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新材料的宠儿--稀土

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编辑推荐语
科学是无边界的,思想也不能让自己终结。人类正是凭借着永无止境的探索精神,才能不断超越自身发展的极限。新技术已经带给我们关于未来的无限展望,而它也正在悄悄地改变着我们自己和我们的世界。 郭瑞斌等编著的《新材料的宠儿——稀土》是关于科技发展最前沿的故事,如果你想知道明天的世界会是什么样子,就请走进这个故事中吧……
内容提要
高新技术科普丛书作为新材料、新能源的科普读物,宗旨鲜明,风格独 特,系统性强,认真探讨了人类与能源材料和谐的发展历程和方向。与一般 科普读物相比,具有如下鲜明的特点:一是内容丰富时代感强,《新材料的 宠儿——稀土》(作者:郭瑞斌)紧扣当前能源、材料发展的困境,以新能 源、新材料方面最新的研究成果及翔实的资料为基础,用通俗易懂的文字分 别叙述了与人类生存、发展最密切的各种新能源和新材料,构成了一个完整 的知识体系。《新材料的宠儿——稀土》语言流畅、深入浅出,配有大量精 美的图片,图文并茂、通俗易懂,加上扩充知识面的小百科,使读者朋友全 面了解新材料、新能源并享受着它们带来的无限魅力。
目录
第一章  十七个兄弟的大家庭
  第一节  发现稀土元素
    一、“钇”的破石而出
    二、谷神星的纪念——“铈”的发现
    三、其他兄弟的出现
  第二节  脾性相投的伙伴们
    一、活泼好动的好孩子
第一章  十七个兄弟的大家庭
  第一节  发现稀土元素
    一、“钇”的破石而出
    二、谷神星的纪念——“铈”的发现
    三、其他兄弟的出现
  第二节  脾性相投的伙伴们
    一、活泼好动的好孩子
    二、如何排座位——镧系收缩
  第三节  都是好样的
第二章  稀土真的“稀“呜7
  第一节  稀土不“稀”
    一、中国稀土资源
    二、世界稀土资源
  第二节  稀土从何而来
    一、孕育稀土的温床
    二、独占鳌头的中国稀土
  第三节  稀土是如何炼成的
    一、难舍难分的兄弟情
    二、捕捉稀土兄弟的踪影
    三、磨刀不误砍柴工
    四、以柔克刚
    五、稀土金属的制备
  第四节  各有神通的兄弟们
  第五节  纯粹的无尽探索——高纯稀土
    一、高纯稀土生产状况
    二、高纯稀土的应用前景
第三章  稀土兄弟的性格
  第一节  性格从何而来?
    一、原子结构与电子排布
    二、稀土元素在元素周期表中的位置
    三、稀土元素的电子层结构特点与价态
  第二节  刨根问底8how强项
    一、稀土元素的化学性质
    二、稀土金属晶体的结构
    三、优良电学表现
    四、会发光的精灵
    五、吸磁专家
  第三节  稀土元素的材料学性能及应用
    一、稀土金属的力学性能
    二、稀土金属的工艺学性能
    三、稀土元素特征的材料学应用
第四章  稀土与他的“拍档”
  第一节  组成各异的氧化物
    一、稀土氧化物的类型
    二、稀土氧化物的结构
    三、物理特性
    四、化学特性
    五、稀土氧化物的制备
    六、几种常见有稀土氧化物
  第二节  形式多样的氢氧化物
    一、物理性质
    二、化学性质
    三、制备
  第三节  使用方便的卤化物
    一、类型
    二、物理特性
    三、制备
  第四节  潜能无限的配合物
    一、独特的配位本领
    二、配合物的类型
    三、爱发光的配合物
    四、精干的“配合”别动队
第五章  Hold不住的神奇发光本领
  第一节  我能发光,你能吗?
    一、不听话的4f电子
    二、追根溯源——能级与光谱
    三、神采各异的光
  第二节  时代变迁话荧光
    一、你家的电视机是彩色的吗?
    二、白炽灯泡的终结者
    三、梦幻般的夜晚美景
  第三节  动感激光
    一、激光哪里来
    二、独步天下的激光武器
  第四节  长余辉材料
    一、长余辉原理
    二、会发光的手表
第六章  全能“套磁”王
  第一节  被传染的磁“铁”
    一、天生的磁力王
    二、不忽悠的磁悬浮
  第二节  迷雾重重的超导现象
    一、超导超的是什么?
    二、最大的高温超导家族
  第三节  长个子的金属棒——稀土超磁致伸缩材料
  第四节  生活少不了彼“磁”
    一、能治病的金属
    二、高保真的声载体
    三、抗癌新星
    四、能看穿人体的眼睛
第七章  价格波动的背后——稀土战略
  第一节  剧烈震荡为哪般
  第二节  稀土兄弟价值几何
    一、不可再生的矿石
    二、高精尖科技的排头兵
  第三节  充满挑战的稀土贸易
    一、最大的稀土出口国
    二、争夺话语权
  第四节  不可忽视的回收再利用
第八章  给力的稀土家庭发展规划
  第一节  推动新能源
    一、稀土在低碳烷烃利用中的研究与应用
    二、稀土在燃料电池中的研究与应用
    三、稀土催化在焦化污水净化中的应用
    四、稀土催化在烟气脱硫中的应用
  第二节  催化剂新时代
    一、稀土催化在汽车尾气净化中的研究与应用
    二、稀土催化在工业废气、人居环境净化中的研究与应用
    三、稀土在催化燃烧中的研究与应用
  第三节  健康护卫员
    一、稀土在药物上的应用
    二、稀土在医疗器械中的应用
  第四节  增收好帮手
    一、稀土对农作物的主要作用
    二、稀土在畜牧养殖业中的作用
    三、稀土的毒理研究
    四、应用和开发研究现状
    五、稀土农用实现产业化情况
    六、大面积应用时期
参考文献
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精彩试读
(一)阴极射线管 阴极射线管(包括彩色显像管和彩色显示管)技术是传统的显示技 术,经过长期的不断改进、完善,在图像清晰度、亮度、对比度、寿命 等方面已达到极其完善的程度,其性能价格比也非常好,市场占有率占 各种显示器的首位。
我国彩管工业起步于20世纪70年代末。80年代后期,随着彩电市 场的蓬勃发展,带动了为之配套的彩管工业的迅猛发展。目前,我国有 彩管企业10余家,主要是咸阳彩虹、上海永新、福地科技、深圳赛格、 LG曙光、三星电管、北京松下、南京华飞。近年来,由于日本、韩国及 台湾等国家和地区纷纷向我国转移彩管生产线,我国...
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(一)阴极射线管 阴极射线管(包括彩色显像管和彩色显示管)技术是传统的显示技 术,经过长期的不断改进、完善,在图像清晰度、亮度、对比度、寿命 等方面已达到极其完善的程度,其性能价格比也非常好,市场占有率占 各种显示器的首位。
我国彩管工业起步于20世纪70年代末。80年代后期,随着彩电市 场的蓬勃发展,带动了为之配套的彩管工业的迅猛发展。目前,我国有 彩管企业10余家,主要是咸阳彩虹、上海永新、福地科技、深圳赛格、 LG曙光、三星电管、北京松下、南京华飞。近年来,由于日本、韩国及 台湾等国家和地区纷纷向我国转移彩管生产线,我国已成为全球彩管生 产、供给中心。经过2009年的调整之后,2010年我国生产彩管7600万 只,较2009年增长了40%以上。按每只彩管消耗10克红粉计算,估计 2012年我国彩管工业消费红色荧光粉760吨。
(二)彩电 起步于20世纪70年代中期的我国彩电业除1989年和2000年出现 两次回落之外,基本上保持了逐年上升的态势,并经历了三个发展时期, 70年代中期至80年代初期的导入期,80年代初中期至90年代初期的成 长期及90年代之后的成熟期。目前我国彩电生产能力已达到8000万台/ 年以上,已成为世界彩电生产和出口大国。2011年我国生产彩电5200万 台,销量5300万台,其中出口1800万台。彩电的发展促进了彩显管及 所用荧光粉的发展。
(三)显示器 与彩电产业及彩管产业相比,我国显示器产业的投资主体是外资及 股份制企业,是以国际市场为主的出口导向型产业。我国政府依靠政策, 并以很少的投资,赢得了显示器产业的 巨大发展。但需注意的是,我国显示器 用彩管75%左右靠进口,故国内彩色 显示管用荧光粉市场空间不大。
2010年全球显示器产量为11600万 台,其中CRT显示器8236万台,液晶 显示器3364万台。我国显示器产量占 全球总量的48.6%,其中cRT显示器 占全球总量的55.6%,液晶显示器占 全球总量31.4%。
目前,我国共有显示器厂商89家,主要分布在广东、福建、江苏、 北京、天津等地。其中生产CRT显示器产量在100万台以上的有12家, 占我国CRT显示器总产量的84.5%;生产液晶显示器产量在10万台以 上企业共有13家,占液晶显示器总产量的97%。
20世纪80年代初,为了适应我国彩电工业的快速发展,尽快实现 彩电荧光粉的国产化,彩虹集团在引进日本日立公司彩电显像管技术的 同时,引进了日本化成公司彩电荧光粉的技术和设备,建立了我国首家 彩电荧光粉厂,后又引进东芝技术生产25英寸大屏幕彩电粉。目前,彩 虹荧光材料有限公司彩电粉生产能力已达300吨,较最初90吨的设计能 力增长了2倍多。北京北化精细化学品有限公司荧光粉厂最早生产黑白 电视荧光粉,80年代后期引进了日本化成公司技术生产彩电荧光粉,目 前生产能力已达450吨。上海跃龙新材料股份有限公司于90年代初引进 了东芝2l英寸红粉生产技术,后又开发出多种系列的彩电荧光粉和显示 荧光粉,目前已具备了。180吨/年的生产能力,可以提供多种系列的彩电 荧光粉和显示荧光粉,用于14英寸到17英寸彩电显像管及21英寸到34 英寸彩色显像管的制造。上海跃龙更大规模的荧光粉生产线正在加紧建 设中。上述3家企业已成为我国彩管粉的主要生产基地。
目前彩管中红粉普遍采用铕激活的硫氧化钇(Y2O2S:Eu)荧光粉。
由于氧化钇、氧化铕价格昂贵,致使红粉成本较高。目前的研究方向是 探索与优化纳米级稀土红色荧光粉的制备工艺,将稀土氧化物超细化、 纳米化,同时尽量减少稀土用量或寻找廉价材料以代替红粉中昂贵的稀 土原料。蓝粉使用银或银、铝激活的硫化锌,尽管研制了铥激活的硫化 锌或二价铕离子激活的氯磷酸锶等新的蓝粉,但由于发光效率和成本比 不上银激活的硫化锌,未得到推广使用。绿粉主要采用钙、铝激的硫化 锌(镉),该荧光粉光衰较红粉和绿粉大,故需开发新的绿粉。据报道, 铽激活的硫氧化镧特性较好,但发光效率低,而铈激活的硫化钙虽然发 光效率高,但稳定性差。
投影电视用荧光粉与普通彩电荧光粉相比,需承受更大的电流密度 和更高的阴极电压。红粉采用铕激活的氧化钇。绿粉以铽为激活剂,基 质主要有钇铝石榴石、溴氧化镧、氯氧化镧等。蓝粉采用二价铕激活的 碱土金属氯磷酸盐或碱土金属硅酸盐。2001年,中国科学院长春光机所 与物理所研制成功了彩色投影电视用稀土荧光粉,具有亮度大、对比度 高等优点,主要技术指标达到了世界商用投影管的要求。该项目是国家 “863”计划资助的产业化项目,2002年已进行了中试,其产品在天津三 星电管厂已进行试用,符合要求。
计算机显示器要求荧光粉具有高亮度、高对比度和高清晰度,其红 粉也采用铕激活的硫氧化钇,但铕的含量比彩电红粉稍高。绿粉为铽镝 激活的硫氧化钇或硫氧化钆,据报道,蓝粉也将由稀土发光材料取代锌、 锶硫化物。多年来,我国彩色显示管用彩粉市场一直被日本产品所垄断。
北京北化精细化学品有限公司已研制成功彩色显示管用稀土荧光粉,产 品发光亮度高,粒度小,分散窄,分散性好。据报道,彩色显示管荧光 粉的产业化已受到国家发展改革委专项基金的支持,预计不久将实现规 模化生产。
小百科 液晶显示器 液晶显示器,或称LED(Liquid CrystM Display),为平面超薄的显示 设备。它由一定数量的彩色或黑 白像素组成,放置于光源或者反 射面前方。液晶显示器功耗很 低,因此倍受工程师青睐,适用 于使用电池的电子设备。它的主 要原理是以电流刺激液晶分子产 生点、线、面配合背部灯管构成 画面。
LCD对于许多的用户而言可 能是一个并不算新鲜的名词了, 不过这种技术存在的历史可能远远超过了我们的想像。早在19世纪末, 奥地利植物学家就发现了液晶,即液态的晶体,也就是说一种物质同时 具备了液体的流动性和类似晶体的某种排列特性。在电场的作用下,液 晶分子的排列会产生变化。从而影响到它的光学性质,这种现象叫做电 光效应。利用液晶的电光效应,英国科学家在19世纪制造了第一块液晶 显示器,即LCD。
液晶是这样一种有机化合物,在常温条件下,呈现出既有液体的流 动性,又有晶体的光学各向异性,因而称为“液晶”。在电场、磁场、 温度、应力等外部条件的影响下,其分子容易发生再排列,使液晶的各 种光学性质随之发生变化,液晶这种各向异性及其分子排列易受外加电 场、磁场的控制。正是利用这一液晶的物理基础,即液晶的“电一光效 应”,实现光被电信号调制,从而制成液晶显示器件。在不同电流电场作 用下,液晶分子会做规则旋转90。排列,产生透光度的差别,如此在电源 0N/0FF下产生明暗的区别,依此原理控制每个像素,便可构成所需 图像。P95-98
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