新材料的寵兒

前言

眾所周知，火的使用和工具的發(fā)明開啟了人類使用能源和材料的歷史進程，促進了人類的進化，推動了人類文明進步。時至今日，能源和材料已成為人類生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎，決定著人類文明的發(fā)展方向。它們的發(fā)展給全球經(jīng)濟、政治以及精神文化帶來了前所未有的變革，也使全球的生態(tài)環(huán)境傷痕累累。開發(fā)綠色能源，發(fā)明新型材料，建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會已迫在眉睫。    2012年，中國將啟動《國家能源發(fā)展戰(zhàn)略》編制工作，提出我國能源發(fā)展的總體方略和戰(zhàn)略規(guī)劃。但是，目前市場上還沒有一套詳細介紹新能源、新材料方面內(nèi)容的高新技術科普叢書。為了引導讀者，特別是廣大青少年更好地認識和了解新能源和新材料，明確我國的能源現(xiàn)狀和材料科學的創(chuàng)新成果，增強開發(fā)高新技術的意識，激發(fā)他們?yōu)楦咝录夹g事業(yè)奉獻的信心和決心，培養(yǎng)他們的民族自信心和創(chuàng)新精神。向青少年普及新能源和新材料的相關知識和發(fā)展動態(tài)，必將吸引和鼓勵更多青少年熱愛科學，獻身科學，積極投身能源和材料事業(yè)，發(fā)明更多低碳、綠色的新型材料，使我國能源結構合理，為創(chuàng)造我們可持續(xù)發(fā)展的綠色家園做出更大的貢獻。    “高新技術科普叢書”，由國內(nèi)知名材料學專家、西北師范大學博士生導師莫尊理教授擔任叢書總主編，西北師范大學等高校的教授、博士生導師擔任編委，叢書各冊的作者均為相關領域的專家、學者。他們熱愛科學、朝氣蓬勃、學風嚴謹、勤奮探索，以真摯的情感和對人類社會持續(xù)發(fā)展的使命感，用樸實而又不失優(yōu)美的文筆嚴肅認真地編撰了本套叢書。    本套叢書作為新材料、新能源的科普讀物，宗旨鮮明，風格獨特，系統(tǒng)性強，認真探討了人類與能源材料和諧的發(fā)展歷程和方向。與一般科普讀物相比，具有如下鮮明的特點：一是內(nèi)容豐富時代感強，本叢書共18個分冊，緊扣當前能源、材料發(fā)展的困境，以新能源、新材料方面最新的研究成果及翔實的資料為基礎，用通俗易懂的文字分別敘述了與人類生存、發(fā)展最密切的各種新能源和新材料，構成了一個完整的知識體系。另外，本套叢書多視角，多層次、全方位介紹了材料和能源領域的基礎知識和發(fā)展動態(tài)，深入淺出地展示了材料和能源的發(fā)展腳步?！渡裢◤V大的第三金屬》《新材料的寵兒：稀土》向你展示第三金屬和稀土的魅力；《高新科技的特種鋼》《取之不盡的太陽能》《持續(xù)不斷的風電新能源》《可再生能源：生物質(zhì)能》《又愛又恨是核能》《待開發(fā)的地熱能》《清潔能源：氫能》《未來無害新能源可燃冰》《無限豐富的海洋能》讓你盡情領略能源的豐饒和開發(fā)前景；《異彩紛呈的功能膜》《節(jié)能減排的新動力電池》《無處不在的碳纖維》《邀游太空的航天材料》《改變世界的信息材料》《比人聰明的智能材料》《神奇的人體修復材料》向你呈現(xiàn)新型材料的發(fā)展動態(tài)以及帶給我們生活的變化。二是時尚流行的編創(chuàng)，本叢書語言流暢、深入淺出，配有大量精美的圖片，圖文并茂、通俗易懂，加上擴充知識面的小百科，使讀者朋友全面了解新材料、新能源并享受著它們帶來的無限魅力。    20世紀80年代以來，人們逐步認識到必須永續(xù)利用地球資源，改善地球的生態(tài)環(huán)境才能實現(xiàn)人類的可持續(xù)發(fā)展。我們應統(tǒng)一規(guī)劃、合理開發(fā)能源，積極開發(fā)新能源、新材料，促進人類與自然界的和諧共處與協(xié)調(diào)發(fā)展。希望這套凝聚著策劃者、組織者、編撰者、設計者、編輯者等工作者辛勤汗水和心血的“高新科技科普叢書”能給那些熱愛科學，倡導低碳、綠色、可持續(xù)發(fā)展的人們以驚喜和收獲，并對我國的能源和材料事業(yè)做出貢獻。衷心祝愿應時代所需而出版的高新科技科普叢書能得到讀者的青睞。

內(nèi)容概要

《高新技術科普叢書?新材料的寵兒:稀土》內(nèi)容豐富時代感強，共分18個分冊，緊扣當前能源、材料發(fā)展的困境，以新能源、新材料方面最新的研究成果及翔實的資料為基礎，用通俗易懂的文字分別敘述了與人類生存、發(fā)展最密切的各種新能源和新材料，構成了一個完整的知識體系。另外，此書多視角，多層次、全方位介紹了材料和能源領域的基礎知識和發(fā)展動態(tài)，深入淺出地展示了材料和能源的發(fā)展腳步。語言流暢、深入淺出，配有大量精美的圖片，圖文并茂、通俗易懂，加上擴充知識面的小百科，使讀者朋友全面了解新材料、新能源并享受著它們帶來的無限魅力。

書籍目錄

第一章 十七個兄弟的大家庭 第一節(jié) 發(fā)現(xiàn)稀土元素 一、“釔”的破石而出 二、谷神星的紀念——“鈰”的發(fā)現(xiàn) 三、其他兄弟的出現(xiàn) 第二節(jié) 脾性相投的伙伴們 一、活潑好動的好孩子 二、如何排座位——鑭系收縮 第三節(jié) 都是好樣的 第二章 稀土真的“稀”嗎？ 第一節(jié) 稀土不“稀” 一、中國稀土資源 二、世界稀土資源 第二節(jié) 稀土從何而來 一、孕育稀土的溫床 二、獨占鰲頭的中國稀土 第三節(jié) 稀土是如何煉成的 一、難舍難分的兄弟情 二、捕捉稀土兄弟的蹤影 三、磨刀不誤砍柴工 四、以柔克剛 五、稀土金屬的制備 第四節(jié) 各有神通的兄弟們 第五節(jié) 純粹的無盡探索——高純稀土 一、高純稀土生產(chǎn)狀況 二、高純稀土的應用前景 第三章 稀土兄弟的性格 第一節(jié) 性格從何而來？ 一、原子結構與電子排布 二、稀土元素在元素周期表中的位置 三、稀土元素的電子層結構特點與價態(tài) 第二節(jié) 刨根問底show強項 一、稀土元素的化學性質(zhì) 二、稀土金屬晶體的結構 三、優(yōu)良電學表現(xiàn) 四、會發(fā)光的精靈 五、吸磁專家 第三節(jié) 稀土元素的材料學性能及應用 一、稀土金屬的力學性能 二、稀土金屬的工藝學性能 三、稀土元素特征的材料學應用 第四章 稀土與他的“拍檔” 第一節(jié) 組成各異的氧化物 一、稀土氧化物的類型 二、稀土氧化物的結構 三、物理特性 四、化學特性 五、稀土氧化物的制備 六、幾種常見有稀土氧化物 第二節(jié) 形式多樣的氫氧化物 一、物理性質(zhì) 二、化學性質(zhì) 三、制備 第三節(jié) 使用方便的鹵化物 一、類型 二、物理特性 三、制備 第四節(jié) 潛能無限的配合物 一、獨特的配位本領 二、配合物的類型 三、愛發(fā)光的配合物 四、精干的“配合”別動隊 第五章 Hold不住的神奇發(fā)光本領 第一節(jié) 我能發(fā)光，你能嗎？ 一、不聽話的4f電子 二、追根溯源——能級與光譜 三、神采各異的光 第二節(jié) 時代變遷話熒光 一、你家的電視機是彩色的嗎？ 二、白熾燈泡的終結者 三、夢幻般的夜晚美景 第三節(jié) 動感激光 一、激光哪里來 二、獨步天下的激光武器 第四節(jié) 長余輝材料 二、長余輝原理 二、會發(fā)光的手表 …… 第六章 全能“套磁”王 第七章 價格波動的背后——稀土戰(zhàn)略 第八章 給力的稀土家庭發(fā)展規(guī)劃 參考文獻

章節(jié)摘錄

版權頁：   插圖：   （四）釹（Nd） 釹元素憑借其在稀土領域中的獨特地位，多年來成為市場關注的熱點。金屬釹的最大用戶是釹鐵硼永磁材料。釹鐵硼永磁體的問世，為稀土高科技領域注入了新的生機與活力。釹鐵硼磁體磁能積高，被稱作當代“永磁之王”，以其優(yōu)異的性能廣泛用于電子、機械等行業(yè)。阿爾法磁譜儀的研制成功，標志著我國釹鐵硼磁體的各項磁性能已跨人世界一流水平。釹還應用于有色金屬材料。在鎂或鋁合金中添加1.5％～2.5％釹，可提高合金的高溫性能、氣密性和耐腐蝕性，廣泛用作航空航天材料。另外，摻釹的釔鋁石榴石產(chǎn)生短波激光束，在工業(yè)上廣泛用于厚度在10mm以下薄型材料的焊接和切削。在醫(yī)療上，摻釹釔鋁石榴石激光器代替手術刀用于摘除手術或消毒創(chuàng)傷口。釹也用于玻璃和陶瓷材料的著色以及橡膠制品的添加劑。隨著科學技術的發(fā)展，稀土科技領域的拓展和延伸，釹元素將會有更廣闊的利用空間。 磁鐵 古希臘人和中國人發(fā)現(xiàn)自然界中有種天然磁化的石頭。稱其為“吸鐵石”。磁鐵不是人發(fā)明的，有天然的磁鐵礦，最早發(fā)現(xiàn)及使用磁鐵的可能是中國人。四大發(fā)明之一“司南”就是磁鐵。磁鐵的成分是鐵、鈷、鎳等。其原子結構特殊，原子本身具有磁矩。一般的這些礦物分子排列混亂，磁區(qū)互相影響就顯不出磁性。但是在外力（如磁場）導引下分子排列方向趨向一致，就顯出磁性，也就是俗稱的磁鐵。鐵鈷鎳是最常用的磁性物質(zhì)。 基本上磁鐵分永久磁鐵與軟鐵。軟磁加上電流（也是一種加上磁力的方法），等電流去掉后，軟鐵會慢慢失去磁性。永久磁鐵是加上強磁使磁性物質(zhì)的自旋與電子角動量成固定方向排列。戰(zhàn)國時代，就曾利用一根自然磁鐵，放在有刻度的銅盤上，用來占卜。北宋時利用兩種方法制造出人工磁鐵，一種是將燒紅的鐵針，置于南北方向，急速冷卻后，利用地球的磁場將鐵針磁化；另一種是用磁石磨擦鐵針而成。磁鐵只是一個通稱，是泛指具有磁性的東西，實際的成分不一定包含鐵。較純的金屬態(tài)的鐵本身沒有永久磁性，只有靠近永久磁鐵才會感應產(chǎn)生磁性一般的永久磁鐵里面加了其他雜質(zhì)元素（例如碳）來使磁性穩(wěn)定下來，但是這樣會使電子的自由性降低而不易導電，所以電流通過的時候燈泡亮不起來。鐵是常見的帶磁性元素，但是許多其他元素具有更強的磁性，像強力磁鐵很多就是銣鐵硼混合而成的。 （五）钷（Pm） 钷為核反應堆生產(chǎn)的人造放射性元素。钷的主要用途有：①可作熱源。為真空探測和人造衛(wèi)星提供輔助能量。②Pm147放出能量低的B射線，用于制造钷電池。作為導彈制導儀器及鐘表的電源。此種電池體積小，能連續(xù)使用數(shù)年之久。此外，钷還用于便攜式x一射線儀、制備熒光粉、度量厚度以及航標燈中。 （六）釤（Sm） 釤呈淺黃色，是做釤鈷系永磁體的原料，釤鈷磁體是最早得到工業(yè)應用的稀土磁體。這種永磁體有SmCo5系和Sm2Co17系兩類。70年代前期發(fā)明了SmCo5系，后期發(fā)明了Sm2Co17系。現(xiàn)在是以后者的需求為主。釤鈷磁體所用的氧化釤的純度不需太高，從成本方面考慮，主要使用95％左右的產(chǎn)品。此外，氧化釤還用于陶瓷電容器和催化劑方面。另外，釤還具有核性質(zhì)，可用作原子能反應堆的結構材料，屏敝材料和控制材料，使核裂變產(chǎn)生巨大的能量得以安全利用。 （七）銪（Eu） 氧化銪大部分用于熒光粉。Eu3+用于紅色熒光粉的激活劑，Eu2+用于藍色熒光粉?，F(xiàn)在Y2O2S：Eu3+是發(fā)光效率、涂敷穩(wěn)定性、回收成本等最好的熒光粉。再加上對提高發(fā)光效率和對比度等技術的改進，目前被廣泛應用。近年氧化銪還用于新型X射線醫(yī)療診斷系統(tǒng)的受激發(fā)射熒光粉。氧化銪還可用于制造有色鏡片和光學濾光片，用于磁泡貯存器件，在原子反應堆的控制材料、屏敝材料和結構材料中也能一展身手。 （八）釓（Gd） 釓在現(xiàn)代技術革新中將起重要作用。它的主要用途有：①其水溶性順磁絡合物在醫(yī)療上可提高人體的核磁共振（NMR）成像信號。②其硫氧化物可用作特殊亮度的示波管和X射線熒光屏的基質(zhì)柵網(wǎng)。

編輯推薦

《高新技術科普叢書?新材料的寵兒:稀土》作為新材料、新能源的科普讀物，宗旨鮮明，風格獨特，系統(tǒng)性強，認真探討了人類與能源材料和諧的發(fā)展歷程和方向。

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