新型稀土功能材料的发展前景

1、新型稀土功能材料的发展前景新型稀土功能材料的发展前景 苏锵苏锵中山大学化学与化工学院中山大学化学与化工学院 中国科学院长春应用化学研究所，中国科学院长春应用化学研究所，稀土化学与物理开放实验室稀土化学与物理开放实验室我国开展稀土功能材料研发的有利条件我国开展稀土功能材料研发的有利条件我国具有世界上最丰富的稀土资源我国具有世界上最丰富的稀土资源，量大而价廉，量大而价廉，广东省还广东省还具有我国特有的以钇族稀土为主的离子吸附型矿。具有我国特有的以钇族稀土为主的离子吸附型矿。稀土元素的数目众多，多达稀土元素的数目众多，多达1717个个，（从镧到镥的，（从镧到镥的1515个镧系元个镧系元素加上钪和钇）

2、，约占周期表全部元素的素加上钪和钇），约占周期表全部元素的1/71/7，是一片尚待，是一片尚待研究开发的领域。研究开发的领域。稀土功能材料的研究历史还不长稀土功能材料的研究历史还不长，2020世纪世纪4040年代解决了纯稀年代解决了纯稀土的分离问题以后，才能对它们的功能进行研究。土的分离问题以后，才能对它们的功能进行研究。在短短的在短短的5050多年间，已发现稀土具有特异的物理和化学性能多年间，已发现稀土具有特异的物理和化学性能, ,，特别是具有特异的光、电、磁和催化性能特别是具有特异的光、电、磁和催化性能，往往用，往往用“巨或巨或庞庞( (giantgiant或或colossal)”colo

3、ssal)”的字眼来形容一些具有破记录性能的字眼来形容一些具有破记录性能的稀土材料，如巨磁电阻材料、巨磁致伸缩材料、巨磁致的稀土材料，如巨磁电阻材料、巨磁致伸缩材料、巨磁致冷材料和巨磁光旋转材料等，因此，冷材料和巨磁光旋转材料等，因此，在国际上把稀土称为在国际上把稀土称为2121世纪的新材料。世纪的新材料。我国已成为国际上生产、出口和应用稀土的大国我国已成为国际上生产、出口和应用稀土的大国，已具备了已具备了比其他国家更优越的物质条件来从事稀土的研究和开发应比其他国家更优越的物质条件来从事稀土的研究和开发应用。用。完全有能力和可能迎头赶上，把资源优势转化为技术完全有能力和可能迎头赶上，把资源优势

4、转化为技术优势和经济优势。优势和经济优势。 近期内将出现突破的稀土功能材料近期内将出现突破的稀土功能材料(1)不使用汞作为激发源，彻底排除光污染的绿色照明光源。基不使用汞作为激发源，彻底排除光污染的绿色照明光源。基于于GaN半导体的节能、耐用、小型化的白光照明光源。使用半导体的节能、耐用、小型化的白光照明光源。使用价格更低、含量价格更低、含量比铽和铕更多的稀土如镝和钆的发光材料。比铽和铕更多的稀土如镝和钆的发光材料。 (2) 全固化、微型化、多波段、多功能的稀土激光材料，用于国全固化、微型化、多波段、多功能的稀土激光材料，用于国防与通讯。防与通讯。(3) 为增进人类健康，便于医疗诊断和获得更清

5、晰的透视图像，为增进人类健康，便于医疗诊断和获得更清晰的透视图像，稀土将在荧光免疫分析、核磁成像、计算机断层成像、高能稀土将在荧光免疫分析、核磁成像、计算机断层成像、高能射线探测材料等方面取得应用。射线探测材料等方面取得应用。(4) 由稀土配合物或聚合物组成的重量轻、大屏幕的全色电致发由稀土配合物或聚合物组成的重量轻、大屏幕的全色电致发光薄膜显示器；使用钇铝石榴石单晶投影管的投影电视光薄膜显示器；使用钇铝石榴石单晶投影管的投影电视; 以等以等离子体作激发源和稀土作发光材料的离子体作激发源和稀土作发光材料的PDP彩色电视，场发射彩色电视，场发射显示器，用于高清晰度、悬挂式大屏幕彩色电视。显示器，

6、用于高清晰度、悬挂式大屏幕彩色电视。(5) 在光通讯中使用传输损耗更低的稀土光纤和用于光信号放大在光通讯中使用传输损耗更低的稀土光纤和用于光信号放大的光纤放大器，体积小的波导放大器及光信息存储等新型的的光纤放大器，体积小的波导放大器及光信息存储等新型的稀土信息材料。稀土信息材料。(6) 稀土镍氢电池用于电动工具、电动汽车和便携式电源。稀土镍氢电池用于电动工具、电动汽车和便携式电源。(7) 作为调节汽车的燃料作为调节汽车的燃料/空气比的二氧化铈和测氧用的稀土传空气比的二氧化铈和测氧用的稀土传感器及含稀土的汽车感器及含稀土的汽车尾气催化剂将更广泛地进入市场。尾气催化剂将更广泛地进入市场。(8)(8

7、)新一代的磁能积更高、抗腐蚀、居里温度高、温度系数小新一代的磁能积更高、抗腐蚀、居里温度高、温度系数小的稀土永磁材料将面世。的稀土永磁材料将面世。(9)(9)巨磁致伸缩材料将在声纳、超声发生，微型机械和传感等巨磁致伸缩材料将在声纳、超声发生，微型机械和传感等方面获得广泛的应用。方面获得广泛的应用。(10)(10)新型磁致冷材料用于制造绿色磁冰箱代替目前使用氟氯烷新型磁致冷材料用于制造绿色磁冰箱代替目前使用氟氯烷烃的破坏臭氧层的电冰箱。烃的破坏臭氧层的电冰箱。(11)(11)新型稀土巨磁电阻材料制成高信息存储密度的驱动器。新型稀土巨磁电阻材料制成高信息存储密度的驱动器。(12)(12)稀土高温超

8、导材料进入应用阶段稀土高温超导材料进入应用阶段( (超导悬浮用于高速转子超导悬浮用于高速转子和储能飞轮的磁性轴和储能飞轮的磁性轴承、交通运输，高温超导薄膜用于微承、交通运输，高温超导薄膜用于微波集成电路和高频器件等波集成电路和高频器件等) )。(13)(13)全部使用稀土的固体氧化物燃料电池将可能用作移动的或全部使用稀土的固体氧化物燃料电池将可能用作移动的或固定的电站。固定的电站。 光学材料光学材料稀土发光材料稀土发光材料 研究我国含量丰富而价廉的镝和钆等稀土离子作为研究我国含量丰富而价廉的镝和钆等稀土离子作为激活剂的发光材料；激活剂的发光材料； 利用缺陷作还原剂的新方法在空气下制备低价稀土利

9、用缺陷作还原剂的新方法在空气下制备低价稀土发光材料；发光材料； 照明用的稀土发光材料：照明用的稀土发光材料： 节能灯用的稀土三基色发光材料；节能灯用的稀土三基色发光材料； 高压汞灯用的稀土发光材料；高压汞灯用的稀土发光材料； GaNGaN半导体白光二极管用的稀土发光材料；半导体白光二极管用的稀土发光材料； 节能的长余辉弱光照明材料；节能的长余辉弱光照明材料； 利用光子劈裂达到量子效率大于利用光子劈裂达到量子效率大于100的无汞荧光的无汞荧光灯发光材料；灯发光材料； 显示用的稀土发光材料：显示用的稀土发光材料： 阴极射线激发的彩电用的稀土发光材料；阴极射线激发的彩电用的稀土发光材料； 真空紫外激

10、发的等离子体彩电用的发光材料；真空紫外激发的等离子体彩电用的发光材料；场发射显示用的稀土发光材料；场发射显示用的稀土发光材料； 有机薄膜电致发光的稀土材料。有机薄膜电致发光的稀土材料。 用于红外探测的稀土上转换发光材料；用于红外探测的稀土上转换发光材料； 医疗用和高能粒子探测用的医疗用和高能粒子探测用的X射线光激励发光射线光激励发光材料和闪烁晶体材料；材料和闪烁晶体材料； 含低价稀土的光信息存储用的长余辉材料和光含低价稀土的光信息存储用的长余辉材料和光谱烧孔材料；谱烧孔材料； 光学集成用的硅等半导体薄膜中掺稀土的电致光学集成用的硅等半导体薄膜中掺稀土的电致发光材料。发光材料。稀土发光材料用于照

11、明稀土发光材料用于照明使用掺使用掺Dy3+ 发光材料的汞灯发光材料的汞灯白光二极管荧光粉的合成与应用Alkaline earth Aluminate LLP doped with Eu2+, Dy3+LLP ceramics and glasses with green, yellow and red colors 稀土发光材料用于阴极射线显示屏稀土发光材料用于阴极射线显示屏稀土光存储材料稀土光存储材料 利用利用BaFBr:Sm2+, Sm3+等材料的光谱烧孔进行等材料的光谱烧孔进行光存储。光存储。 利用稀土长余辉材料与光激励长余辉现象在硼利用稀土长余辉材料与光激励长余辉现象在硼硅酸锌玻璃中实

12、现光信息的写入、存储、读出硅酸锌玻璃中实现光信息的写入、存储、读出和擦除。和擦除。A: original glass plate Optical storage in long-lasting phosphorescent glass The transparent LLP glass for optical memory (20 15 1 mm)The information is written in the glass by the irradiation 254 nm and stored in it The stored information is read out by thei

13、rradiation of 366 nm, visible or IR light B: two-dimensional storage in glass 稀土在医疗和健康科技中的应用稀土在医疗和健康科技中的应用1. 稀土在免疫分析中的应用稀土在免疫分析中的应用2. 稀土在医学影像中的应用稀土在医学影像中的应用2.1 作为磁共振成像作为磁共振成像(MRI)的造影剂：的造影剂：Gd-DTPA2.2 作为作为X线增感屏：线增感屏：BaFCl:Eu2+2.3 作为作为X线线CT的成像板的成像板: BaFBr :Eu2+ 2.4 作为单光子发射断层成像作为单光子发射断层成像(SPECT)的的 照相机探

14、头。用照相机探头。用YAlO3:Ce3+闪烁体与位置灵敏光电倍增管结合，组成闪烁体与位置灵敏光电倍增管结合，组成5英寸英寸直径的直径的 照相机。用于早期胸部肿瘤射线检查。照相机。用于早期胸部肿瘤射线检查。2.5 作为正电子发射断层成像作为正电子发射断层成像(PET)探测器的闪烁晶体，所使用探测器的闪烁晶体，所使用的放射性核素是发射正电子的的放射性核素是发射正电子的11C,13N,15O, 18F,常用的同位素常用的同位素示踪剂是用示踪剂是用18F合成得到的脱氧葡萄糖合成得到的脱氧葡萄糖FDG，用以生成器官用以生成器官葡萄糖新陈代谢变化率功能图像。用葡萄糖新陈代谢变化率功能图像。用13N合成得到

15、的氨合成得到的氨(NH3)示踪剂，用于生成器官血流率功能图像。示踪剂，用于生成器官血流率功能图像。2.6 稀土在健康防护中的应用：检查射线剂量的固体剂量器。稀土在健康防护中的应用：检查射线剂量的固体剂量器。CaSO:Dy3+等。等。稀土在免疫分析中的应用稀土在免疫分析中的应用 合成合成Eu3+、 Tb3+、 Sm3+等稀土离子的双等稀土离子的双功能基团螯合物。常用的双功能基团螯功能基团螯合物。常用的双功能基团螯合剂有：异硫氰酸苄基合剂有：异硫氰酸苄基-乙二胺四乙酸，乙二胺四乙酸，二乙烯三胺五乙酸酐，二乙烯三胺五乙酸酐，N-（异硫氰酸苄异硫氰酸苄基基）-二乙烯三胺四乙酸，氨基苯基二乙烯三胺四乙酸

16、，氨基苯基-EDTA，1-对对-重氮苯基重氮苯基-EDTA等。等。 用于标记蛋白质，抗原或抗体，靶细胞。用于标记蛋白质，抗原或抗体，靶细胞。用时间分辨荧光免疫法测定半抗原、蛋用时间分辨荧光免疫法测定半抗原、蛋白质类化合物，可作为核酸探针分析、白质类化合物，可作为核酸探针分析、细胞活性分析等。细胞活性分析等。稀土闪烁体稀土闪烁体高能物理实验用闪烁体高能物理实验用闪烁体 用作电磁量能器上的高能粒子探测材料。如用作电磁量能器上的高能粒子探测材料。如CeF3曾曾作为西欧核子中心的大型强子对撞机作为西欧核子中心的大型强子对撞机(LHC)的首选探的首选探测材料。测材料。医学成像技术用闪烁体医学成像技术用闪

17、烁体 用于医疗成像设备（如用于医疗成像设备（如CT, SPECT, PET等）。医用等）。医用闪烁体的年需求量在闪烁体的年需求量在175 吨以上。吨以上。Lu 的原子量在稀的原子量在稀土中最重，因而吸收能力较强，辐射长度较短，故可土中最重，因而吸收能力较强，辐射长度较短，故可减小探测器的体积。但目前减小探测器的体积。但目前Lu2SiO5:Ce的单晶生长困的单晶生长困难，只能获得小尺寸的、缺陷较多的单晶，光输出的难，只能获得小尺寸的、缺陷较多的单晶，光输出的稳定性差，价格昂贵，还需进一步研究。稳定性差，价格昂贵，还需进一步研究。 发展多晶陶瓷闪烁体代替单晶材料用于医疗成像设备发展多晶陶瓷闪烁体代

18、替单晶材料用于医疗成像设备是一重要的解决方案。是一重要的解决方案。电子俘获材料电子俘获材料Lu 闪烁体 密度 g/cm3 光产额 光子/MeV发射峰 nm 衰减时间 nsLu2SiO5:Ce7.42700042040LuPO4:Ce6.21300036024Lu3Al5O12:Ce6.673000/ 11000 300/ 500100Lu3Al5O12: Sc6.6722400275610LuAlO3:Ce8.34960038011/28稀土激光材料稀土激光材料 全固化、微型化、多波段、多功能的稀土激光材料全固化、微型化、多波段、多功能的稀土激光材料: : 稀土光纤放大器：在光纤通讯中波长为稀

19、土光纤放大器：在光纤通讯中波长为1.3和和1.5 m的的Nd 、Pr、Dy和和Er的的光纤放大材料，光纤放大材料，1.6 1.6 m 的的TmTm的光纤放大材料，的光纤放大材料，Er的激光波导放大材料等；的激光波导放大材料等； 稀土微片激光材料；稀土微片激光材料； 室温下使用的稀土上转换激光材料；室温下使用的稀土上转换激光材料； 稀土自倍频材料；稀土倍频晶体和紫外激光晶体材稀土自倍频材料；稀土倍频晶体和紫外激光晶体材料。料。 激光手术刀用稀土激光材料（如激光手术刀用稀土激光材料（如HoHo3+3+激光器）；激光器）； 激光惯性约束核聚变点火用的稀土激光材料（如激光惯性约束核聚变点火用的稀土激光

20、材料（如YbYb3+3+激光器）。激光器）。 钕激光器用于核聚变钕激光器用于核聚变美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的美国国家点美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的美国国家点火装置火装置(NIF)工程耗资工程耗资34.5亿美元，于亿美元，于2008年年建成，由建成，由400 x400mm的的192束激光组成，总束激光组成，总激光输出激光输出1.8MJ(脉宽脉宽3-10ns)。该工程于该工程于2003年的重要技术突破之一是大幅度降低了钕玻年的重要技术突破之一是大幅度降低了钕玻璃连熔工业化生产的造价。璃连熔工业化生产的造价。我国正在运行的神光我国正在运行的神光II为为8束束 200mm激光激光, 总总输出能量

21、为输出能量为6KJ(1ns)。预计在预计在2001-2006年建年建成神光成神光III原型，为原型，为8束束 300 x 300mm激光，激光，总输出能量为总输出能量为20KJ(1ns)。光通讯用光学材料光通讯用光学材料 光信号传输损耗低的含镧的全氟光纤光信号传输损耗低的含镧的全氟光纤。 光信号调制用的稀土磁光调制材料；磁光偏转光信号调制用的稀土磁光调制材料；磁光偏转材料，光学隔离器和起偏材料材料，光学隔离器和起偏材料(YVO4晶体晶体)等。等。 由此可见，新型稀土光学材料在发展由此可见，新型稀土光学材料在发展21世纪的世纪的信息产业方面具有重大作用，在光信号的产生、信息产业方面具有重大作用，

22、在光信号的产生、调制、传输、放大、存储和显示等方面都需要调制、传输、放大、存储和显示等方面都需要使用稀土。使用稀土。 有机发光材料，有机有机发光材料，有机/无机杂化材料，稀土离子无机杂化材料，稀土离子的电致发光性能，的电致发光性能，OLED 和和 PLED 稀土具有优异的光，电，磁性能，而有机和高分子稀土具有优异的光，电，磁性能，而有机和高分子材料又易于加工成纤维，薄膜和各种异型，并具有材料又易于加工成纤维，薄膜和各种异型，并具有一些特殊功能，二者结合起来可发展成一类新型的一些特殊功能，二者结合起来可发展成一类新型的功能材料如稀土的全色显示发光薄膜，光转换农膜功能材料如稀土的全色显示发光薄膜，

23、光转换农膜等。等。 稀土有机发光材料的发光稀土有机发光材料的发光,在国内研究最多的是稀在国内研究最多的是稀土与土与 -二酮，二酮，1,10-邻菲罗啉和联吡啶的配合物。邻菲罗啉和联吡啶的配合物。 用溶胶凝胶法制备有机用溶胶凝胶法制备有机/无机杂化材料，由于共无机杂化材料，由于共价键的生成，提高了热稳定性。价键的生成，提高了热稳定性。 稀土配合物以共价键接合的薄膜或介孔材料，例如，稀土配合物以共价键接合的薄膜或介孔材料，例如，与与MCM-41结合，作为结构探针测定介孔结构。结合，作为结构探针测定介孔结构。OLED 和和 PLED 国内制得发射红、绿、蓝或白光的有机国内制得发射红、绿、蓝或白光的有机

24、发光二极管。发窄线蓝光的发光二极管。发窄线蓝光的OLED掺掺 Tm3+。 发白光的发白光的OLED掺掺Dy3+。 Eu3+结合在聚合物链中，旋涂制得聚合结合在聚合物链中，旋涂制得聚合物发光二极管物发光二极管 PLED。 掺稀土的半导体掺稀土的半导体 1. 掺掺Er3+的的 Si/SiO2或多孔硅或多孔硅 Si ; 2. 掺稀土的掺稀土的III-V 族半导体，如族半导体，如GaN 或或 AlN 3. 掺掺Er3+的材料引人注目，因它在光通的材料引人注目，因它在光通信和光电子器件中有潜在的应用。信和光电子器件中有潜在的应用。稀土磁性材料稀土磁性材料 稀土永磁材料稀土永磁材料 稀土素有稀土素有“永磁

25、王永磁王”之称，在之称，在20世纪使磁能积增大了世纪使磁能积增大了100倍。倍。 研究稀土与研究稀土与3d过渡元素的金属间化合物及与非金属（过渡元素的金属间化合物及与非金属（B B、C C、N N等）形成的镶嵌化合物的合成；研究纳米软磁与硬磁复等）形成的镶嵌化合物的合成；研究纳米软磁与硬磁复合的新磁体；研究磁有序的起源和计算居里温度的可能性，合的新磁体；研究磁有序的起源和计算居里温度的可能性，从而探索高饱和磁化强度、高磁能积、高居里温度、低温从而探索高饱和磁化强度、高磁能积、高居里温度、低温度系数和耐腐蚀的新一代永磁材料。度系数和耐腐蚀的新一代永磁材料。 使用高温超导体制得的永磁体已接近使用高

26、温超导体制得的永磁体已接近8T饱和磁化强度，磁能饱和磁化强度，磁能积达积达1600MG Oe（12800 KJ m-1），），是最好的是最好的Nd2Fe14B永永磁体的磁体的30倍，主要的缺点是需在倍，主要的缺点是需在80K低温下操作。低温下操作。 致冷材料致冷材料 磁致冷材料磁致冷材料可分为可分为20K的低温区的致冷材料和室温区的致冷材料的低温区的致冷材料和室温区的致冷材料, 前者前者使用稀土的顺磁盐使用稀土的顺磁盐,后者使用稀土的铁磁物质。前者利用在后者使用稀土的铁磁物质。前者利用在磁场作用下和绝热去磁时在磁有序温度附近产生很大的熵磁场作用下和绝热去磁时在磁有序温度附近产生很大的熵变而达到

27、磁致冷。使用变而达到磁致冷。使用Gd3Ga5O12，Dy3Al5O12等石榴石和等石榴石和c轴的铝酸盐轴的铝酸盐ErAlO3等顺磁盐等顺磁盐12以及以及(Dy0.5Er0.5)Al2, Ho1.5Er1.5Ru, (ErAl2)0.312(HoAl2)0.198(Ho0.5Dy0.5Al2)0.490等铒等铒基金属间化合物。近年工作重点放在室温区的致冷，由于基金属间化合物。近年工作重点放在室温区的致冷，由于GdGd的居里温度接近室温（的居里温度接近室温（TcTc=293K=293K）, , 在在8 8T T磁场时，磁场时， 磁熵磁熵的变化的变化 S SM M高达高达13.713.7J/Kg.K

28、, J/Kg.K, 故大部工作是使用故大部工作是使用GdGd及其金及其金属间化合物，例如：属间化合物，例如：GdGd5 5SiSi2 2GeGe2 2, , 其磁卡效应是其磁卡效应是GdGd 的两倍；的两倍； LaLa1-x1-xCaCax x MnO MnO3 3 (x=0.2, 0.33(x=0.2, 0.33）, ,具有比具有比GdGd大的磁熵变化大的磁熵变化, , 在相同的在相同的1.51.5T T的磁场时的磁场时, , x=0.2x=0.2的的 S SM M为为5.5 5.5 J/Kg. K, J/Kg. K, 而而GdGd为为4.2 4.2 J/Kg.K, J/Kg.K, 近年，发

29、现不含近年，发现不含GdGd的磁致冷材料的磁致冷材料La-Fe-La-Fe-SiSi。 储氢制冷材料储氢制冷材料 利用稀土储氢材料吸氢和放氢过程中的吸热和放利用稀土储氢材料吸氢和放氢过程中的吸热和放热也可用于致冷和空调，日本在热也可用于致冷和空调，日本在1993年在新阳年在新阳光计划的支持下，为了有效利用工业区的废热，光计划的支持下，为了有效利用工业区的废热，加强了储氢材料在热能利用方面的研究与开发。加强了储氢材料在热能利用方面的研究与开发。目前，三洋（目前，三洋（Sanyo）利用利用LaNi5基的储氢材料基的储氢材料可冷却至可冷却至-20 C 。光学制冷材料光学制冷材料 最近又发现利用激光在

30、真空时照射掺最近又发现利用激光在真空时照射掺Yb3+的氟锆酸盐玻的氟锆酸盐玻璃纤维，利用其三能级系统，可使温度从璃纤维，利用其三能级系统，可使温度从298K冷至冷至282K，降低了降低了16K，由此建立了固态光学制冷器（由此建立了固态光学制冷器（Los Alamos Solid State Optical Refrigerator LASSOR），），根据使用的需要，既可制成根据使用的需要，既可制成10-100W的容量，也可制的容量，也可制成毫瓦级的小制冷器以冷却小的电子元件。光学制冷成毫瓦级的小制冷器以冷却小的电子元件。光学制冷器的优点是没有活动部件，故没有震动，其寿命决定器的优点是没有活动

31、部件，故没有震动，其寿命决定于激光二极管的寿命于激光二极管的寿命 。稀土巨稀土巨Kerr磁光旋转材料磁光旋转材料 Kerr磁光旋转可用于信息的存储。磁光旋转可用于信息的存储。1996年发现了年发现了Kerr磁光旋转达磁光旋转达90 的的CeSb晶体，使用的波长晶体，使用的波长是是0.46eV。虽然它也存在需要低温虽然它也存在需要低温(1.5K)和大和大磁场磁场(5T)，需要使用单晶和需要使用红外波长需要使用单晶和需要使用红外波长而不宜于高密度记录等缺点，但此发现揭开了而不宜于高密度记录等缺点，但此发现揭开了研究这类材料新的一页。当改为多晶和薄膜时，研究这类材料新的一页。当改为多晶和薄膜时，磁光

32、旋转将减小，但它也可能用于场控的光开磁光旋转将减小，但它也可能用于场控的光开关和光隔离器。关和光隔离器。 稀土伸缩材料稀土伸缩材料 稀土巨磁致伸缩材料稀土巨磁致伸缩材料 一些具有高磁致伸缩和低各向异性场的二元或多一些具有高磁致伸缩和低各向异性场的二元或多元 稀 土 金 属 间 化 合 物 ， 例 如元 稀 土 金 属 间 化 合 物 ， 例 如； （TbxDy1-x)Fe2Terfenol-D，可用于制备智可用于制备智能机翼的传动器件能机翼的传动器件, 抗振的阻尼和优良的水下抗振的阻尼和优良的水下电声器件如声纳等，电声器件如声纳等，90年代发展了巨磁致伸缩年代发展了巨磁致伸缩薄膜薄膜如如(Tb

33、0.3Dy0.7)Fe2正伸缩材料和正伸缩材料和SmFe负伸负伸缩材料缩材料作为微传动元件，可制成微型泵、线作为微传动元件，可制成微型泵、线性超声马达等机械，具有输出能量高、可远距性超声马达等机械，具有输出能量高、可远距离操作、按装简单等优点。离操作、按装简单等优点。 稀土光致伸缩材料稀土光致伸缩材料 在光通讯中传输声音数据时，需将编码的光脉冲在光通讯中传输声音数据时，需将编码的光脉冲转换为电信号，最后再将电信号转换为机械能转换为电信号，最后再将电信号转换为机械能然后恢复为声音，这些步骤使信息交换的速度然后恢复为声音，这些步骤使信息交换的速度变慢。利用光致伸缩材料变慢。利用光致伸缩材料如掺入少

34、量氧化钨如掺入少量氧化钨的钛锆酸铅镧陶瓷材料的钛锆酸铅镧陶瓷材料(PLZT)可直接使光能可直接使光能转变为动能而产生声音。虽然不经放大时目前转变为动能而产生声音。虽然不经放大时目前所产生的声音太弱，但光致伸缩材料有可能用所产生的声音太弱，但光致伸缩材料有可能用于提高信息交换速度于提高信息交换速度 。存储材料存储材料稀土磁存储材料稀土磁存储材料 研究二元或多元稀土金属间化合物如研究二元或多元稀土金属间化合物如GdFeCoGdFeCo, , TbFeCoTbFeCo, , TbFeCoAlTbFeCoAl等，探找可实现垂直磁化的，等，探找可实现垂直磁化的，抗氧化的，长寿命的抗氧化的，长寿命的(40

35、(40年年) )新型磁记录材料以新型磁记录材料以提高存储密度提高存储密度(100 (100 Gbit/inGbit/in2 2) )和存储速度。和存储速度。 稀土巨磁电阻材料稀土巨磁电阻材料 近年，对近年，对La1-xCaxMnO3等钙钛矿型化合物的巨磁电阻性等钙钛矿型化合物的巨磁电阻性能引起了广泛的兴趣能引起了广泛的兴趣,有可能用以扩大计算机硬盘的容有可能用以扩大计算机硬盘的容量和制成磁驱动开关以降低集成电路的能源消耗。为量和制成磁驱动开关以降低集成电路的能源消耗。为此，急需研究稀土金属间化合物此，急需研究稀土金属间化合物, 混价金属的铁磁性的混价金属的铁磁性的钙钛矿化合物和复合物的巨磁电阻

36、性能和产生机理，钙钛矿化合物和复合物的巨磁电阻性能和产生机理，探找在低磁场强度和室温下可供使用的巨磁电阻材料。探找在低磁场强度和室温下可供使用的巨磁电阻材料。 稀土电学材料稀土电学材料 稀土固体电解质稀土固体电解质 研究稀土与研究稀土与V, Cr, Mo, W, Fe, Co, Ni, Bi, Ga, Mg, Li, Ag 等等形成的层状化合物形成的层状化合物(如钙钛矿型的复合氧化物，研究不如钙钛矿型的复合氧化物，研究不等价离子取代所形成的化合物及非化学计量化合物中等价离子取代所形成的化合物及非化学计量化合物中存在的缺陷对导电性质的影响，开展缺陷化学的研究。存在的缺陷对导电性质的影响，开展缺陷

37、化学的研究。研究阳离子的电子构型，未成对电子数，自旋状态，研究阳离子的电子构型，未成对电子数，自旋状态，价态，原子间距，晶场强度和原子簇的形成对导电性价态，原子间距，晶场强度和原子簇的形成对导电性的影响规律。提供固体氧化物燃料电池、磁流体发电的影响规律。提供固体氧化物燃料电池、磁流体发电和传感器和传感器(如气敏传感器，超净钢冶炼用的如气敏传感器，超净钢冶炼用的O,S,P,N传感传感器器)等所需的固体电解质和电极材料。探找在较低温度等所需的固体电解质和电极材料。探找在较低温度下的电导率优于下的电导率优于1000高温使用时的高温使用时的YSZ(用氧化钇稳用氧化钇稳定的氧化锆定的氧化锆)作为固体电解

38、质，制备薄而致密的薄膜，作为固体电解质，制备薄而致密的薄膜，制备低极化度的电极，促成制备低极化度的电极，促成21世纪的热效率最高的固世纪的热效率最高的固体氧化物燃料电池体氧化物燃料电池(或电站或电站)新能源的建立和在电动汽车新能源的建立和在电动汽车中的应用。中的应用。 稀土高温超导材料稀土高温超导材料 稀土新超导材料可分三类：稀土新超导材料可分三类：(1) 高温、高场超导材料高温、高场超导材料(包括金属包括金属间化合物与层状铜酸盐间化合物与层状铜酸盐)；(2) 含有定域磁矩的超导材料和含有定域磁矩的超导材料和(3) 重费米子超导材料。重费米子超导材料。(1)(1) 在高温、高场的金属间化合物超

39、导体中，过去保持最高记在高温、高场的金属间化合物超导体中，过去保持最高记录的是录的是Nb3Ge, 其其Tc23 K和和Hc2(0)38 T；最近发现稀土最近发现稀土中的中的YPd5B3C0.3(Tc23 K), 快淬的快淬的YPd2B2C(Tc21 K, Hc2(0)10T), 已接近已接近Nb3Ge的水平。在稀土层状铜酸盐的的水平。在稀土层状铜酸盐的研究方面，首先发现空穴掺杂型的高温超导体研究方面，首先发现空穴掺杂型的高温超导体La2 -xBaxCuO4(x0.15)的的Tc30 K，超过了超过了Nb3Ge，接着又发接着又发现现Tc进入液氮温区进入液氮温区(92-95 K)的的RBa2Cu3

40、O7-x，随后又发现随后又发现电子掺杂型的超导体电子掺杂型的超导体Ln2-xMx CuO4-y(Ln=Pr, Nd, Sm, Eu; M=Ce, Th; x=0.1-0.18; y=0.02)。(2) 含有定域磁矩的超导材料表现出明显的超导电性和磁性的含有定域磁矩的超导材料表现出明显的超导电性和磁性的交互作用，如交互作用，如RRh4B4, RMo6S8, RMo6Se8等化合物都是超等化合物都是超导电性和导电性和R磁矩的反铁磁有序共存的；还有一种是具有磁磁矩的反铁磁有序共存的；还有一种是具有磁场诱导的超导电性化合物如场诱导的超导电性化合物如EuEu0.750.75SnSn0.250.25MoM

41、o6 6S S7.27.2SeSe0.80.8。(3) 重费米子超导材料如重费米子超导材料如CeCu2Si2。 YBa2Cu3O7-x高温超导磁悬浮高温超导磁悬浮稀土储氢材料稀土储氢材料 日本自日本自1989年使密封的稀土镍氢电池商品化以后，年使密封的稀土镍氢电池商品化以后，发展非常迅速，发展非常迅速，1995年初的产量已达年初的产量已达3亿亿1千万个，千万个，大部使用混合稀土的镍合金，其中的镍部分用大部使用混合稀土的镍合金，其中的镍部分用Co, Al, Mn取代。取代。 纳米镍氢合金；用于纳米镍氢合金；用于-40 C的低温电池。的低温电池。并用于氢的纯制。并用于氢的纯制。 用于制冷。用于制冷

42、。稀土电极材料稀土电极材料 稀土钼或钨电极代替具有放射性的、脆性大的钍稀土钼或钨电极代替具有放射性的、脆性大的钍钨电极，用于电子管阴极中。钨电极，用于电子管阴极中。 稀土镍氢电池用于电动汽车稀土镍氢电池用于电动汽车新型稀土材料研究中的几个科学问题新型稀土材料研究中的几个科学问题 研究稀土内研究稀土内4f电子的运动规律是探找新型稀土材料的理论基电子的运动规律是探找新型稀土材料的理论基础。础。(1) 研究研究4f电子在不同能级之间的跃迁规律是发展新型稀土光电子在不同能级之间的跃迁规律是发展新型稀土光学材料的基础。包括研究辐射和非辐射跃迁几率，光谱强学材料的基础。包括研究辐射和非辐射跃迁几率，光谱强度理论，能量传递理论、晶场理论、扩展至高能区的度理论，能量传递理论、晶场理论、扩展至高能区的Dieke能级图与量子剪裁等。能级图与量子剪裁