稀(xi)土是(shi)化(hua)(hua)學周期表中鑭系元素和鈧(kang)、釔共十七種金(jin)屬元素的總(zong)稱(cheng)，自然界中有250種稀(xi)土礦。稀(xi)土是(shi)從18世紀(ji)末開始(shi)陸續發現的，當時(shi)人們常把不溶于水的固體氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)物稱(cheng)為(wei)(wei)土，例如(ru)，將氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)鋁稱(cheng)為(wei)(wei)陶(tao)土，氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)鈣稱(cheng)為(wei)(wei)堿土等。稀(xi)土一般是(shi)以(yi)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)物狀態分離出來的，當時(shi)比較(jiao)稀(xi)少，因而(er)得名為(wei)(wei)稀(xi)土。

　　稀土也被稱為“工(gong)業黃金”和“工(gong)業維(wei)生素(su)(su)”，這表明它對(dui)工(gong)業的重要(yao)性。稀土的使用也經(jing)歷(li)了從(cong)初(chu)級(ji)到高級(ji)的階段。19世紀，人們開始(shi)用稀土制造煤(mei)氣燈(deng)罩(zhao)、火石(shi)等物品，但現在稀土被廣(guang)泛應用于電子、石(shi)化、冶金、機械、能源、農業、航空航天等領域。事實上，稀土離(li)我們不遠，稀土元素(su)(su)被用于我們常見的熒光燈(deng)、液晶(jing)電視、手機和電腦。

　　稀土(tu)元(yuan)素具有(you)特殊的(de)4f層電(dian)子(zi)(zi)結構(gou)，表現出(chu)許(xu)多光、電(dian)、磁(ci)(ci)的(de)特性(xing)。通過納米化(hua)后(hou)，稀土(tu)元(yuan)素又有(you)許(xu)多新特性(xing)，如(ru)小尺寸效(xiao)應(ying)、高比表面效(xiao)應(ying)、量子(zi)(zi)效(xiao)應(ying)、極(ji)強的(de)光電(dian)磁(ci)(ci)聲(sheng)性(xing)質(zhi)、超(chao)導(dao)性(xing)、高化(hua)學活性(xing)等，綜合性(xing)能大大提高，再(zai)通過摻雜或作為原料(liao)與其它材(cai)料(liao)組成(cheng)性(xing)能各(ge)異(yi)、品種繁多的(de)新型電(dian)子(zi)(zi)功能材(cai)料(liao)，如(ru)半導(dao)體材(cai)料(liao)、光電(dian)子(zi)(zi)材(cai)料(liao)、磁(ci)(ci)性(xing)材(cai)料(liao)、電(dian)子(zi)(zi)功能陶(tao)瓷(ci)材(cai)料(liao)、電(dian)能源材(cai)料(liao)、電(dian)子(zi)(zi)通訊(xun)材(cai)料(liao)，是電(dian)子(zi)(zi)信息產(chan)業不可或缺的(de)重要組成(cheng)部分。

　　這些材(cai)料已應(ying)用(yong)(yong)(yong)于眾多電子元器件行業(ye)的(de)(de)產品中，且(qie)已形成(cheng)一定的(de)(de)產業(ye)規模(mo)。因此(ci)，電子信息產業(ye)是稀土重要的(de)(de)中高端(duan)應(ying)用(yong)(yong)(yong)終端(duan)用(yong)(yong)(yong)戶(hu)。

　　在(zai)光(guang)電(dian)子材料中的應用

　　稀土在光(guang)(guang)電子產業(ye)有(you)眾(zhong)多的應用，其(qi)中涉及到光(guang)(guang)信息的產生(sheng)、調制、傳輸、儲存、顯示及其(qi)他應用。光(guang)(guang)電子材(cai)(cai)料(liao)主要分為光(guang)(guang)電功能(neng)晶(jing)體(ti)(ti)(ti)材(cai)(cai)料(liao)、光(guang)(guang)纖材(cai)(cai)料(liao)和顯示材(cai)(cai)料(liao)。光(guang)(guang)電功能(neng)晶(jing)體(ti)(ti)(ti)的種類眾(zhong)多，目前已形成一定產業(ye)規模的主要有(you)激光(guang)(guang)與(yu)非(fei)線性晶(jing)體(ti)(ti)(ti)、閃爍晶(jing)體(ti)(ti)(ti)、光(guang)(guang)學晶(jing)體(ti)(ti)(ti)(含(han)窗口、LED襯底(di)晶(jing)體(ti)(ti)(ti))等晶(jing)體(ti)(ti)(ti)材(cai)(cai)料(liao)。

　　稀土(tu)(tu)元素是光(guang)(guang)電子技術領(ling)域(yu)必不(bu)(bu)(bu)可(ke)(ke)少的(de)新材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)。不(bu)(bu)(bu)同的(de)稀土(tu)(tu)離子，由于其4f殼層電子數目(mu)的(de)變化(hua)，表現出不(bu)(bu)(bu)同的(de)性(xing)質和(he)具備不(bu)(bu)(bu)同的(de)用(yong)(yong)(yong)途，如La3+(4f0)，Gd+(4f7)，Lu3+(4f14)和(he)Y3+、Sc3+具有良好透光(guang)(guang)性(xing)，可(ke)(ke)作(zuo)(zuo)(zuo)為晶(jing)體(ti)的(de)基質;而(er)Pr3+，Nd3+，Er3+，Ho3+，Tm³+，Yb3+用(yong)(yong)(yong)作(zuo)(zuo)(zuo)激光(guang)(guang)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)激活(huo)離子，Ce3+，Eu³+，Eu2+，Tb3+，Dy3+用(yong)(yong)(yong)于發光(guang)(guang)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)。同一個稀土(tu)(tu)離子也(ye)能在各種光(guang)(guang)學材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)中發揮(hui)不(bu)(bu)(bu)同作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)，如Yb3+既可(ke)(ke)以作(zuo)(zuo)(zuo)為激光(guang)(guang)晶(jing)體(ti)的(de)激活(huo)離子，又可(ke)(ke)作(zuo)(zuo)(zuo)為紅外(wai)線和(he)可(ke)(ke)見光(guang)(guang)學材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)敏化(hua)劑。

　　發光(guang)(guang)機理：稀土元素原(yuan)子的(de)電(dian)子構型(xing)中存在(zai)4f軌道，當4f電(dian)子從(cong)高能(neng)級以輻射方式躍遷至低能(neng)級時(shi)就發出不同波長的(de)光(guang)(guang)。

　　在(zai)磁性材(cai)料中的應(ying)用(yong)

　　磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)性(xing)材(cai)料(liao)(liao)中的(de)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(也稱硬磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci))、軟磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)和(he)旋磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)等磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)性(xing)材(cai)料(liao)(liao)是信息產業的(de)重要功(gong)能材(cai)料(liao)(liao)。自從1966年以(yi)來，永(yong)(yong)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)材(cai)料(liao)(liao)中增(zeng)加了(le)一個新成員，它就是“稀(xi)土(tu)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)體(ti)”。稀(xi)土(tu)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)材(cai)料(liao)(liao)是將釤(shan)、釹混合(he)(he)稀(xi)土(tu)金(jin)屬(shu)與過渡金(jin)屬(shu)(如鈷、鐵等)組成的(de)合(he)(he)金(jin)，用粉末冶(ye)金(jin)方法壓型燒(shao)結，經磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)場(chang)充磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)后制得的(de)一種磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)性(xing)材(cai)料(liao)(liao)。稀(xi)土(tu)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)體(ti)優(you)異的(de)性(xing)能，不僅促(cu)進了(le)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)器件向小型化發(fa)展，提高了(le)產品的(de)性(xing)能，而且促(cu)使某些特殊器件的(de)產生，它的(de)出現為應用打開了(le)一扇全新的(de)大門，所(suo)以(yi)稀(xi)土(tu)永(yong)(yong)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)材(cai)料(liao)(liao)一出現，立即引(yin)起各國的(de)極(ji)大重視，發(fa)展極(ji)為迅速。

　　1970年代(dai)中期，第(di)一代(dai)稀土永(yong)磁體1-5型Sm-Co開始商(shang)業(ye)化(hua)生產。1970年代(dai)后期，第(di)二(er)代(dai)稀土永(yong)磁體高性(xing)能(neng)2-17型Sm-Co開發成功。

　　釹(nv)鐵(tie)硼永磁(ci)體是日本住友特(te)(te)殊金(jin)屬(shu)公(gong)(gong)司(si)(si)(si)(2007年并入日立金(jin)屬(shu)公(gong)(gong)司(si)(si)(si))和美(mei)國(guo)(guo)通用(yong)汽車公(gong)(gong)司(si)(si)(si)(后分離成Magnequench公(gong)(gong)司(si)(si)(si))于1983年最先(xian)研制成功的(de)(de)(de)。它的(de)(de)(de)磁(ci)能積比目前通常使用(yong)的(de)(de)(de)鐵(tie)氧體高(gao)十倍，是當今(jin)世界上磁(ci)性最強的(de)(de)(de)材料，有(you)(you)"磁(ci)王"之美(mei)譽。進(jin)入21世紀以來，由于中(zhong)國(guo)(guo)稀土永磁(ci)產業的(de)(de)(de)高(gao)速發展，使得(de)稀土永磁(ci)產業的(de)(de)(de)國(guo)(guo)際(ji)格局發生了重大變化(hua)。釹(nv)鐵(tie)硼物美(mei)價(jia)廉，應用(yong)越(yue)來越(yue)廣(guang)泛，但釤鈷(gu)永磁(ci)體(2-17型(xing)Sm-Co為(wei)主)獨特(te)(te)的(de)(de)(de)優勢(例如工(gong)作溫度高(gao)，溫度系數小，抗腐蝕強等)，仍(reng)然(ran)在(zai)軍工(gong)、航空航天等方(fang)面占有(you)(you)牢(lao)固的(de)(de)(de)地位。

　　在電子功能陶瓷材料中的應用

　　在電子陶瓷材料中(zhong)，稀(xi)土的電磁功(gong)能(neng)起了很大作用(yong)。目(mu)前人們開發成功(gong)的稀(xi)土陶瓷包(bao)括：

　　①電(dian)(dian)子陶瓷(ci)：主要包括壓(ya)電(dian)(dian)陶瓷(ci)(用于力、聲(sheng)、位置(zhi)速度(du)傳(chuan)感(gan)器，紅外(wai)傳(chuan)感(gan)器，電(dian)(dian)光敏感(gan)元件，各種壓(ya)電(dian)(dian)振(zhen)子和(he)換能(neng)器);微(wei)波介質陶瓷(ci)(用于微(wei)波通訊(xun)和(he)衛星通訊(xun)電(dian)(dian)容(rong)器)等(deng)。

　　②半(ban)導體陶瓷：半(ban)導體陶瓷具(ju)有獨特的(de)電學性(xing)能，同時還具(ju)有優良的(de)機械性(xing)能、熱(re)性(xing)能和良好的(de)化學穩(wen)定(ding)性(xing)。Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho或Er等稀土元素均可使BaTiO3陶瓷半(ban)導體化。

　　③智能化陶(tao)瓷：既能傳感磁性、溫度(du)和氣體(ti)，又像(xiang)介電(dian)(dian)元件那樣具(ju)有執行功能;在已(yi)發展的(de)傳感器和驅動器中(zhong)，陶(tao)瓷材料占有很(hen)大(da)一部份：如壓電(dian)(dian)、電(dian)(dian)聲、光電(dian)(dian)、熱(re)電(dian)(dian)、磁熱(re)、電(dian)(dian)致(zhi)(zhi)冷(leng)或(huo)磁致(zhi)(zhi)伸(shen)縮、相變、生(sheng)物、熱(re)電(dian)(dian)陶(tao)瓷等。

　　④鐵電(dian)陶瓷(ci)(ci)(ci)和反鐵電(dian)陶瓷(ci)(ci)(ci)：電(dian)致應變小，介(jie)電(dian)損耗低，適(shi)合制作高(gao)(gao)壓、高(gao)(gao)儲(chu)能密(mi)度、長工作壽命的(de)儲(chu)能電(dian)容器(qi)。此外(wai)，還有超(chao)導陶瓷(ci)(ci)(ci)、光學陶瓷(ci)(ci)(ci)、納米陶瓷(ci)(ci)(ci)等。

　　鋯鈦酸鉛PbTiO3壓(ya)電陶瓷簡(jian)稱PZT陶瓷，是壓(ya)電陶瓷材料中用(yong)得最(zui)多(duo)最(zui)廣的(de)一種。通(tong)過添加Nb、La、Sb、Cr、Mn等元(yuan)素來改性，可以制成(cheng)許(xu)多(duo)不同用(yong)途的(de)PZT型壓(ya)電陶瓷。

　　在(zai)電能源材料中(zhong)的應用

　　稀(xi)土(tu)(tu)功能材料(liao)和稀(xi)土(tu)(tu)摻(chan)雜(za)在電(dian)(dian)化學(xue)儲能領域有著廣泛的應用，通(tong)過稀(xi)土(tu)(tu)離子(zi)摻(chan)雜(za)、稀(xi)土(tu)(tu)離子(zi)包覆電(dian)(dian)極(ji)材料(liao)，穩定了電(dian)(dian)極(ji)材料(liao)結構、改善電(dian)(dian)極(ji)材料(liao)電(dian)(dian)子(zi)電(dian)(dian)導率、離子(zi)擴散，能夠有效提升電(dian)(dian)極(ji)材料(liao)的電(dian)(dian)化學(xue)性能。稀(xi)土(tu)(tu)離子(zi)的電(dian)(dian)負(fu)性和離子(zi)尺寸是調節鋰離子(zi)電(dian)(dian)池和超(chao)級電(dian)(dian)容器電(dian)(dian)極(ji)材料(liao)性能的關(guan)鍵因素(su)。

　　在信息通訊(xun)領域(yu)中的(de)應用

　　大規模(mo)集(ji)成(cheng)(cheng)電(dian)(dian)(dian)路在(zai)信息通訊領(ling)域(yu)具有廣(guang)泛的(de)(de)(de)應用。隨著電(dian)(dian)(dian)子技術向(xiang)高(gao)性能(neng)、多功能(neng)、大容量、微型(xing)化方向(xiang)發(fa)展，半導體(ti)芯片集(ji)成(cheng)(cheng)度越來(lai)越高(gao)，晶體(ti)管尺寸越來(lai)越小，傳統的(de)(de)(de)SiO2柵(zha)介質(zhi)薄(bo)膜(mo)就(jiu)會存在(zai)漏電(dian)(dian)(dian)甚至絕(jue)緣失效的(de)(de)(de)問(wen)題(ti)，目前采(cai)用鉿、鋯及稀(xi)土(tu)改性的(de)(de)(de)稀(xi)有金屬氧化物(wu)薄(bo)膜(mo)解決核心漏電(dian)(dian)(dian)問(wen)題(ti)。如(ru)果進(jin)一(yi)步(bu)降低線寬，則需采(cai)用更(geng)高(gao)介電(dian)(dian)(dian)常數的(de)(de)(de)稀(xi)土(tu)柵(zha)介質(zhi)材料。

　　參考資料：

　　1、稀土(tu)在電子功能材料領域(yu)的應(ying)用;楊麗，張文燦，郭(guo)詠等著。

　　2、稀土元素在光電子技術領域中的應(ying)用(yong)，洪廣信著。

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