲的生命力。

4.1 铷及其化合物的应用

长期以来，由于金属铷化学性质比钾还要活泼，在空气中能自燃，其生产、贮存及运输都必须严密隔绝空气保存在液体石蜡、惰性气体或真空中，因而制约了其在一般工业应用领域的开发研究和大量使用。

然而，随着人类科学技术的发展和对铷应用开发研究的不断深入，近15年来，除在一些传统的应用领域，如电子器件、催化剂及特种玻璃等，有了一定发展的同时，许多新的应用领域也不断出现，特别是在一些高科技领域，显示了广阔的应用前景。以下综述了利用铷及其化合物的一些特性，在一些传统和高科技领域内的应用现状。

4.1.1 作为频率标准和时间标准

人造地球卫星的发射系统、导航、运载火箭导航、导弹系统、无线通讯、电视转播、收发分置雷达、全球定位系统(GPS) 等空间技术的发展对所采用频率与时间基准的长、短期准确度和稳定性要求越来越高。由于铷辐射频率具有长时间的稳定性，87Rb原子的共振频率被频率标准确定为基准频率。用作频率标准和时间标准的铷原子频标具有低漂移、高稳定性、抗辐射、体积小、重量轻、功耗低等特点。准确度极高的铷原子钟，在370万年中的走时误差不超过1s。

气泡铷原子频标已成为目前应用最广泛的原子频标。其价格比铯原子频标低得多，比晶体频标的长期稳定性更好、准确度更高，可适应各种空间使用的要求。自1985年首次应用于军用通信卫星后，世界上所发射的卫星很大部分采用铷原子频标作为星载频标。星载铷原子频标与普通商用或军用的铷原子频标相比，在性能上有了很大提高，能更好地适应空间应用的需要。

目前，全球定位系统(GPS )的极高准确性很大程度上依赖于其上所装载的频率标准性能。此类器件中性能最好的是美国PerkinElmer公司为GPS导航卫星开发的超高性能高稳定铷原子频标(RAFS ) 。

双泡铷微波激射器是当前正在开发的新型高稳定性振荡器。它作为全球卫星定位系统GPS的改进时钟，将提高地球同步宇宙飞船的定位精度和飞船GPS系统的稳定性。随着我国空间技术的发展，迫切需要研究开发我国的高性能铷原子频标。

4.1.2 能源

利用铷易于离子化的特点，多年来国内外在离子推进火箭、磁流体发电、热离子转换发电等方面的应用作了大量研究工作，并有了一些重要的发展。

磁流体发电是把热能直接转换成电能的一种新型发电方式。用含铷及其化合物作磁流体发电机的发电材料(导电体)，可获得较高热效率。如一般核电站的总热效率为29%～32%，而结合磁流体发电可使核电站总热效率提高到55%～66% 热离子发电是利用二极真空管的原理，把热能直接变为电能。由于离子化铷能中和电极之间的空间电荷，因此，实际上提高了发射极的电子发射速度，减少了集电极的能量损失等，即增加了换流器的能量输出。如用铷和铯制作(含铷涂层电极) 的热电换能器，与原子反应堆联用时，可在原子反应堆的内部实现热离子热核发电。

铷可用在空间飞行器的“离子推进发动机”中。以铷和铯作为材料的离子推进火箭，运行速度可达到 1.6X105k m·h -1；一艘携带有500g铯和铷的离子推进宇宙飞船，其航程是当今使用固体或液体燃料的约150倍。

4.1.3 特种玻璃

含铷特种玻璃是当前铷应用的主要市场之一。碳酸铷常用作生产这些玻璃特种的添加剂，可降低玻璃导电率、增加玻璃稳定性和使用寿命等。含铷特种玻璃已广泛使用在光纤通讯和夜视装置等方面。

4.1.4 电子

由于铷原子失去价电子非常容易，可见光的能量就足以使原子电离，受光电磁辐射作用下表面释放自由电子，显示出优良的光电特性、导电性、导热性及强烈的化学活性，使它们在众多技术领域中有着非常独特的用途。通常铷化合物和合金是制造光电池、光电发射管、原子钟、电视摄像管和光电倍增管的重要材料，也是红外技术的必需材料，如锑化铷、碲化铷、铷铯锑合金等。使用了铷碲表面的光电发射管常被安装在不同电子探测和激活装置内，在宽辐射光谱范围内仍具有高灵敏度。铷铯锑涂层常用在光电倍增管阴极上，用于辐射探测设备、医学影像设备和夜视设备等。利用这些光电管、光电池可以实现一系列自动控制。

碘化铷银RbAg4I5是良好的电子导体，是已知离子型晶体中室温电导率最高的。在环境温度下，其电导率与稀硫酸相当，可用作固体电池的电解质，如薄膜电池。

4.1.5 医学

氯化铷和其他几种铷盐用于DNA和RNA超速离心分离过程中的密度梯度介质；放射性铷可用于血流放射性示踪；碘化铷有时取代碘化钾用于治疗甲状腺肿大；一些铷盐可作为镇静剂、使用含砷药物后的抗休克制剂和癫痫病治疗等。

4.1.6 其他方面

铷及其化合物除上述应用领域外，还具有下列一些典型应用：铷及其与钾、钠、铯形成的合金可作为真空电子管中痕量气体的吸气剂和除去高真空系统中残

余气体的除气剂。铷作为化学示踪剂，示踪不同种类的生产物品。87Rb衰变成86Sr已广泛应用于鉴别岩石和矿物年代。

氯化铷用于钠、铱、钛、锆和过氯酸盐的分析；硝酸铷可作为分析试剂、氧化剂、环境控制分析中放射性物质检测等。氯化铷、碳酸铷是制备金属铷、其它铷盐和同位素分离等的主要原料。

铷及其一些铷盐还可作为化工中一些有机化学反应的催化剂、陶瓷工业中的添加剂。金属铷是制取其他高纯铷盐和铷单晶的基础原料。

随着国内外高新技术产业的迅猛发展，铷及其化合物的一些独特特性已显示出极大的应用前景和重要的科学与商业价值，特别是在航天航空、能源和国防工业等领域的应用需求有不断增加之态势，显示了强大的生命力。

目前，发达国家铷的应用主要集中在高科技领域，有80%的铷用于开发高新技术，只有20%的铷用于传统应用领域。特别值得一提的是，随着世界能源日趋紧缺，人们都在寻求新的能量转换方式，以提高效率和节约燃料，减少环境污染。铷在新能量转换中的应用显示了光明的前景，并已引起世界能源界的注目。

4.2 铯及其化合物的应用

铯通常以其化合物和合金形式用于电子管和光电池中。由于铯很容易电离，它的主要工业用被用作离子火箭发动机、信息产业、核能源、航天技术、荧光材料、光学晶体、医药、催化剂等领域，也用于光电池，原子钟和红外灯、光电倍增管和电视摄象管以及用作真空管的吸气剂，作为空气去除剂，用于除去真空管中的痕量空气。由钠和铊激活的碘化铯可制作工业和医疗用的x射线图象放大板或荧光屏。铯可用于制作铯原子钟，70年代铯原子钟的准确度已经达到500万年误差仅一秒的水平。在现代科技领域，铯是应用前景十分广阔的轻稀有金属。

4.2.1 铯原子钟

原子时是以秒，而不是以日为基本时间单位的，原子时秒长定义为：铯原子