稀土在功能陶瓷材料中的应用

    大连理工大学对在fe2o3中掺加稀土氧化物re2o3（re=nd、sm、la）而获得的refeo3系列材料的性能进行了研究，指出材料的超微粒化是提高气敏元件灵敏度的重要因素，且稀土元素不同，对材料微观形貌的影响也有所不同，其中ndfeo3和smfeo3的粒度较小，lafeo3的粒度稍大。将所测refeo3系列气敏元件在0.13%浓度的不同气氛中进行分析，发现refeo3系列材料对乙醇均有较高的灵敏度，且其灵敏度高低顺序依次为ndfeo3﹥smfeo3﹥lafeo3，同时对汽油的灵敏度较低，对其它气体几乎不反应，因此具有较强的选择性。

    （4）热敏陶瓷

    钛酸钡（batio3）是目前研究最多且应用最广的热敏陶瓷。当在batio3中掺加微量稀土元素如la、ce、sm、dy、y等时（摩尔原子分数控制为0.2%～0.3%），由于用与ba2+半径相近的re3+取代了部分ba2+，产生了多余的正电荷，并通过ti4+的作用形成了弱束缚电子，故使陶瓷的电阻率显著降低。但若掺杂量超过一定值（如掺杂la的摩尔分数﹥0.35%），由于ba2+空位的形成和导电载流子的消失，陶瓷的电阻率反而急剧上升，甚至成为绝缘体。

    （5）湿敏陶瓷

    在种类繁多的湿敏陶瓷中，目前稀土的掺加主要为镧及其氧化物，如sr1-xlaxsno3系、la2o3-tio2系、la2o3-tio2-v2o5系、sr0.95la0.05sno3及pd0.91la0.09(zr0.65ti0.35)0.98o3-kh2po3等。为了进一步提高湿度陶瓷的灵敏度，在现性和稳定性，以增强其实用性，还需加强稀土掺加对陶瓷相关性能影响方面的研究。

    市场前景

    随着材料科学的发展，近年来功能复合陶瓷备受关注，稀土掺杂在功能复合陶瓷的开发研究方面也取得了较大进展。浙江大学陈昂等，采用常规功能陶瓷的制备方法，将稀土超导陶瓷yba2cu3o7-x和铁电陶瓷batio3复合，获得了铁电性与超导性共存的yba2cu3o7-x-batio3系复合功能陶瓷，其电导特性符合三维导电行为，并当yba2cu3o7-x含量较高时呈超导性。华中理工大学周东祥等的研究指出，lacoo3-srcoo3系和lacro3-srcro3系复合功能陶瓷，可用作磁流体电机的电极材料和气敏材料。而在ntc热敏复合材料nimn2o4-lacro3陶瓷中，新化合物lamno3导电相决定着陶瓷的主要性质。西安交通大学的邹秦等通过用稀土离子y3+、la3+对（sr,ca）tio3掺杂，省去了原有的用碱金属离子（nb5+、ta5+）涂覆并进行热扩散的工艺，而且制得的陶瓷材料致密度高、工艺性能良好，并保持了电阻率低（ρ为10-2ω·cm量级）、非线性高（非线性系数α﹥10）的介电-压敏复合功能特性。

    智能陶瓷是指具有自诊断、自调整、自恢复、自转换等特点的一类功能陶瓷。如前所述在锆钛酸铅（pzt）陶瓷中添加稀土镧而获得的锆钛酸铅镧（plzt）陶瓷，不但是一种优良的电光陶瓷，而且因其具有形状记忆功能，即体现出形状自我恢复的自调谐机制，故也是一种智能陶瓷。智能陶瓷材料概念的提出，倡导了一种研制和设计陶瓷材料的新理念，对拓宽稀土在近代功能陶瓷中应用极为有利。

    近年的研究还表明，稀土在生物陶瓷、抗菌陶瓷等新型陶瓷材料中也有着独特的作用。由于稀土元素可与银、锌、铜等过渡元素协同增效，开发的稀土复合磷酸盐抗菌可使陶瓷表面产生大量的羟基自由基，从而增强了陶瓷的抗菌性能。

    我国是一个众所周知的稀土资源大国，应进一步加强稀土掺杂对功能陶瓷性能影响的研究和新型功能陶瓷的开发力度，以充分发挥我国的稀土资源优势，有效提升稀土在高科技材料中的应用价值。

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