銥

銥，（符號(hào)Ir，原子序數(shù)77）是第六周期VIII族的d區(qū)過渡金屬，同時(shí)也是鉑系金屬的成員。這種銀白色固體在常溫常壓下具有高熔點(diǎn)2446°C、沸點(diǎn)4428°C及密度22.56 g/cm3，并表現(xiàn)出順磁性。其顯著的硬度、脆性和對(duì)可見光的高反射率使其在物理特性上獨(dú)樹一幟。銥以其卓越的化學(xué)穩(wěn)定性著稱，對(duì)多種腐蝕性溶劑如水、硝酸、硫酸、鹽酸及王水展現(xiàn)出良好的抵抗力，僅在特定條件下（如120°C下的高氯酸鈉溶液中）可溶。

從同位素構(gòu)成來看，銥擁有43種同位素，其中天然存在的穩(wěn)定同位素為1?1Ir和1?3Ir，而人工合成的放射性同位素1?2Ir則在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域展現(xiàn)出潛在價(jià)值，尤其在癌癥治療方面。

銥金屬及其化合物由于其穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，包括航空、電子和催化等。這些應(yīng)用涵蓋了熱電偶、電極、高溫耐氧化涂層材料以及電致發(fā)光材料的制作。銥金屬的獲取方式主要有兩種途徑：一是通過冶煉礦石，二是提取銥廢料。此外，銥薄膜的制備可以通過磁控濺射法和化學(xué)氣相沉積法等先進(jìn)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。

在鉑系金屬中，銥的含量極為微量，其在地殼巖石中的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)甚至低于0.001 ppm。盡管如此，地殼中仍存在一層非常薄的銥沉積物，這使得地球上銥的總濃度被認(rèn)為遠(yuǎn)超過地殼巖石中的實(shí)際觀測(cè)值。

20世紀(jì)70年代，科學(xué)家在白堊系-第三系界線粘土層中發(fā)現(xiàn)銥元素含量異常高，最高可達(dá)0.0091 ppm。這一異常現(xiàn)象與白堊紀(jì)-古近紀(jì)（K-Pg）生物大規(guī)模滅絕事件的時(shí)間相吻合，當(dāng)時(shí)約70%的植物和動(dòng)物物種滅絕。因此，有科學(xué)家推測(cè)兩者之間可能存在因果關(guān)系。美國(guó)物理學(xué)家路易斯·阿爾瓦雷斯（Luis W. Alvarez）提出了撞擊滅絕理論，認(rèn)為地殼中薄薄的一層銥沉積物可能是由太陽系小行星撞擊地球引起的。

銥在自然界中主要以未結(jié)合的元素或天然合金形式存在，其礦資源主要集中在銅鎳型礦床中。全球主要的銥礦資源分布在南非、俄羅斯、美國(guó)和加拿大等國(guó)家。例如，俄羅斯的干谷鉑金礦床、加拿大的鎳-鋅型鉑族元素礦床等都是重要的銥礦源。在中國(guó)，甘肅、四川、新疆及東北地區(qū)也擁有豐富的銥資源，其中攀西—滇中地區(qū)的楊柳坪鉑礦是較為著名的一個(gè)。根據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）2018年公布的數(shù)據(jù)，當(dāng)年全球銥金屬的產(chǎn)量為7200千克。

銥作為一種稀有金屬，在多個(gè)領(lǐng)域有著重要應(yīng)用，特別是在催化劑方面的應(yīng)用尤為突出。

銥基材料因其在催化領(lǐng)域的卓越性能，尤其是在氧化還原反應(yīng)中的表現(xiàn)而備受關(guān)注。氫化銥作為一種高效的催化劑，能夠直接將醛轉(zhuǎn)化為羧酸，并且產(chǎn)率較高。此外，銥絡(luò)合物還廣泛應(yīng)用于不對(duì)稱氫化反應(yīng)，包括碳-碳雙鍵、碳-氧雙鍵以及碳-氮雙鍵的不對(duì)稱氫化。例如，使用氮雜環(huán)卡賓噁唑型配體合成的銥催化劑可以高效地催化烯烴的不對(duì)稱加氫反應(yīng)。除了單獨(dú)作為催化劑外，銥還能與其他材料結(jié)合形成復(fù)合催化劑，以拓展其應(yīng)用范圍。例如，當(dāng)與碳納米管結(jié)合時(shí)，這種復(fù)合材料可以有效地將乙酰丙酸（LA）轉(zhuǎn)化為γ-戊內(nèi)酯（GVL）。

在電學(xué)領(lǐng)域，銥基材料同樣展現(xiàn)出潛在的應(yīng)用價(jià)值。

銥合金與銥化合物因其卓越的耐腐蝕性、耐氧化和耐磨性，在電學(xué)應(yīng)用中占據(jù)重要地位。例如，它們可被制作為各種類型的電極，包括用于pH測(cè)量的銥基氧化物薄膜電極和神經(jīng)模擬電極；而鉑銥合金則廣泛應(yīng)用于電磁流量計(jì)中，作為電極材料以測(cè)量腐蝕性液體、酸堿溶液及泥漿等傳統(tǒng)方法難以測(cè)量的流體流量。此外，由于其高熔點(diǎn)特性，銥合金作為一種新興的高溫結(jié)構(gòu)材料，在制造需要耐高溫環(huán)境的電子設(shè)備方面展現(xiàn)出巨大潛力。具體而言，鉑銥合金被用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的高靈敏繼電器、飛機(jī)導(dǎo)彈系統(tǒng)中的電位器與導(dǎo)電環(huán)、精密儀器內(nèi)的游絲元件以及國(guó)際千克原器等關(guān)鍵部件。除了上述用途外，銥合金還廣泛地應(yīng)用于電阻器制造、電阻溫度計(jì)、熱電偶以及微電子器件等領(lǐng)域，體現(xiàn)了其在現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)中的核心價(jià)值。

銥

由于銥金屬具備卓越的耐高溫性能、低氧滲透性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性，以及在高溫環(huán)境下有效阻隔氧和碳的能力，它被廣泛應(yīng)用于制備高性能的耐高溫抗氧化涂層。這些涂層不僅延長(zhǎng)了材料的使用壽命，還提高了耐高溫性能，特別是在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管等關(guān)鍵部件上的應(yīng)用，銥涂層展現(xiàn)了其無需額外冷卻介質(zhì)即可高效工作的優(yōu)勢(shì)。此外，銥涂層在碳碳復(fù)合材料保護(hù)方面也顯示出顯著效果，它與碳材料的良好相容性及其在氧化環(huán)境中減輕質(zhì)量損失的能力，進(jìn)一步證明了其作為防護(hù)層的價(jià)值。

在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，1?2Ir作為一種人工放射性同位素，通過轟擊天然穩(wěn)定的1?1Ir獲得，并發(fā)射γ射線。這種同位素作為高劑量率放射源，在腫瘤放射治療中發(fā)揮著重要作用。它能夠在較短時(shí)間內(nèi)完成照射，有效殺死癌細(xì)胞，適用于治療包括宮頸癌、子宮內(nèi)膜癌、陰道癌、口腔癌、食管癌和直腸癌在內(nèi)的多種癌癥。研究表明，使用1?2Ir進(jìn)行放射治療時(shí)，能夠有效保護(hù)周圍正常組織和器官功能，減少放射并發(fā)癥的發(fā)生。

在光學(xué)應(yīng)用方面，銥的獨(dú)特性質(zhì)使其成為研究和開發(fā)新型光學(xué)材料和技術(shù)的潛在選擇。

銥基材料因其獨(dú)特的光學(xué)特性在多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。具體來說，銥氧化物薄膜展現(xiàn)出電致變色現(xiàn)象，即其顏色隨電壓的變化而變化：在還原態(tài)下呈現(xiàn)透明，而在氧化態(tài)下則為黑色。這一特性使其成為智能窗口、陰極射線管和液晶顯示器等設(shè)備的理想材料。此外，銥配合物在提升紅色有機(jī)電致發(fā)光材料的發(fā)光效率和色純度方面也顯示出顯著效果。例如，銥配合物(bzq)?Ir(dipig)（其中bzq為7,8-苯并喹啉；dipig為N,N’-二異丙基-胍基）具有卓越的電子傳輸能力，不僅能夠增強(qiáng)電致發(fā)光效率，還能提高器件的穩(wěn)定性。歷史上，鉑銥合金因其卓越的光學(xué)性質(zhì)，自19世紀(jì)末以來就被用作國(guó)際米原器，這是當(dāng)時(shí)全球最權(quán)威的長(zhǎng)度基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)。