稀土元素钇及其应用

稀土元素钇及其应用 钇是人类发现的第一个稀土元素。1987年，业余矿物学家、瑞典陆军中尉阿累尼乌斯(C.A.Arrhenius)在斯德哥尔摩附近一个名叫伊特比(Yteerby)的小村捡到一块他从未见到过的象沥青一样的黑色矿石，就借用这个村名将其命名为Yteerite(实际为硅铍钇矿)。时隔7年后的1794年，芬兰化学家加多林(J.Gadolin)声称从这种矿物中发现了一种新元素“钇土”，将其命名为Yteelium(钇)。大家都把1794年算作人类发现稀土的起始年。其实，当初加多林发现的“钇土”只不过是“钇组稀土”混合氧化物。科学家后来又从中相继发现了镱、铒、铽等重稀土元素。 钇位于元素周期 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 中?B族，但它不是“镧系家族”成员。其原子量为88.9，金属比重仅为4.47,而镧系元素中铽以后的金属比重均在8以上，也就是说钇比镧系金属轻得多。但钇的离子半径(0.9)却与铽(0.923)、镝(0.912)、钬(0.901)等非常接近，使其化学性质更接近重稀土元素。在自然界中钇与其它重稀土元素总是共生在一起。由于钇的地壳丰度较高(30ppm)，在稀土家族中仅次于铈、镧、钕等轻稀土元素，远高于其他重稀土元素，又是第一个被发现，也就理所当然地成为重稀土家族的“族长”。钇组重稀土通常包括钇和铽镝钬铒铥镱镥等八个成员。重稀土矿的名称通常也以钇作为代表，如磷钇矿、褐钇铌矿、高钇离子型矿和中钇富铕离子型矿等，都是以钇为主要成分的重稀土矿。我国不但拥有储量居世界第一的内蒙古白云鄂博轻稀土矿山，还拥有南岭地区我国特有的重稀土资源，我国氧化钇工业储量达22万吨，占世界总储量51万吨的43%，也居世界首位。 由于自然界重稀土资源远少于轻稀土，按照“物以稀为贵”的原则，重稀土价值普遍高于轻稀土，限制了重稀土的广泛应用。但钇由于资源充足，性能优异，成为重稀土家族中用途最为广泛的一员。 金属钇是镁、铝、钛等有色金属的优良净化剂和改性添加剂。钇镁合金拥有良好的高温机械性能和优异的高温抗氧化性能，可用作航空、航天、家用电器和机器人等方面的结构 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 。日本开发出具有高强度、高延展性、耐热、质轻的含钇2%的镁合金，声称是世界上强度最高的镁合金，其强度至少是普通镁合金的2.5倍。在其横截面积为1平方毫米的合金丝上挂60千克的重物也不会变形，同时具有高强度和高延展性。众所周知，稀土硅铁镁中间合金是生产球墨铸铁的球化剂，如果采用钇基重稀土合金作为球化剂，由于钇具有优良的抗球化衰退作用，特别适合于生产水轮机主轴等大断面球铁铸件。但这种稀土合金有时是钇和铽镝等稀缺重稀土的混合物，用起来总让人感到可惜。 钇最为广泛的用途还是各种功能材料。在发光材料、激光材料、高温超导材料和精密陶瓷材料等领域中钇都显示出特别优异的性能。 20世纪60年代，以铕为激活剂、钇化合物为基质材料的红色荧光粉诞生，包括铕激活的钒酸钇(YVO4?Eu3+)、氧化钇(Y2O3?Eu3+)和硫氧化钇(Y2O2S?Eu3+)红色荧光粉很快被应用于彩色电视显象管(CRT)中，解决了彩电三基色中红色不纯正的难 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，使彩电画面的色彩质量产生飞跃性提高，能够更加逼真地再现五光十色的大千世界。尽管目前等离子和液晶等新型彩电不断涌现，但由于CRT技术成熟，性能不断改进提高，至今在高清晰度彩电和计算机显示器中仍拥有很大市场。以钇为基质材料的多种红色荧光粉还被用于新型电光源和平面显示，如稀土三基色红色荧光粉(Y2O3?Eu3+)，已被广泛应用于各种紧凑型和直管型稀土节能灯，用于取代钨丝白炽灯，可节电80%，而且照物色彩不失真，被称为新型绿色节能照明产品。这类红色荧光粉还被用于等离子平面显示，即当前十分流行的壁挂式等离子彩电。也被用于投影电视用红色荧光粉(Y2O3??Eu3+)。钇还被用于长余辉荧光材料，如以铥为激活剂的硫氧化钇(Y2O2S?Tm3+)制得的橙黄色长余辉荧光粉，以钐为激活剂的硫氧化钇(Y2O2S?Sm3+)红色长余辉荧光粉，都可用于夜间自发光显示器件。 钇铝石榴石(Y3Al5O12，简称YAG)是用途十分广泛的一类晶体材料。掺钕钇铝石榴石(YAG?Nd)激光晶体具有良好的光学均匀性，机械强度高，物化性能稳定，导热系数高，激光性能良好及生长工艺成熟等优点，在室温下可实现连续脉冲运转，是目前固体激光材料中用量最大的激光晶体。广泛用于激光打孔与焊接、激光测距、激光制导和医用激光手术刀等方面，已是军用固体激光技术的支柱材料。掺钕硼酸钇钡YBa3(BO3)3?Nd+3等新型激光晶体，可产生1060nm波长的激光输出。用其制成的固体激光器可用于光谱学、生物医学、军事等诸多领域。钇铝石榴石还被用作荧光材料，如以铽为激活剂，以钇铝镓石榴石为主要基质的绿色荧光粉被用于投影电视。 在最新型的照明技术——半导体照明(LED)中，钇也能派上用场。可以被蓝光有效激发的发黄光的铈激活的稀土石榴石荧光体(Y，Gd)3(Al,Ga)5O12?Ce3+与蓝色InGaN LED芯片相结合，可实现新型半导体照明——白光LED，我国采用这种荧光体制作白光LED的技术已达到了国际先进水平。 氧化钇是固体电解质和精密陶瓷的优良稳定剂。用氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)用途十分广泛。把氧化钇固溶于氧化锆中，可以消除材料加热冷却时由于相变膨胀收缩引起的破坏。含Y2O38%的YSZ已被用作固体氧化物燃料电池(SOFC)的电解质。钇还被用做这种燃料电池的多孔阳极Ni-(Zr，Y)O2-X。这种固体燃料电池可以用柴油、煤气为燃料发电，电能转化效率高达60%以上，被看作是继水电、火电和核电之后第四代发电技术，其中SOFC最具代表性。一旦在工业上大量推广，将成为钇的一大消费领域。氧化钇稳定四方结构的氧化锆可以与二硫化钼制备自润滑陶瓷复合材料。该材料具有团聚少，烧结活性高，均匀性好和摩擦系数与磨损系数小的优良特性。 用钇稳定的氧化锆制作的人造钻石，俗称锆钻，具有优异的硬度和光学性质。在氧化锆中添加16%氧化钇，在2800?高温下抽成单晶就成为有名的“苏联钻”，其折射率2.14，和真钻2.4很接近，硬度达8.2度，可轻而易举地切割玻璃，十分接近天然钻石，用其制作的仿真钻石饰品几乎可以以假乱真。 在高温结构陶瓷氮化硅(Si3N4)加入4%~8%的Y2O3作为致密助剂，可以大大增强陶瓷材料的强度和韧性，这种具有优良耐磨和耐冲击韧性的陶瓷材料可用于燃汽涡轮发动机、耐磨另部件、切削金属刀头刀具等方面。在氧化锆基结构陶瓷中加入Y2O3，也可明显提高材料性能，被用作制备发动机缸套。在氮化铝(AlN)导热陶瓷中加入Y2O3，由于形成了钇铝石榴石(Y3Al5O12)相，使片状AlN的热导率比Al2O3高7倍，可用作晶体管和二极管优质散热基片。 20世纪80年代，钇钡铜氧(YBCO)高温超导材料的诞生，引发了世界性稀土高温超导材料的研发热潮，但由于材料的稳定性问题，一直未能工业化大量使用。2004年，我国采用钇钡铜氧高温超导薄膜研制成功的CDMA移动通信用高温超导滤波器系统，使钇钡铜氧高温超导材料在我国首次获得实际应用，并使我国成为继美国之后第二个实现超导滤波器在移动通信中应用的国家，标志着稀土高温超导技术已经进入应用时代。这种滤波器具有十分理想的滤波性能，比传统金属滤波器大大提高了系统的灵敏度和选择性。用于CDMA移动通信基站，信号损耗少，手机发射功率降低为原来的一半左右，可以显著提高基站的接收灵敏度，增强抗干扰能力，改善通话质量，扩大基站的覆盖范围，增加通信容量，同时大大降低微波对人体健康的影响。它还能应用于卫星通信、信息战武器装备等微波工作领域。 纯钒酸钇晶体是长距离光纤通讯用优质材料，是性能极佳的双折射晶体，具有双折射率大、透过率高、透光波段范围宽、抗潮解和易加工等特点，可广泛应用于光纤传输的无源器件中，使传输光信号增大约十倍，提升信号强度，补偿了传输损耗。钇还被用于光学玻璃，如在具有高折射、低色散性能的镧系光学玻璃中加入氧化钇(5%~15%)，可以抑制晶化(失透)倾向，提高材料的使用稳定性。国外还开发出一种掺钇光子晶体光纤，比现有的掺钇双包层阶梯折射率光纤的性能更好，可以实现光纤激光器更大的输出功率，并允许掺杂光敏材料以制作光纤光栅，从而可制作紫外激光器。日本科学家开发出掺钕钇铝石榴石或 钒酸钇(YVO4)激光—金纳米粒子彩色标记技术，根据金纳米粒子直径大小不同而发出红、蓝、金等各种颜色的性质，利用激光照射产生不同颜色图案的标记技术，可用于汽车标印及手表表盘原创 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 等方面。 钇的放射性同位素钇,90可用于治疗淋巴肿瘤，利用其释放的射线可以与抗癌药物单克隆抗体联合，形成“交叉火力”，深入肿瘤内部杀死癌细胞。比单独药物治疗效果更为显著。因放射线释放仅在放射源周围5毫米范围内，对正常组织的损害比较小。 附录:稀土元素家族系列档案——钇 钇 元素符号Y 英文名称Yttrium 原子序数39 相对原子质量(12C = 12.0000) 88.91 发现年代 1794年 发现人 J. Gadolin (芬兰) 原子半径(?): 2.27 离子半径(?): 0.9 原 共价半径(?): 1.62 氧化态: 3 子 原子体积/cm3/mol: 19.8 电子构型: 1s2 2s2p6 3s2p6d10 4s2p6d1 5s2 结 构 物理性状态:银白色金属。 熔点(?):1526 沸点(?): 3338 质 比热(J/gK):0.3 密度(g/cc，300K):4.47 熔化热(KJ/mol): 11.4 蒸发热(KJ/mol):363 导电率(106/cm ): 0.0166 导热系数(W/cm K ):0.172 太阳(相对于 H=1×1012): 125 地质 地壳丰度(ppm.) 30 数据 海水中(ppm.) 9 × 10-6 矿产资工业矿物: 主要产地 源 离子型稀土矿 中国江西、广东、福建、湖南、广西等 磷钇矿 马来西亚、中国广西 澳大利亚东西海岸海滨沙矿 独居石(Monazite ) 印度西南海滨沙、中国广东和台湾海滨沙 (CeLaTh)PO4(轻稀土) 铈铌钙钛矿 俄罗斯托姆托尔碳酸岩风化壳稀土矿床 中国江西离子型稀土矿 国外代表性稀土矿 配分 龙南 信丰 寻乌 马来西亚磷钇矿 澳大利亚独居石 Y % 64.90 24.26 10.07 61.87 2.41 应用领金属、合金 钢铁改性剂与有色金属合金添加剂 域 稀土彩电荧光粉、三基色灯用荧光粉、等离子显示荧光粉、固体激光晶体、氧化物 功能陶瓷、精密结构陶瓷、通讯光纤、光学玻璃、人造宝石等 与无机盐 放射性同位素 放射医疗