2019年，在國(guó)家高度重視稀土產(chǎn)業(yè)發(fā)展、高度重視稀土科技進(jìn)步的良好氛圍下，中國(guó)廣大稀土科技工作者攻堅(jiān)克難、奮力拼搏，在基礎(chǔ)研究、資源利用、技術(shù)提升、拓展應(yīng)用等方面取得顯著成績(jī)。為激勵(lì)廣大稀土科技工作者再攀高峰，中國(guó)稀土學(xué)會(huì)信息專(zhuān)業(yè)委員會(huì)、中國(guó)稀土學(xué)會(huì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)、包頭稀土研究院信息中心、“中國(guó)稀土”網(wǎng)站聯(lián)合梳理2019年度稀土科技新聞，整理出“中國(guó)稀土2019年度十大科技新聞”。
一、我國(guó)科學(xué)家在稀土基礎(chǔ)研究領(lǐng)域取得新突破
由于缺乏對(duì)稀有元素電子結(jié)構(gòu)內(nèi)部信息的直接探測(cè)，科學(xué)家在解釋稀土材料中體積坍縮現(xiàn)象的理論模型存在很大的爭(zhēng)議，對(duì)稀土材料中體積坍縮現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)仍然是稀土基礎(chǔ)研究領(lǐng)域一個(gè)重要的難題。
2019年12月10日，從北京高壓科學(xué)研究中心獲悉，該中心丁陽(yáng)研究員帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)選取代表性的元素鈰（Ce）作為研究對(duì)象，借助高壓非彈性共振X射線散射技術(shù)直接研究鈰金屬，取得新突破。相關(guān)研究成果近期發(fā)表于國(guó)際知名的核心期刊《物理化學(xué)快報(bào)》（Journal of Physical Chemistry Letters）上。
據(jù)介紹，他們成功探測(cè)到了鈰的未占據(jù)4f態(tài)在體積坍縮過(guò)程中變化。結(jié)合理論計(jì)算，他們發(fā)現(xiàn)4f—5d近藤耦合的微小變化可以很好地描述體積坍縮過(guò)程中光譜的重分布，而哈伯德模型中相鄰原子間的雜化作用似乎不大。他們的研究首次提供了實(shí)驗(yàn)證據(jù)，為系統(tǒng)研究稀土材料的體積坍縮現(xiàn)象開(kāi)辟了一條有希望的新途徑。
二.稀土金屬的新應(yīng)用：從氮?dú)庵苯雍铣珊袡C(jī)物
目前幾乎所有人工合成的含氮有機(jī)化合物都需要經(jīng)過(guò)工業(yè)合成氨（NH3）。而傳統(tǒng)的工業(yè)合成氨過(guò)程(Haber-Bosch Process)條件極其苛刻。據(jù)推算年耗能占全球能耗的2%左右，需消耗約25%的化石資源，并且產(chǎn)生大量溫室氣體。因此，將氮?dú)庵苯印⒏咝?、溫和地轉(zhuǎn)化為含氮有機(jī)化合物，而不經(jīng)過(guò)NH3, 是解決以上問(wèn)題的重要途徑之一。
席振峰/張文雄課題組實(shí)現(xiàn)了由稀土金屬鈧（Sc）促進(jìn)的，直接由氮?dú)?、MeOTf和親電試劑等有機(jī)底物反應(yīng)高效合成肼衍生物的過(guò)程。該工作首次實(shí)現(xiàn)了稀土金屬促進(jìn)的從氮?dú)庵苯雍铣珊袡C(jī)化合物。稀土金屬對(duì)于我國(guó)的發(fā)展具有特別的重要意義，該工作對(duì)于稀土金屬的高效利用展示了一個(gè)新途徑。
稀土金屬鈧（Sc）使氮?dú)庵苯愚D(zhuǎn)化為含氮有機(jī)化合物
三. 自主開(kāi)發(fā)新一代稀土儲(chǔ)氫合金材料
發(fā)展高效、零排放的氫能技術(shù)是21世紀(jì)包括中國(guó)在內(nèi)的全球重大戰(zhàn)略需求，稀土儲(chǔ)氫合金是發(fā)展氫能技術(shù)的重要材料。應(yīng)用儲(chǔ)氫合金材料制造的鎳氫（MH/Ni）電池、固/H2儲(chǔ)氫系統(tǒng)可廣泛用于節(jié)能與新能源（混合動(dòng)力、純電動(dòng)、燃料電池動(dòng)力）汽車(chē)、智能電網(wǎng)儲(chǔ)能調(diào)峰、通信基站備用電源以及各種便攜式電器設(shè)備。
2014年，包頭稀土研究院儲(chǔ)氫材料研發(fā)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)釔（Y）元素能夠抑制二元La-Ni合金的氫致非晶化，自主開(kāi)發(fā)了新一代高容量La-Y-Ni系儲(chǔ)氫合金材料，同時(shí)解決了前兩代儲(chǔ)氫合金產(chǎn)品存在的主要問(wèn)題。截至2019年，已經(jīng)分別獲得中國(guó)、日本、美國(guó)發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)，在Int.J.Hydrogen Energy期刊連續(xù)發(fā)表了3篇研究論文，引起了本領(lǐng)域研發(fā)人員的關(guān)注。稀土儲(chǔ)氫合金材料體系的創(chuàng)新使我國(guó)在該領(lǐng)域從“跟跑”狀態(tài)進(jìn)入“并跑”階段，通過(guò)快速推進(jìn)基礎(chǔ)研究與產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)工作，期望形成“引領(lǐng)”態(tài)勢(shì)。
四.新型高效稀土二氧化鈰復(fù)合催化材料取得創(chuàng)新性研究成果
中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所稀土資源利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室宋術(shù)巖研究員在張洪杰院士的指導(dǎo)下，以催化材料的構(gòu)效關(guān)系為研究重點(diǎn)，開(kāi)發(fā)和拓展了多種制備催化材料的化學(xué)合成方法和技術(shù)，制備了系列高性能二氧化鈰作為載體的復(fù)合催化材料，取得了一系列創(chuàng)新性研究成果。
稀土二氧化鈰封裝貴金屬?gòu)?fù)合催化材料既可以利用CeO2 載體錨定貴金屬粒子增強(qiáng)穩(wěn)定性，又可以利用載體與貴金屬的強(qiáng)相互作用增強(qiáng)活性，提高了其在高效催化等領(lǐng)域的應(yīng)用。為了全面擺脫催化劑對(duì)貴金屬的依賴(lài)，研究團(tuán)隊(duì)也開(kāi)展了二氧化鈰/非貴金屬?gòu)?fù)合催化材料的研究，并系統(tǒng)總結(jié)了非貴金屬CeO2基混合氧化物納米催化材料的合成和催化應(yīng)用方面最新進(jìn)展。從CeO2基非貴金屬混合氧化物催化材料的合成方法、形貌及結(jié)構(gòu)調(diào)控及其在在催化反應(yīng)中的應(yīng)用出發(fā)，介紹了CeO2基非貴金屬混合氧化物催化材料的研究進(jìn)展，并提出了該系列催化材料目前所面臨的挑戰(zhàn)，展望了該領(lǐng)域的發(fā)展前景。該系列工作有利于指導(dǎo)新型高效稀土基催化材料的設(shè)計(jì)合成及應(yīng)用，對(duì)于稀土資源平衡利用也具有重要的社會(huì)意義及經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
五.稀土納米探針實(shí)現(xiàn)全血中循環(huán)腫瘤細(xì)胞直接檢測(cè)
中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所結(jié)構(gòu)化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陳卓團(tuán)隊(duì)和中科院功能納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與組裝重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陳學(xué)元團(tuán)隊(duì)合作，在國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)、中科院創(chuàng)新國(guó)際團(tuán)隊(duì)以及福建省引進(jìn)高層次創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新人才項(xiàng)目等資助下，支持“率先行動(dòng)”聯(lián)合資助優(yōu)秀博士后項(xiàng)目獲得者宋曉榮和郭晗晗等利用時(shí)間分辨稀土納米熒光探針首次實(shí)現(xiàn)了全血中CTC的高靈敏直接檢測(cè)。
該稀土納米熒光探針通過(guò)靶向上皮腫瘤細(xì)胞表面高度表達(dá)的表皮細(xì)胞粘附分子（EpCAM）實(shí)現(xiàn)對(duì)CTC的特異性高效識(shí)別。借助稀土納米粒子（NaEuF4）的溶解增強(qiáng)熒光放大技術(shù)和長(zhǎng)壽命的銪離子配合物紅光熒光信號(hào)，該稀土納米探針可有效克服復(fù)雜血液樣品中短壽命背景熒光信號(hào)的干擾，極大地提高了CTC檢測(cè)的靈敏度，其檢測(cè)限低至1 CTC/well。同時(shí)，該檢測(cè)策略具有優(yōu)異的檢測(cè)特異性和實(shí)用性?；谠摍z測(cè)策略，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)不同臨床分期的乳腺癌患者進(jìn)行血液CTC水平分析，可實(shí)現(xiàn)93.9%的癌癥陽(yáng)性檢出率（14/15），并且發(fā)現(xiàn)CTC檢出水平與乳腺癌患者臨床分期密切相關(guān)。該工作為全血中CTC直接檢測(cè)研究提供了一個(gè)嶄新思路，對(duì)實(shí)現(xiàn)腫瘤患者的早期診斷和預(yù)后監(jiān)測(cè)具有重要意義?！ ?/span>
基于時(shí)間分辨稀土納米熒光探針實(shí)現(xiàn)全血中CTC高靈敏時(shí)間檢測(cè)示意圖
a) NaEuF4納米粒子電鏡表征圖；b) 納米粒子在磷酸鹽緩沖液與增強(qiáng)液中的發(fā)射光譜與紫外燈照射下的發(fā)光照片；c) MCF-7乳腺癌細(xì)胞與納米探針結(jié)合前后的流式細(xì)胞分析；d）時(shí)間分辨熒光信號(hào)與CTC濃度的線性關(guān)系；e）不同分期乳腺癌患者的血液CTC箱式統(tǒng)計(jì)分析圖；f）基于稀土納米探針與商用ISET檢出的CTC水平比較。
六.我國(guó)科學(xué)家揭開(kāi)白云鄂博稀土富集之謎
中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所礦產(chǎn)資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副研究員楊奎鋒和研究員范宏瑞等，對(duì)白云鄂博地區(qū)粗粒含礦白云巖中的磷灰石進(jìn)行原位Sr-Nd-O同位素分析。磷灰石的O同位素組成與地幔來(lái)源碳酸巖一致，Sr-Nd同位素組成與碳酸巖脈相近，磷灰石的Sm-Nd等時(shí)線年齡也與鈣質(zhì)碳酸巖脈中獨(dú)居石的Th-Pb年齡相符。結(jié)合粗粒白云巖的主量元素組成，以及磷灰石中共生的自形燒綠石礦物包裹體和球狀初始碳酸鹽巖包裹體，可以確定粗粒含礦白云巖為鎂質(zhì)巖漿碳酸巖。
白云鄂博地區(qū)的巖漿碳酸巖包括鐵質(zhì)、鎂質(zhì)、鈣質(zhì)三種類(lèi)型，依據(jù)不同類(lèi)型碳酸巖脈間的穿插關(guān)系、碳酸巖脈的似斑狀結(jié)構(gòu)，以及碳酸巖脈狀中白云石、方解石礦物的核邊結(jié)構(gòu)，可以判斷，碳酸巖具有從鐵質(zhì)，到鎂質(zhì)，再到鈣質(zhì)的演化趨勢(shì)。伴隨碳酸巖漿由早期的鐵質(zhì)向晚期的鈣質(zhì)逐步演化，其稀土元素含量，尤其是輕稀土元素含量呈明顯的富集趨勢(shì)。而且，碳酸巖脈的全鐵與稀土含量呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，碳酸巖脈中白云石和方解石礦物的核部更富鐵，而邊部更富稀土。鐵質(zhì)在碳酸巖漿分異演化中的逐步分離很有可能是造成稀土元素在晚期巖漿中富集的關(guān)鍵控制因素。
全球共發(fā)育527處巖漿碳酸巖，其中僅有5%為鐵質(zhì)碳酸巖，而白云鄂博是少有的能夠從鐵質(zhì)碳酸巖演化到鈣質(zhì)碳酸巖的實(shí)例。強(qiáng)烈的碳酸巖漿分異演化過(guò)程是白云鄂博巨量稀土元素富集的關(guān)鍵控制因素?！?/span>
白云鄂博粗粒白云巖磷灰石原位Sr-Nd-O同位素組成及鈣質(zhì)碳酸巖獨(dú)居石Th-Pb年齡
白云鄂博碳酸巖脈及碳酸巖脈中白云石、方解石礦物的鐵及稀土含量關(guān)系圖
白云鄂博碳酸巖漿演化與稀土富集過(guò)程模式圖
七.高性能燒結(jié)釤鈷永磁材料研究技術(shù)取得突破
中國(guó)科學(xué)院寧波材料所稀土永磁研究團(tuán)隊(duì)在燒結(jié)釤鈷永磁材料結(jié)構(gòu)及其演變規(guī)律深入研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)引入微量大直徑和低電負(fù)性原子顯著提升2:17型釤鈷合金的吸氫能力，實(shí)現(xiàn)高效率氫破制粉技術(shù)突破，制備出粒度均勻且雜質(zhì)含量極低的高質(zhì)量磁粉；發(fā)展了氧化物晶界富集和磁粉殘余氫燒結(jié)等微觀組織結(jié)構(gòu)精細(xì)調(diào)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)磁體晶粒尺寸、晶界區(qū)域組織和胞狀結(jié)構(gòu)的精細(xì)調(diào)控，大幅降低了微觀組織缺陷和雜相對(duì)磁性能的不利影響；開(kāi)發(fā)出系列高性能磁體，其中磁能積33MGOe以上磁體的矯頑力達(dá)到27.8kOe、方形度為0.62，成功應(yīng)用于5G微波器件、大功率永磁電機(jī)等領(lǐng)域，顯著減小應(yīng)用器件的體積并提升精密度，相關(guān)技術(shù)獲得寧波市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。高性能釤鈷磁體的開(kāi)發(fā)豐富了我國(guó)釤鈷磁體的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，將為我國(guó)高新技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展提供更強(qiáng)的支撐。
八.江西理工大學(xué)自主研發(fā)的稀土永磁磁懸浮列車(chē)成功發(fā)車(chē)
江西理工大學(xué)工程研究院博士余效強(qiáng)介紹，高效智能永磁磁浮軌道交通系統(tǒng)——“虹軌”，是一種新型軌道交通模式。虹軌由江西理工大學(xué)于2014年首次提出，2015年獲工信部稀土專(zhuān)項(xiàng)立項(xiàng)支持建設(shè)，2016年聯(lián)合西南交通大學(xué)等單位共同制造完成。虹軌的成功開(kāi)發(fā)對(duì)擴(kuò)大磁性材料應(yīng)用領(lǐng)域、帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新升級(jí)、培育新興產(chǎn)業(yè)集群具有重要意義。
據(jù)介紹，虹軌由稀土永磁懸浮模塊、永磁直線同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、智能定位與走行控制模塊、數(shù)據(jù)傳輸與運(yùn)行控制模塊、供電模塊、軌道支撐與基礎(chǔ)等六大部分組成，通過(guò)運(yùn)控單元的協(xié)調(diào)調(diào)度實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。
九. 高純稀土金屬、合金靶材及其制備技術(shù)取得重要進(jìn)展
高純稀土金屬及合金靶材作為濺射薄膜材料已成為眾多稀土功能材料及其器件的關(guān)鍵核心材料，廣泛應(yīng)用于集成電路、新型顯示、移動(dòng)通訊等高新技術(shù)領(lǐng)域，為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新提供重要支撐。但是我國(guó)稀土金屬及靶材生產(chǎn)技術(shù)、設(shè)備相對(duì)落后，產(chǎn)品檔次低，相關(guān)高端應(yīng)用市場(chǎng)及核心技術(shù)被國(guó)外掌握。
有研科技集團(tuán)有限公司、有研稀土新材料股份有限公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的“高純稀土金屬、合金靶材及其制備技術(shù)”獲得2019年中國(guó)有色金屬工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。本項(xiàng)目為滿足我國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)對(duì)高端稀土金屬、合金靶材的迫切需求，突破了電子信息等用稀土靶材產(chǎn)品及相關(guān)共性關(guān)鍵技術(shù)，自主開(kāi)發(fā)出稀土金屬和靶材產(chǎn)業(yè)化制備技術(shù)及多臺(tái)套專(zhuān)用生產(chǎn)裝備。自主研發(fā)的電子信息用釔、鉺、鑭、釓、鈧靶材及OLED用高純鐿蒸發(fā)料，純度大于4N，60種雜質(zhì)元素總量小于100 ppm，其中，高純鐿蒸發(fā)料產(chǎn)品已在國(guó)內(nèi)多個(gè)OLED廠家實(shí)現(xiàn)應(yīng)用；開(kāi)發(fā)的高鈧含量（Sc>20%）鋁鈧合金靶材產(chǎn)品，純度≥3N5；高性能稀土永磁用鋱、鏑靶材實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)占有率超過(guò)85%。高純稀土金屬及合金靶材的國(guó)產(chǎn)化制備，為國(guó)產(chǎn)化芯片及其器件的開(kāi)發(fā)和高性能磁材提供了關(guān)鍵原料保障。
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