稀土与玻璃的碰撞，会有怎样的化学反应？

昵称50786598 2023-11-06 发布于江西

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稀土元素是镧(La）、铈(Ce）、镨(Pr）等17种特殊元素的统称，18世纪末，稀土逐渐走进人们的视线，它一般是以氧化物状态分离出来的，因当时比较稀少，故得名为稀土。以稀土元素为基础的材料拥有优良的光学、电学、磁学性能以及催化性能，是尖端科技不可或缺的原材料，在现代玻璃产业发展中有着不可替代的作用，催生着稀土光学玻璃的诞生。

稀土光学玻璃是含有较多稀土或稀有金属氧化物，具有高折射率、低色散的光学玻璃。由于稀土氧化物价格较高，在玻璃工业中，主要用于制造光学玻璃、特殊技术玻璃与高级艺术玻璃制品。如Nd、Tm、Ho等元素加入到玻璃体，可以作为激光玻璃的工作物质；Ce可以用来制作防辐射玻璃；Pm、Sm等在磁性材料方面有较为广泛的应用。

目前在世界范围内采用稀土金属氧化物制得的光学玻璃多达300多种，它们被广泛地运用在航天、航海、军工、电视电影、天文、地质和摄影等各个领域。

稀土光纤玻璃

1997年，日本电信公司NTT提出掺铒碲酸盐光纤可用于宽带放大器，自此，碲酸盐玻璃光纤开始迅猛发展，有关掺稀土碲酸盐玻璃光纤的专利申请急剧增加。

稀土光纤玻璃具有圆柱形波导结构，芯径小，散热性能好，其芯径大小与通信光纤的匹配度非常高。将稀土掺杂光纤放大器，可以直接放大光信号，有利于大容量、长距离的通信。目前，大多数掺杂光纤与通信光纤使用的基材相同，都是石英玻璃材料，可以采用成熟的光纤制造技术来生产掺杂玻璃光纤，同时生产过程中允许严格控制其掺杂浓度。

优点：传光效率高、集光能力强、信息传递量大、速度快、分辨率高、抗干扰、耐腐蚀、可弯曲、保密性好、资源丰富、成本低。

稀土红外光学玻璃

红外光学玻璃是在红外仪器和装置中用来制造透镜、棱镜、窗口、滤光片和整流罩等的重要材料之一，它有一个非常特殊的物理性质——在某特定波段的透过率。一般来说只有透过率大于50%时，这种材料才可能被用作透射材料。由于稀土元素的相对原子质量比较大，使含稀土的红外光学玻璃具有较宽的红外透射范围。加上稀土元素具有熔点高、化学稳定性好等优点，因而在红外光学玻璃中应用日趋广泛。

稀土防辐射玻璃

辐射对人体具有很大的伤害，防辐射材料的探索也一直是现代科学发展的重要课题。通过研究开发稀土多功能新材料，人们发现防辐射效果最好的稀土元素有Ce、Gd、Eu、Dy、Sm和Pm等，将适量的CeO₂和Fe₂O₃加入到钠-钙-硅玻璃中，可以在一定的工艺制度下制造出非常理想的防辐射玻璃，并采用浮法工艺实现大批量生产投放。

稀土激光玻璃

激光材料是激光技术发展的核心和基础，激光玻璃的基质材料是玻璃，激光的出现使光学玻璃从单纯的被动传光、反光、遮光介质，变成了主动反光的介质和组件。激光玻璃基质成分主要可分为硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐及氟磷酸盐四个系统。

在稀土激光玻璃的制造中，Nd³⁺离子是最普遍、采用的谐振腔工作物质之一。主要是由于Nd³⁺离子能引起吸收和发光，它是谐振腔的发光中心。

优点：稀土玻璃激光材料输出功率高、光学均匀性好、价格较低、易于制备；利用热成型和冷加工技术可制备出不同大小尺寸和形状的玻璃，玻璃组分可在很大范围内变化，并可调节折射率的温度系数、热光系数和非线性折射率等光学性质。

法拉第旋光玻璃

法拉第旋光玻璃，也称为旋光玻璃或磁光玻璃，是光电高科技领域当中新颖、重要的透明光学功能材料，它能够使一束通过平行于磁场方向偏振光的偏振面发生旋转。

优点：各向均匀性好、磁光性能优异、成本低廉，在光纤通讯、电力输送、航天、制导、卫星测控和激光系统等一切需要避免有害反射光的场合中都有着广泛的应用。

稀土微晶玻璃

微晶玻璃是一种多晶陶瓷材料，美国康宁公司首次研制出光敏微晶玻璃，并申请了第一个微晶玻璃专利。由于SiO₂的存在，硅酸盐氟氧化物微晶玻璃被认为具有稳定的力学、化学性能，并有比氧化物玻璃或晶体更高的激光损伤阈值。

优点：稀土离子可溶性、氧化物的机械和化学稳定性、比氧化物玻璃或晶体具有更高的激光损伤阈值。