稀土與我們的日常生活——第十四期“科學(xué)家與媒體面對(duì)面”

大眾對(duì)稀土的不正確認(rèn)識(shí)

稀土不稀，稀土也不是土，而是17個(gè)元素的總稱。一聽(tīng)稀土，大家慣以為是單一的一個(gè)元素，實(shí)際上是一組元素，是17個(gè)元素的總稱，是元素周期表57-71號(hào)的15個(gè)鑭系元素，再加上和它性質(zhì)相近的21號(hào)和39號(hào)的總稱。17個(gè)元素里面有個(gè)钷的元素，是合成的元素，實(shí)際上自然界是不存在的。有人認(rèn)為稀土有放射性，實(shí)際上只有钷有放射性，在自然中它是不存在的，其他的稀土元素沒(méi)有放射性。

稀土的特點(diǎn)，它的電子層結(jié)構(gòu)跟別的元素有不太一樣的地方，有個(gè)4f電子層，外面的電子是一樣的，它的性質(zhì)非常接近。莊衛(wèi)東教授用了比較通俗的話給大家做了解釋，即在周期表中別的元素都是一個(gè)元素占一格，只有鑭系元素是15個(gè)占一格。

其實(shí)，我們?cè)谏钪锌吹降暮芏嗟臇|西都和稀土有關(guān)系，但是稀土不像煤和石油屬于高能耗的能源，它只用一點(diǎn)點(diǎn)，就可以起到非常大的作用。

稀土在眾多領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用

稀土可以應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。那么稀土各個(gè)元素的應(yīng)用情況是怎樣的呢？鑭主要用在石油裂化催化劑里、高折射率玻璃。鈰主要用于汽車尾氣凈化器和發(fā)光材料，釹最主要用在磁性材料里，釤也是磁性材料，銪最主要用在發(fā)光材料里，釓在發(fā)光材料里也有很重要的應(yīng)用，鋱一個(gè)是發(fā)光材料，還能用在磁性材料里，鏑也在磁性材料當(dāng)中有重要的應(yīng)用，鉺在發(fā)光材料里有重要的應(yīng)用，鐿在催化劑中也有應(yīng)用，釔在熒光粉里有重要的應(yīng)用，還有一些合金里。

在我們的日常生活中，我們?cè)瓉?lái)看到的黑白電視，自有了稀土發(fā)光材料之后便看到了彩色電視，同樣計(jì)算機(jī)的顯示器也要用到發(fā)光材料。照明也是如此，原來(lái)沒(méi)有稀土之前也可以照明，后來(lái)的日光燈自有了稀土以后，在光效、顯色效果以及各種各樣的裝飾效果等方面也都有很大改善，讓照明進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)代。還有照相機(jī)、望遠(yuǎn)鏡，包括看到的一些工業(yè)、生活上的顯微鏡，包括手機(jī)、紡織品，用稀土去染色，色彩非常鮮艷，不同的陽(yáng)光下有不同的顏色。像化妝品，過(guò)去曾有過(guò)一些爭(zhēng)議，實(shí)際上化妝品的稀土應(yīng)用是非常有益的，用到防曬霜上，可以把紫外線轉(zhuǎn)為紅外線，減少紫外線對(duì)皮膚的灼傷，還有增白的效果。稀土還在家具、燃料、油漆、玻璃、催化劑里還有一些建材上都可以應(yīng)用。節(jié)能光源也都是含有稀土的，比如LED燈，看起來(lái)形狀像白熾燈，實(shí)際上光效比目前所有的光源都要高得多，比白熾燈高了十幾二十倍。

除此之外，稀土跟我們生活的方方面面還有怎樣的關(guān)聯(lián)呢？像我們的電梯，電梯的電機(jī)，用的稀土永磁材料，叫做永磁電機(jī)，它的好處就是效率高。在汽車中，越是高檔汽車，現(xiàn)在用稀土材料用得越多，普通車用20到40多個(gè)永磁電機(jī)，高檔車用70-80多個(gè)永磁電機(jī)，包括雨刷電機(jī)、轉(zhuǎn)向器等等，還有電車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、自行車，甚至還有電池，動(dòng)力電池、鎳氫電池這些等等都需要用到這些材料。在飛機(jī)輪船上，包括其他的高科技方面，也要用到。在輪船上，用到永磁電機(jī)，一些潛艇、電動(dòng)的船，污染沒(méi)有過(guò)去柴油機(jī)推動(dòng)的船那樣大，且沒(méi)有噪聲。稀土對(duì)大家的日常生活帶來(lái)了非常多的影響，在它發(fā)現(xiàn)以前大家也能生活，但在它發(fā)現(xiàn)以后我們的生活更精彩。

稀土的未來(lái)發(fā)展前景

稀土在永磁材料、發(fā)光材料、催化材料、貯氫材料四大領(lǐng)域怎么發(fā)展呢？在場(chǎng)的三位教授也就此給我們做了介紹。

稀土永磁材料，現(xiàn)在最大的應(yīng)用量在電機(jī)上。凡是我們的風(fēng)電電機(jī)，包括各種風(fēng)機(jī)、動(dòng)力、機(jī)床，所有動(dòng)的地方都需要電機(jī)。稀土永磁電機(jī)的效果就是體積小，而且效率高。

在風(fēng)電節(jié)能方面，風(fēng)電是國(guó)家發(fā)展的方向，也是新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，一臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，1.5mW需要一噸左右的稀土。在國(guó)防方面，主要用于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的各類陀螺儀、加速度計(jì)、力矩電機(jī)等核心慣性測(cè)量元件，這些測(cè)量元件主要是對(duì)于采集量程，精確度很大，都是用永磁材料的性能和穩(wěn)定性決定的。在慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中，主要利用慣性測(cè)量裝置測(cè)量飛機(jī)、艦船、導(dǎo)彈等運(yùn)載體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)（速度、加速度、角位移、角速度等等），計(jì)算出實(shí)際運(yùn)動(dòng)的軌跡，使打擊度更高?，F(xiàn)在幾乎所有的彈上都用這種慣性導(dǎo)航的系統(tǒng)。雖然有些導(dǎo)航系統(tǒng)不是用稀土永磁材料的，但是稀土永磁材料占的量是比較大的，因?yàn)樗芨蓴_比較小。這也是今后的發(fā)展方向，電驅(qū)動(dòng)船用動(dòng)力系統(tǒng)還有一個(gè)重要的應(yīng)用，就是在雷達(dá)微波通訊電子站上，稀土永磁材料主要用于行波管、磁控管、調(diào)速管等器件，這些器件中，主要用于像脈沖磁控管廣泛用于引導(dǎo)、火控、測(cè)高、機(jī)載、艦載、氣象等各種雷達(dá)功能。永磁材料是稀土最主要的應(yīng)用，發(fā)光也是很重要的應(yīng)用，它早期是最重要的稀土應(yīng)用方向。它的特點(diǎn)是使用重稀土，主要起到激活劑的作用。發(fā)光領(lǐng)域最主要的應(yīng)用是兩大領(lǐng)域，第一就是顯示，氧化釔銪和硫氧化釔用于熒光，主要用液晶電視。

朱明剛教授講到對(duì)稀土另一個(gè)重要的用途就是作為稀土貯氫材料。稀土貯氫材料其最大的用處在電池，我們現(xiàn)在生活中所用的五號(hào)電池、七號(hào)電池、充電電池，大部分是鎳氫電池，這種材料是上世紀(jì)六十年代飛利浦公司發(fā)現(xiàn)的，具有優(yōu)異的貯氫性能。理論上它的容量可以達(dá)到372毫安/小時(shí)·克。目前來(lái)講，稀土貯氫材料已經(jīng)發(fā)展到了第三代，作為第一代來(lái)講，它的循環(huán)壽命也就是五百次左右。但是第一代現(xiàn)在是比較成熟的。

今后的發(fā)展，當(dāng)然貯氫電池大有用武之地，包括我們的照相機(jī)里的一些電池，還有一些鋰電池，當(dāng)然鋰電池有最重要的問(wèn)題沒(méi)有解決，就是它的安全性，要是鎳氫電池，稀土的這種電池，就沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題。

稀土作為貯氫材料，還可應(yīng)用在將來(lái)的電動(dòng)汽車上，電動(dòng)汽車最主要要解決的是兩個(gè)問(wèn)題，一個(gè)是驅(qū)動(dòng)電機(jī)，需要用到永磁材料，再有就是電池，作為稀土貯氫電池來(lái)講，其具有很大的發(fā)展?jié)摿Α，F(xiàn)在研究新的電池，要求自放電低。下一代電池，自放電率將非常少，像一節(jié)放電率低的鎳氫電池可以充電使用一千到兩千次，相當(dāng)于一千到兩千節(jié)的干電池。這個(gè)節(jié)能效果，從環(huán)保、節(jié)能的角度講都是很可觀的。

另外，莊衛(wèi)東教授在談到催化材料時(shí)表示，催化材料主要是一些輕稀土，目前主要使用的是鈰和鑭，對(duì)稀土的平衡利用很有益處。稀土催化材料應(yīng)用的最大方面是石油煉制催化，還有汽車尾氣催化，這兩方面都占有很大的用量。還有固體氧化物燃料電池，他們可以做分布式發(fā)電，比如谷歌的大樓就是采用的氧化物燃料電池，就用到了稀土材料。

如今稀土越來(lái)越緊俏，競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，現(xiàn)場(chǎng)記者也向?qū)＜姨岢鲫P(guān)于是否有可能找到一些替代的材料？朱明剛教授回答了記者的提問(wèn)。稀土是一個(gè)很重要的行業(yè)，尤其是跟它相關(guān)的中下游的產(chǎn)業(yè)，都是綠色產(chǎn)業(yè)，我們希望變成綠色產(chǎn)業(yè)，稀土和它相關(guān)的產(chǎn)業(yè)，是朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，一定有很大的發(fā)展空間。另外稀土的應(yīng)用，一定會(huì)使我們的生活變得更加美好，使我們的世界更美好。當(dāng)然，我們也要解決稀土發(fā)展中存在的一些問(wèn)題，我們的稀土產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景還是非常樂(lè)觀的、光明的。

會(huì)上，張安文秘書長(zhǎng)最后總結(jié)說(shuō)：“稀土是一個(gè)很重要的行業(yè)，尤其是跟它相關(guān)的中下游的產(chǎn)業(yè)，完全是綠色產(chǎn)業(yè)，我們希望變成綠色產(chǎn)業(yè)，稀土和它相關(guān)的產(chǎn)業(yè)，是朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，一定有很大的發(fā)展空間。另外稀土的應(yīng)用，一定會(huì)使我們的生活變得更加美好，使我們的世界更美好。當(dāng)然，我們也要解決稀土發(fā)展中存在的一些問(wèn)題，我們的稀土產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景還是非常樂(lè)觀的、光明的。”

專家簡(jiǎn)介

莊衛(wèi)東：北京有色金屬研究總院稀土發(fā)光材料專家，教授級(jí)高工，博士生導(dǎo)師，承擔(dān)國(guó)家重大稀土科技攻關(guān)項(xiàng)目。中國(guó)稀土學(xué)會(huì)發(fā)光專業(yè)委員會(huì)副主任委員，中國(guó)物理學(xué)會(huì)發(fā)光分會(huì)委員，中國(guó)金屬學(xué)會(huì)冶金物化分會(huì)委員，中國(guó)稀土學(xué)報(bào)（中英文版）編委，RARE METALS編委，北京有色金屬研究總院科學(xué)技術(shù)委員會(huì)委員、學(xué)位評(píng)定委員會(huì)委員。

朱明剛：教授，博士生導(dǎo)師。現(xiàn)任鋼鐵研究總院功能所磁性材料基礎(chǔ)研究室主任,國(guó)家科技部、工信部稀土專項(xiàng)“十二五”規(guī)劃編寫組成員。國(guó)家863項(xiàng)目、國(guó)家自然基金項(xiàng)目、北京市、浙江省、湖南省、河北省自然基金項(xiàng)目評(píng)審專家?！段锢韺W(xué)報(bào)》與“Chinese Physics”（中國(guó)物理）等國(guó)內(nèi)外核心期刊備案審稿專家，中國(guó)實(shí)驗(yàn)室國(guó)家認(rèn)可委員會(huì)備案技術(shù)專家。

張安文：中國(guó)稀土學(xué)會(huì)副秘書長(zhǎng)，教授級(jí)高工，長(zhǎng)期從事稀土科研及管理工作，多次參與稀土產(chǎn)業(yè)及科技發(fā)展重大軟課題編寫工作。多次主持稀土科研、生產(chǎn)、涉及重大課題和專項(xiàng)工作?；I備建立了國(guó)家發(fā)改委立項(xiàng)的稀土冶金及功能材料國(guó)家工程中心并擔(dān)任首任主任，參與組建和管理國(guó)內(nèi)大型稀土企業(yè)集團(tuán)——內(nèi)蒙古稀土集團(tuán)并擔(dān)任領(lǐng)導(dǎo)職務(wù)，組織和管理實(shí)施稀土院承擔(dān)的國(guó)家“九五”、“十五”重大稀土科技攻關(guān)項(xiàng)目。