钇(yǐ)及其应用

铷(rú) 锶(sī) 钇(yǐ) 锆(gào) 铌(ní) 钼(mù) 锝(dã) 钌(liǎo) 铑(lǎo) 钯(pá) 银(yín) 镉(gã) 铟(yīn) 锡(xī) 锑(tī) 碲(dì) 碘(diǎn) 氙(xiān) 
钇是人类发现的第一个稀土元素。钇位于元素周期表中ⅢB族，但它不是“镧系家族”成员。我国不但拥有储量居世界第一的内蒙古白云鄂博轻稀土矿山，还拥有南岭地区我国特有的重稀土资源，我国氧化钇工业储量达22万吨，占世界总储量51万吨的43%，也居世界首位。由于自然界重稀土资源远少于轻稀土，按照“物以稀为贵”的原则，重稀土价值普遍高于轻稀土，限制了重稀土的广泛应用。但钇由于资源充足，性能优异，成为重稀土家族中用途最为广泛的一员。 
金属钇是镁、铝、钛等有色金属的优良净化剂和改性添加剂。钇镁合金拥有良好的高温机械性能和优异的高温抗氧化性能，可用作航空、航天、家用电器和机器人等方面的结构材料。众所周知，稀土硅铁镁中间合金是生产球墨铸铁的球化剂，如果采用钇基重稀土合金作为球化剂，由于钇具有优良的抗球化衰退作用，特别适合于生产水轮机主轴等大断面球铁铸件。 
钇最为广泛的用途还是各种功能材料。在发光材料、激光材料、高温超导材料和精密陶瓷材料等领域中钇都显示出特别优异的性能。 
20世纪60年代，以铕为激活剂、钇化合物为基质材料的红色荧光粉诞生，包括铕激活的钒酸钇（YVO4∶Eu3+）氧化钇（Y2O3∶Eu3+）和硫氧化钇（Y2O2S∶Eu3+）红色荧光粉很快被应用于彩色电视显象管（CRT）中，解决了彩电三基色中红色不纯正的难题，使彩电画面的色彩质量产生飞跃性提高，能够更加逼真地再现五光十色的大千世界。尽管目前等离子和液晶等新型彩电不断涌现，但由于CRT技术成熟，性能不断改进提高，至今在高清晰度彩电和计算机显示器中仍拥有很大市场。以钇为基质材料的多种红色荧光粉还被用于新型电光源和平面显示，如稀土三基色红色荧光粉（Y2O3∶Eu3+），已被广泛应用于各种紧凑型和直管型稀土节能灯，用于取代钨丝白炽灯，可节电80%，而且照物色彩不失真，被称为新型绿色节能照明产品。这类红色荧光粉还被用于等离子平面显示，即当前十分流行的壁挂式等离子彩电。也被用于投影电视用红色荧光粉（Y2O3∶∶Eu3+）。钇还被用于长余辉荧光材料，如以铥为激活剂的硫氧化钇（Y2O2S∶Tm3+）制得的橙黄色长余辉荧光粉，以钐为激活剂的硫氧化钇（Y2O2S∶Sm3+）红色长余辉荧光粉，都可用于夜间自发光显示器件。 
钇铝石榴石（Y3Al5O12，简称YAG）是用途十分广泛的一类晶体材料。掺钕钇铝石榴石（YAG∶Nd）激光晶体具有良好的光学均匀性，机械强度高，物化性能稳定，导热系数高，激旋光性能良好及生长工艺成熟等优点，在室温下可实现连续脉冲运转，是目前固体激光材料中用量最大的激光晶体。广泛用于激光打孔与焊接、激光测距、激光制导和医用激光手术刀等方面，已是军用固体激光技术的支柱材料。掺钕硼酸钇钡YBa3(BO3)3∶Nd+3等新型激光晶体，可产生1060nm波长的激光输出。用其制成的固体激光器可用于光谱学、生物医学、军事等诸多领域。钇铝石榴石还被用作荧光材料，如以铽为激活剂，以钇铝镓石榴石为主要基质的绿色荧光粉被用于投影电视。 
在最新型的照明技术——半导体照明（LED）中，钇也能派上用场。可以被蓝光有效激发的发黄光的铈激活的稀土石榴石荧光体（Y，Gd）3(Al,Ga)5O12∶Ce3+与蓝色InGaN LED芯片相结合，可实现新型半导体照明——白光LED，我国采用这种荧光体制作白光LED的技术已达到了国际先进水平。 
氧化钇是固体电解质和精密陶瓷的优良稳定剂。用氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）用途十分广泛。把氧化钇固溶于氧化锆中，可以消除材料加热冷却时由于相变膨胀收缩引起的破坏。含Y2O38%的YSZ已被用作固体氧化物燃料电池（SOFC）的电解质。钇还被用做这种燃料电池的多孔阳极Ni-（Zr，Y）O2-X。这种固体燃料电池可以用柴油、煤气为燃料发电，电能转化效率高达60%以上，被看作是继水电、火电和核电之后第四代发电技术，其中SOFC最具代表性。一旦在工业上大量推广，将成为钇的一大消费领域。氧化钇稳定四方结构的氧化锆可以与二硫化钼制备自润滑陶瓷复合材料。该材料具有团聚少，烧结活性高，均匀性好和摩擦系数与磨损系数小的优良特性。 
用钇稳定的氧化锆制作的人造钻石，俗称锆钻，具有优异的硬度和光学性质。在高温结构陶瓷氮化硅（Si3N4）加入4%~8%的Y2O3作为致密助剂，可以大大增强陶瓷材料的强度和韧性，这种具有优良耐磨和耐冲击韧性的陶瓷材料可用于燃汽涡轮发动机、耐磨另部件、切削金属刀头刀具等方面。 
20世纪80年代，钇钡铜氧（YBCO）高温超导材料的诞生，引发了世界性稀土高温超导材料的研发热潮，但由于材料的稳定性问题，一直未能工业化大量使用。2004年，我国采用钇钡铜氧高温超导薄膜研制成功的CDMA移动通信用高温超导滤波器系统，使钇钡铜氧高温超导材料在我国首次获得实际应用，并使我国成为继美国之后第二个实现超导滤波器在移动通信中应用的国家，标志着稀土高温超导技术已经进入应用时代。 
纯钒酸钇晶体是长距离光纤通讯用优质材料，是性能极佳的双折射晶体，具有双折射率大、透过率高、透光波段范围宽、抗潮解和易加工等特点，可广泛应用于光纤传输的无源器件中，使传输光信号增大约十倍，提升信号强度，补偿了传输损耗。钇还被用于光学玻璃，如在具有高折射、低色散性能的镧系光学玻璃中加入氧化钇（5%~15%），可以抑制晶化（失透）倾向，提高材料的使用稳定性。