1、17 种稀土元素的应用领域稀土的分类1）轻稀土（又称铈组）：镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆。2）重稀土（又称钇组）：铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇。镧（La） 【ln 】：镧的应用非常广泛，如应用于压电材料、电热材料、热电材料、磁阻材料、发光材料（兰粉） 、贮氢材料、光学玻璃、激光材料、各种合金材料等。她也应用到制备许多有机化工产品的催化剂中，光转换农用薄膜也用到镧，在国外，科学家把镧对作物的作用赋与“超级钙“ 的美称。 铈（Ce） 【sh】：1，铈作为玻璃添加剂，能吸收紫外线与红外线，现已被大量应用于汽车玻璃。不仅能防紫外线，还可降低车内温度，从而节约空调用电。从 1997 年起，日本汽
2、车玻璃全加入氧化铈，1996 年用于汽车玻璃的氧化铈至少有 2000 吨，美国约 1000 多吨。2，目前正将铈应用到汽车尾气净化催化剂中，可有效防止大量汽车废气排到空气中美国在这方面的消费量占稀土总消费量的三分之一强。3，硫化铈可以取代铅、镉等对环境和人类有害的金属应用到颜料中，可对塑料着色，也可用于涂料、油墨和纸张等行业。目前领先的是法国罗纳普朗克公司。4，Ce:LiSAF 激光系统是美国研制出来的固体激光器，通过监测色氨酸浓度可用于探查生物武器，还可用于医学。铈应用领域非常广泛，几乎所有的稀土应用领域中都含有铈。如抛光粉、储氢材料、热电材料、铈钨电极、陶瓷电容器、压电陶瓷、铈碳化硅磨料、
3、燃料电池原料、汽油催化剂、某些永磁材料、各种合金钢及有色金属等。 镨 （Pr） 【p】：1，镨被广泛应用于建筑陶瓷和日用陶瓷中，其与陶瓷釉混合制成色釉，也可单独作釉下颜料，制成的颜料呈淡黄色，色调纯正、淡雅。2，用于制造永磁体。选用廉价的镨钕金属代替纯钕金属制造永磁材料，其抗氧性能和机械性能明显提高，可加工成各种形状的磁体。广泛应用于各类电子器件和马达上。3，用于石油催化裂化。以镨钕富集物的形式加入 Y 型沸石分子筛中制备石油裂化催化剂，可提高催化剂的活性、选择性和稳定性。我国70 年代开始投入工业使用，用量不断增大。4，镨还可用于磨料抛光。另外，镨在光纤领域的用途也越来越广。 钕（Nd） 【
4、n】：钕元素的到来活跃了稀土领域，在稀土领域中扮演着重要角色，并且左右着稀土市场。金属钕的最大用户是钕铁硼永磁材料。钕铁硼永磁体的问世，为稀土高科技领域注入了新的生机与活力。钕铁硼磁体磁能积高，被称作当代“永磁之王 “，以其优异的性能广泛用于电子、机械等行业。阿尔法磁谱仪的研制成功，标志着我国钕铁硼磁体的各项磁性能已跨入世界一流水平。钕还应用于有色金属材料。在镁或铝合金中添加 1.52.5%钕，可提高合金的高温性能、气密性和耐腐蚀性，广泛用作航空航天材料。另外，掺钕的钇铝石榴石产生短波激光束，在工业上广泛用于厚度在 10mm 以下薄型材料的焊接和切削。在医疗上，掺钕钇铝石榴石激光器代替手术刀用
5、于摘除手术或消毒创伤口。钕也用于玻璃和陶瓷材料的着色以及橡胶制品的添加剂。随着科学技术的发展，稀土科技领域的拓展和延伸，钕元素将会有更广阔的利用空间。 钐（Sm ） 【shn 】：钐钴磁体是最早得到工业应用的稀土磁体。这种永磁体有 SmCo5 系和 Sm2Co17 系两类。70 年代前期发明了 SmCo5 系，后期发明了 Sm2Co17 系。现在是以后者的需求为主。钐钴磁体所用的氧化钐的纯度不需太高，从成本方面考虑，主要使用 95%左右的产品。此外，氧化钐还用于陶瓷电容器和催化剂方面。另外，钐还具有核性质，可用作原子能反应堆的结构材料，屏敝材料和控制材料，使核裂变产生巨大的能量得以安全利用。
6、铕（Eu） 【yu 】：氧化铕大部分用于荧光粉。Eu3+ 用于红色荧光粉的激活剂， Eu2+用于蓝色荧光粉。现在 Y2O2S:Eu3+是发光效率、涂敷稳定性、回收成本等最好的荧光粉。再加上对提高发光效率和对比度等技术的改进，故正在被广泛应用。近年氧化铕还用于新型 X 射线医疗诊断系统的受激发射荧光粉。氧化铕还可用于制造有色镜片和光学滤光片，用于磁泡贮存器件，在原子反应堆的控制材料、屏敝材料和结构材料中也能一展身手。 铒（Er） 【r】氧化铒主要用作钇铁柘榴石掺入剂和核反应堆的控制材料。也可用于制造特种发光玻璃和吸收红外线的玻璃。还用作玻璃着色剂，使玻璃呈玫瑰红色。仅有 Er2O3 一种稳定的化
7、合物。是体心立方和单斜两种结构的粉状物。Er2O3 磁矩也较大，为 9.5M.B.。其他性质及制备方法同于镧系元素。制做粉红色玻璃。钆（Gd ） 【g】：1，其水溶性顺磁络合物在医疗上可提高人体的核磁共振（NMR）成像信号。2，其硫氧化物可用作特殊亮度的示波管和 x 射线荧光屏的基质栅网。3，在钆镓石榴石中的钆对于磁泡记忆存储器是理想的单基片。4，在无 Camot 循环限制时，可用作固态磁致冷介质。5，用作控制核电站的连锁反应级别的抑制剂，以保证核反应的安全。6，用作钐钴磁体的添加剂，以保证性能不随温度而变化。另外，氧化钆与镧一起使用，有助于玻璃化区域的变化和提高玻璃的热稳定性。氧化钆还可用于
8、制造电容器、x 射线增感屏。 在世界上目前正在努力开发钆及其合金在磁致冷方面的应用，现已取得突破性进展，室温下采用超导磁体、金属钆或其合金为致冷介质的磁冰箱已经问世。 铽（Tb） 【t】：1，荧光粉用于三基色荧光粉中的绿粉的激活剂，如铽激活的磷酸盐基质、铽激活的硅酸盐基质、铽激活的铈镁铝酸盐基质，在激发状态下均发出绿色光。2，磁光贮存材料，近年来铽系磁光材料已达到大量生产的规模，用 Tb-Fe 非晶态薄膜研制的磁光光盘，作计算机存储元件，存储能力提高 1015 倍。3，磁光玻璃，含铽的法拉第旋光玻璃是制造在激光技术中广泛应用的旋转器、隔离器和环形器的关键材料。特别是铽镝铁磁致伸缩合金（TerF
9、enol）的开发研制，更是开辟了铽的新用途，当 Terfenol 置于一个磁场中时，其尺寸的变化比一般磁性材料变化大这种变化可以使一些精密机械运动得以实现。铽镝铁开始主要用于声纳，目前已广泛应用于多种领域，从燃料喷射系统、液体阀门控制、微定位到机械致动器、机构和飞机太空望远镜的调节 机翼调节器等领域。 镝（Dy） d：1，作为钕铁硼系永磁体的添加剂使用，在这种磁体中添加 23%左右的镝，可提高其矫顽力，过去镝的需求量不大，但随着钕铁硼磁体需求的增加，它成为必要的添加元素，品位必须在 9599.9% 左右，需求也在迅速增加。 2，镝用作荧光粉激活剂，三价镝是一种有前途的单发光中心三基色发光材料的
10、激活离子，它主要由两个发射带组成，一为黄光发射，另一为蓝光发射，掺镝的发光材料可作为三基色荧光粉。3，镝是制备大磁致伸缩合金铽镝铁（Terfenol）合金的必要的金属原料，能使一些机械运动的精密活动得以实现。4，镝金属可用做磁光存贮材料，具有较高的记录速度和读数敏感度。5，用于镝灯的制备，在镝灯中采用的工作物质是碘化镝，这种灯具有亮度大、颜色好、色温高、体积小、电弧稳定等优点，已用于电影、印刷等照明光源。6，由于镝元素具有中子俘获截面积大的特性，在原子能工业中用来测定中子能谱或做中子吸收剂。7，Dy3Al5O12 还可用作磁致冷用磁性工作物质。随着科学技术的发展，镝的应用领域将会不断的拓展和延
11、伸。 钇（Y） 【y】钇金属主要用作钇铁柘榴石添加剂和核反应堆控制材料，也用于制造特种发光玻璃和吸收红外线的玻璃，还用作玻璃着色剂。由硝酸铒或硫酸铒溶液与碱反应后，经分离、灼烧而得。仅有 Er2O3 一种稳定的化合物。是体心立方和单斜两种结构的粉状物。Er2O3 磁矩也较大，为 9.5M.B.。其他性质及制备方法同于镧系元素。制做粉红色玻璃。氧化钇可制特种玻璃及陶瓷，并用作催化剂。主要用作制造微波用磁性材料和军工用重要材料（单晶；钇铁柘榴石、钇铝柘榴石等复合氧化物） ，也用作光学玻璃、陶瓷材料添加剂、大屏幕电视用高亮度荧光粉和其他显像管涂料。还用于制造薄膜电容器和特种耐火材料，以及高压水银灯、
12、激光、储存元件等的磁泡材料。钬（Ho） 【hu】钬 Ho 是稀土元素，目前钬的主要用途有：(1)、用作金属卤素灯添加剂，金属卤素灯是一种气体放电灯，它是在高压汞灯基础上发展起来的，其特点是在灯泡里充有各种不同的稀土卤化物。目前主要使用的是稀土碘化物，在气体放电时发出不同的谱线光色。在钬灯中采用的工作物质是碘化钬，在电弧区可以获得较高的金属原子浓度，从而大大提高了辐射效能。(2)、钬可以用作钇铁或钇铝石榴石的添加剂；(3)、掺钬的钇铝石榴石（ Ho:YAG）可发射 2m 激光，人体组织对 2m 激光吸收率高，几乎比 Hd:YAG 高 3 个数量级。所以用 Ho:YAG 激光器 进行医疗手术时，不
13、但可以提高手术效率和精度，而且可使热损伤区域减至更小。钬晶体产生的自由光束可消除脂肪而不会产生过大的热量，从而减少对健康组织产生的热损伤，据报道美国用钬激光治疗青光眼，可以减少患者手术的痛苦。中国 2m 激光晶体的水平已达到国际水平，应大力开发生产这种激光晶体。(4)、在磁致伸缩合金 Terfenol-D 中，也可以加入少量的钬，从而降低合金饱和磁化所需的外场。(5)、另外用掺钬的光纤可以制作 光纤激光器、光纤放大器、光纤传感器等等光通讯器件在光纤通信迅猛的今天将发挥更重要的作用。铥（Tm） 【di】铥为银白色金属，有延展性，质较软可用刀切开；熔点 1545C，沸点 1947C，密度9.320
14、8。铥在空气中比较稳定；氧化铥为淡绿色晶体。铥的用途不多，主要是做金属卤素灯的添加剂，铥主要用来发射范围宽广的绿色发射线。银白色金属，质软，熔点时具有高的蒸气压。溶于酸，能与水起缓慢化学作用。盐类（二价盐）氧化物都呈淡绿色。在核反应中照射 169Tm,生成 170Tm,半衰期为 129 天，这个同位素克发射出很强的X 射线。可用它来制造轻便的，不需电源的手提式 X 射线机，也用作磷光体活化剂。在便携式 X 射线机上使用放射性铥作射线源，这样可以不必使用电气设备。镱 （Yb） 【y】金属镱为银灰色，有延展性，质地较软，室温下镱能被空气和水缓慢氧化。与钐和铕相类似样，镱属于变价稀土，除通常呈正三价
15、外，也可以呈正二价状态。由于这种变价特性，制备金属镱不宜用电解法，而采用还原蒸馏法进行制备和提纯。通常以金属镧为还原剂，利用镱金属高蒸汽压和镧金属低蒸气压的差别进行还原蒸馏。也可以采用铥镱镥富集物为原料，以金属镧为还原剂，在1100和0.133Pa 的高温真空条件下，通过还原-蒸馏的方法直接提取金属镱。象钐和铕一样，镱也可采用湿法还原进行分离和提纯。通常采用铥镱镥富集物为原料，溶解后将镱还原成二价状态，造成显著的性质差异后将其与其它三价稀土进行分离。制取高纯氧化镱通常采用萃取色层法或离子交换法。镱作为重稀土元素，由于可利用的资源有限，产品价格昂贵，限制了其用途研究。随着光纤通讯和激光等高新技术
16、的出现，镱才逐渐找到大显身手的应用舞台。最近用途近年来，镱在光纤通讯和激光技术两大领域崭露头角并得到迅速发展。随着“信息高速公路”的建设发展，计算机网络和长距离光纤传输系统对光通讯用的光纤材料性能要求越来越高。镱离子由于拥有优异的光谱特性，可以象铒和铥一样，被用作光通讯的光纤放大材料。尽管稀土元素铒至今仍是制备光纤放大器的主角，但传统的掺铒石英光纤增益带宽较小（30nm） ，已难以满足高速大容量信息传输的要求。而 Yb3+离子在 980nm 附近具有远大于 Er3+离子的吸收截面，通过 Yb3+的敏化作用和铒镱的能量传递，可使 1530nm 光得到大大加强，从而大大提高光的放大效率。近年来，铒
17、镱共掺的磷酸盐玻璃受到越来越多研究者的青睐。磷酸盐和氟磷酸盐玻璃具有较好的化学稳定性和热稳定性，并具有较宽的红外透过性能和大的非均匀展宽特性，是宽带高增益掺铒放大光纤玻璃的理想材料。若在其中引入 Yb3+离子，制成铒镱共掺光纤，就可大大改善光纤放大性能。中国研制的高浓度铒镱共掺磷酸盐光纤（纤芯直径7m、数值孔径为 0.2）适用于全波放大器。利用 980nm 半导体激光器，在 1.5m 的通信窗口对小信号实现了 3.8dB 的净增益，单位长度增益达 2.5dB/cm，比目前商用石英放大器高出两个数量级。掺 Yb3+光纤放大器可以实现功率放大和小信号放大，因而可用于光纤传感器、自由空间激光通信和超
18、短脉冲放大等领域。中国目前已建成世界上单信道容量最大、速率最快的光传输系统，拥有世界上最宽的信息高速公路。掺镱和其它稀土的光纤放大及激光材料在其中均发挥了关键性巨大的作用。镱的光谱特性还被用作优质激光材料，既被用作激光晶体，也被用作激光玻璃、和光纤激光器。掺镱激光晶体作为高功率激光材料已形成一个庞大的系列，包括有掺镱钇铝石榴石（Yb： YAG） 、掺镱钆镓石榴石（Yb：GGG） 、掺镱氟磷酸钙（Yb：FAP ） 、掺镱氟磷酸锶（Yb ：S-FAP） 、掺镱钒酸钇（Yb ：YV04） 、掺镱硼酸盐和硅酸盐等。半导体激光器（LD）是固体激光器的一种新型泵浦源。Yb ：YAG 具有许多特点适合高功率
19、 LD 泵浦，已成为大功率 LD 泵浦用激光材料。Yb ：S-FAP 晶体将来有可能用作实现激光核聚变的激光材料，引起人们的关注。在可调谐激光晶体中，有掺铬镱钬钇铝镓石榴石（Cr ，Yb，Ho ：YAGG） ，其波长在 2.843.05m 之间连续可调。据统计，世界上用的导弹红外寻弹头大部分是采用 3-5m 的中波红外探测器，因此研制Cr，Yb，Ho：YSGG 激光器，可对中红外制导武器对抗提供有效干扰，具有重要的军事意义。目前中国在掺镱激光晶体（Yb:YAG 、Yb:FAP、Yb:SFAP 等）方面，已取得一系列具有国际先进水平的创新性成果，解决了晶体的生长以及激光快速、脉冲、连续、可调节输
20、出等多项关键技术，研究成果已在国防、工业和科学工程等方面获得实际应用，掺镱晶体产品已出口美国、日本等多个国家与地区。镱激光材料的另一个大类是激光玻璃。已开发出锗碲酸盐、硅铌酸盐、硼酸盐和磷酸盐等多种高发射截面的激光玻璃。由于玻璃易成型可以制成大尺寸，并具有高光透和高均匀性等特点，可制成大功率激光器。过去人们熟悉的稀土激光玻璃主要是钕玻璃，它已有40 多年的发展历史，制作和应用技术成熟，一直是大功率激光装置的首选材料，已被用于核聚变实验装置和激光武器等方面。中国建成的由激光钕玻璃为主要激光介质的神光 1 号和神光 2 号大功率激光装置，已达到世界先进水平。但激光钕玻璃如今却遇到了激光镱玻璃的有力
21、挑战。近年来的大量研究表明，激光镱玻璃的许多性能超过了钕玻璃。由于掺镱发光只有两个能级，储能效率高，在相同增益时镱玻璃储能效率比钕玻璃高 16 倍，荧光寿命也是钕玻璃的 3 倍，同时还具有掺杂浓度高、吸收带宽、可直接用半导体泵浦等优点，非常适用于大功率激光器使用。但镱激光玻璃的实用还往往要借助于钕的协助，如采用 Nd3+作为敏化剂才能使镱激光玻璃在室温下运转，并在 1 06m 波长处实现激光发射。所以说，镱和钕在激光玻璃方面既是竞争对手，同时又是相互协作的伙伴。通过调节玻璃成分，可以提高镱激光玻璃的诸多发光性能。以发展高功率激光器为主要方向，用镱激光玻璃制造的激光器越来越广泛地应用于现代工业、
22、农业、医学、科学研究和军事方面。军事用途将核聚变产生的能量作为能源一直是人们期待的目标，实现受控核聚变将是人类解决能源问题的重要手段。掺镱激光玻璃以其优异的激光性能正在成为 21 世纪实现惯性约束核聚变（ICF）升级换代首选材料。激光武器是利用激光束的巨大能量，对目标进行打击破坏，可以产生上亿度的高温，以光的速度直接攻击，可以指那打那，具有极大的杀伤力，尤其适用于现代战争的防空武器系统。掺镱激光玻璃的优异性能已使它成为制造高功率和高性能激光武器的重要基础材料。光纤激光器是当今迅猛发展起来的一项新技术，也属于激光玻璃应用范畴。光纤激光器就是用光纤作激光介质的激光器，是光纤与激光技术相结合的产物，
23、是在掺饵光纤放大器（EDFA）技术基础上发展起来的激光新技术。光纤激光器以半导体激光二极管作为泵源，以光纤作为波导和增益介质，同时采用光栅光纤、偶合器等光学元件组合而成。它无需光路机械调整，机构紧凑便于集成。与传统固体激光器和半导体激光器相比，具有光束质量高、稳定性好、抗环境干扰性强、免调节、免维护、结构小巧等技术和性能优势。由于掺杂的离子主要是 Nd+3、Yb+3、Er+3 、Tm+3、Ho+3 ，都是以稀土光纤作为增益介质，所以目前开发出来的光纤激光器也可称作是稀土光纤激光器。激光用途高功率掺镱双包层光纤激光是近年国际上固体激光技术中的一个热点领域。它具有光束质量好、结构紧凑、转换效率高等
24、优点，在工业加工等领域中有广泛的应用前景。双包层掺镱光纤适合于半导体激光器泵浦，具有耦合效率高和激光输出功率高等特点，是掺镱光纤的主要发展方向。目前中国的双包层掺镱光纤技术与国外先进水平已不相上下。中国研制的掺镱光纤、双包层掺镱光纤以及铒镱共掺光纤在性能和可靠性方面均已达到国外同类产品先进水平，具有成本优势，并拥有多项产品和方法的核心专利技术。世界著名的德国 IPG 激光公司日前宣布，他们新近推出的掺镱光纤激光器系统，具有非常优异的光束特性，有大于 50,000 小时的泵浦寿命，中心发射波长为 1070nm-1080nm,输出功率可高达到 20KW，已被应用于精细焊接、切割和岩石钻探等方面。激
25、光材料是发展激光技术的核心和基础。在激光界历来有“一代材料，一代器件” 的说法。必须先拥有性能优异的激光材料，综合其它相关技术，才能开发出先进实用的激光器件。掺镱激光晶体和激光玻璃作为固体激光材料的生力军正在推进光纤通讯和激光技术的创新发展，尤其是在高功率核聚变激光器、高能量拍瓦（PW，即 1015W）激光器、高能量武器激光器等尖端激光技术方面将作出重要贡献。另外，据某些文章介绍，镱还被用于荧光粉激活剂、无线电陶瓷、电子计算机记忆元件（磁泡）添加剂和光学玻璃添加剂等。需要指出的是，镱（Ytterbium ）和钇（Yttrium）同属稀土元素，虽然英文名称和元素符号差别明显，但汉语拼音却音节相同
26、，在某些汉语译文引用中有时误把钇当作镱，这时就需要我们追寻原文并结合元素符号来加以确认。镥（Lu） 【l】镥为银白色金属，是稀土元素中最硬和最致密的金属；熔点 1663C，沸点 3395C，密度 9.8404。镥在空气中比较稳定；氧化镥为无色晶体，溶于酸生成相应的无色盐。镥主要用于研究工作，其它用途很少。质软。溶于稀酸，能与水缓慢作用。盐类无色，氧化物白色。天然存在的同位素有：175Lu 和半衰期为 2.11010 年的 发射体 176Lu。自然界储量极少，价格较贵，由氟化镥 LuF32H2O 用钙还原而制得，用于原子能工业钪（Sc） 【kng】钪钠灯，可以用来给千家万户带来光明。这是一种金属
27、卤化物电光源：在灯泡中充入碘化钠和碘化钪，同时加入钪和钠箔，在高压放电时，钪离子和钠离子分别发出他们的特征发射波长的光，钠的谱线为 589.0 和 589.6nm 两条著名的黄色光线，而钪的谱线为361.3424.7nm 的一系列近紫外和蓝色光发射，因为互为补色，产生的总体光色就是白色光。正是由于钪钠灯具有发光效率高、光色好、节电、使用寿命长和破雾能力强等特点，使其可广泛用于电视摄像和广场、体育馆、马路照明， 被称为第三代光源。在中国这种灯还是作为新技术被逐渐推广的，而在一些发达国家，这种灯早在 80 年代初就被广泛使用了。太阳能光电池，可以将撒落地面的光明收集起来，变成推动人类社会的电力。在
28、金属-绝缘体- 半导体硅光电池和太阳能电池 中，钪是最好的阻挡金属。 射线源，这个法宝自己就能大放光明，不过这种光亮我们肉眼接收不到，是高能的光子流。我们平常从矿物中提炼出来的是 45Sc，这是钪的唯一一种天然 同位素，每一个45Sc 的 原子核中有 21 个质子和 24 个中子。倘若我们像把猴子放到太上老君的炼丹炉中炼上七七四十九天一样将钪放在核反应堆中，让他吸收中子辐射，原子核中多一个中子的46Sc 就诞生了。46Sc 这种人工放射性同位素可以当作 射线源或者示踪原子，还可以用来对恶性肿瘤进行放射治疗。还有像钇镓钪石榴石激光器，氟化钪玻璃红外光导纤维，电视机上钪涂层的阴极射线管之类的用途简直不知凡几，看来钪生来就和光明有缘呢。钷（Pm） 【p】（1）可作热源。为真空探测和人造卫星提供辅助能量。（2）Pm147 放出能量低的 射线，用于制造钷电池。作为导弹制导仪器及钟表的电源。此种电池体积小，能连续使用数年之久。此外，钷还用于便携式 X-射线仪、制备荧光粉、度量厚度以及航标灯中。
