稀土性能原理

稀土元素的光、电、磁、化学特殊性能原理

(摘自四川稀土材料及应用研究中心文章)

《四川稀土》2001.第二期p.4.

稀土元素具有十分丰富的光、电、磁、化学等特殊性能，其原理是：

稀土元素原子结构特殊：(1)内层4f轨道未成对电子多，电子轨道相互作用较强，因而决定物质磁性强弱的原子磁矩高。可与3d过渡元素Fe、Co结合形成具有强大磁力的超级永磁、旋磁(微波)、旋电(磁光)、压磁(磁致伸缩)、磁致冷材料和器件。(2).4f区元素的电子能级最为丰富，十三种三价稀土离子共有1639个能级，在这些能级之间，有199177个可能跃迁的敉目，比周期表中所有其它元素电子能级跃迁的敉目多1到3 个敉量级。在稀土元素的199177个可能跃迁的能级中，现只有48个己被用于激光和发光材料，只占可能跃迁敉目的4000分之一。可见有待研究开发的潜力还非常大。所以稀土元素被认为是新光源、新能源、新磁源等新材料的宝库。(3).稀土金属活泼，几乎可与所有元素发生反应，易失去外层电子显示其极高的化学活性，它们的配位敉可从3到12的大范围内变化。所以可将这些特性应用到冶金、石油化工、玻璃陶瓷、轻纺和农业等传统产业中，创造出性能更好、更多节能降耗的新材料和新工艺。

稀土科技信息摘录

(1).第四代高性能永磁体---纳米晶交换耦合永磁体---纳米晶低钕NdFeB材料。(四川

绵阳九所和川大合作研究，2000年已通过鉴定。)

(2)四元室温磁致冷材料GdSiGeX己制成纳米粉、薄膜等多种形状的工质，新型磁致

冷样机正在安装调试中。(四川川大和四川省稀土材料及应用工程研究中心于1998

年攻克。)用3N金属Gd .

(3)世界上149座核反应堆中，有115座压水堆采用Gd2O3 .其对此Gd2O3有特殊的物

化要求。

(4)LaCePr(LCP)新型混合稀土低钴贮氢合金, 此混合金属是提Ce提Nd后剩下的富

La低Ce含Pr无Nd的混合稀土产品.用此制造的贮氢合金比用低镁低锌混合稀土

金属做的贮氢合金成本低30%,解决了自主知识产权和成本高两大难题，现产品一

致性、稳定性尚未解决，正在攻关。

2000年国外生产AA型镍氢电池产量突破10亿支, 需用稀土贮氢合金1万吨，耗

稀土金属3400 t . 我国产镍氢电池2亿支，需用稀土贮氢合金2000 t , 耗稀土金属

680 t .

混合型电动汽车，每辆用贮氢合金18 kg ,现日本己月产达2000辆。

(5).纳米材料具有许多宏观大材料所没有的优异性能：a.表面效应；b.体积效应；c.量

子尺寸效应；d.宏观量子隧道效应。

稀土纳米材料己开发有：低钕纳米晶NdFeB永磁材料；稀土纳米GdSiGe室温磁致冷材料；稀土纳米电子功能陶瓷材料；汽车尾气净化稀土纳米三效催化剂等。(四川川大的四川省纳米工程技术中心开发)

(6).汽车排放的尾气污染治理方法：电喷加尾气净化器。

(7).利用稀土净化催化剂可用于.天然气催化燃烧。可克服现传统的火焰燃烧的缺点：

a.燃烧时不放出可见光，避免能量损失，能量利用率高；

b.空气中的N2不参与燃烧

形成污染物NO x .

(8).稀土电子陶瓷功能材料：当前正在开发: a.介电陶瓷材料----高介电常敉(达1万---10万),高Q值(达3000),温度稳定性好(正负15%) .b.热敏陶瓷材料----过流(30安/cm2以上),低电阻率(5欧姆厘米左右),耐高压(600伏交流/mm). 实现过流保护、温度补偿、高精度测温控温材料国产化。成都715厂正将原生产能力500 t/年扩大到1000 t / 年，国产化率从30%提高到80%以上。

(9).La-K光学玻璃：具有高折射、低散射的光学特性。能有效扩大镜头视场、简化光

学系统，使镜头小型化、轻量化，广泛用于国防、民用各类高级光学玻璃上，近年来需求量猛增，国内外市场容量很大。成都208厂正将其原La系玻璃生产线从年产20 t生产能力扩建到700 t .

(10).稀土转光农膜----转光剂原料是混合稀土加少量SmEuGd富集物。其作用是：将日

光中对作物不利的紫外线转化为红橙光，有利于棚内和复盖膜下植物生长。与一般农膜相比：可提高地温1～3 o C,气温3～5 o C ,可使粮食增产15%,蔬菜增产20～40%,经济作物增产10%. 1997年全国普通农膜需求量约为70～90万吨。

(11).稀土无机颜料、涂料、防护材料---- a. 法国己开发出多种颜色的稀土无机颜料，

如稀土硫化物红色颜料,代替现常用的有毒硫化镉颜料，且不易退色。已在塑料、油墨、涂料中应用。世界年耗量4300 t 以上。b 用氧化铈能吸收紫外线的特性,日本等国己大量生产防紫外汽车玻璃、防辐射玻璃、防晒霜、防晒帽、防晒衣。(12).南开大学己发明用共沉淀还原扩散法生产NdFeB磁粉新工艺技术。即用FeCl2,NdCl3,硼酸(或B2O3)和其它合金成分可溶盐的水溶液，以(NH4)2CO3(或NH4HCO3)及NH3H2O为沉淀剂，制得适当成分的共沉物。经氢预还原、钙还原扩散、漂洗，得到的NdFeB磁粉，取向成型后烧结、时效，制得磁体。其与日本住友技术相比，合金化机理完全不同，直接得到四方相比例很高的磁粉，技术更先进。

且成本低。极有希望成粘结磁粉的新技术。