知名孪生稀土元素谜团 – 磁性强大的「钕」磁铁

介绍

钕于1885年是由奥地利化学家C. A. von Welsbach在维也纳发现的。耐人寻味的是，Neodymium此名称由希腊文字意为「新」的neos（νέος）和意为「孪生」的didymos（διδύμος）组成。

天然的钕由7种同位素组成，分别是稳定的¹⁴³Nd、¹⁴⁵Nd、¹⁴⁶Nd、¹⁴⁸Nd，與最常見的¹⁴²Nd，以及長壽命的原始放射性核種¹⁴⁴Nd、¹⁵⁰Nd。除了以上天然同位素外，釹亦有31種人工合成的放射性同位素，其中壽命最長的是¹⁴⁷Nd。以及13個已知的同核異構物，其中較穩定的有^139mNd 、^135mNd和^133m1Nd。

钕不以纯金属态存在自然界中，而是主要存在于诸如氟碳铈矿与独居石沙中，常占稀土总含量的10-18%。钕纯态金属直到1925年才被分离出来。

钕 Nd

原子序数：60

原子量：144.242 u

原子结构：钕的最外层电子结构为 4f⁴ 6s²。
物理/化学性质：本身为一种中等硬度有顺磁性，且略具延展性明亮的银白色金属。其化学性质较为活泼。由于在空气中会迅速氧化，常用塑料密封包装或是浸于矿物油中保存。能与水和酸作用放出氢。

钕主要的应用领域：

• 永磁材料： 钕磁铁是商业上高强度的永磁材料之一。
• 其中钕铁硼磁铁（NdFeB magnet）是目前最主要的稀土永磁体类型合金材料，它们广泛应用于电机、电子设备、磁盘驱动器、磁性分选机、磁性阀门和许多其他设备中，像是混合动力汽车中高功率和重量的马达，或是运用在飞机和风力发动机里的发电机，以产生强大的磁场。

• 玻璃和陶瓷着色剂：通常其氧化物被用作玻璃和陶瓷的着色剂，以制造颜色饱和的玻璃、陶瓷和珐琅产品，以及焊工和吹玻璃工的护目镜或其应用能建造可选择性天文过滤器。在1927年首次商业用作玻璃染料，现在仍然是玻璃中流行的添加剂。

• 雷射材料掺杂剂： 钕固态雷射使用钕的特性来产生高功率的雷射光束，例如掺钕钇铝石榴石（Nd:YAG）、掺钕氟化钇锂（Nd:YLF）、掺钕正钒酸钇（Nd:YVO₄）和钕玻璃等，或是在某些雷射中可做人造红宝石来代替真宝石。广泛应用于材料加工、通信、医学、牙科和工业领域中。

• 玻璃抗反射涂层： 钕氧化物被用于光学玻璃的抗反射涂层中，以减少反射并提高光学系统的性能。

• 核能应用：¹⁴³Nd被用于核物理研究和核反应堆的燃料。

• 光学镜片和光学器件： 钕玻璃被用于光学镜片、光学器件和雷射材料中，用于制造高性能的光学系统，如玻璃和陶瓷的紫色染料、鐠钕玻璃、陶瓷电容器等。

• 音响和耳机： 被广泛应用于音响设备、麦克风、入耳式耳机和专业扬声器中，以提供高品质的音频性能。