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你知道这些奇怪的生僻字吗：钌、铑、钯，锇。它们其实都是铂族金属。这些金属以其极为珍贵的性质和稀有的资源而闻名。广泛应用于航天、航空、航海、武器、医药、化工、环保等领域。它们被称为“第一高科技金属”和战略金属。它们的使用是一个国家工业水平、高新技术水平和经济发展水平的标志。

铂族金属——汽车尾气净化的高手

铂族金属由于其高的化学稳定性（不溶于除王水以外的任何酸或碱）和催化活性，可作为催化剂用于氢化、脱氢、异构化、环合、脱水、脱卤、氧化、裂化等化学反应，现在更多地用于汽车尾气中净化。汽车尾气排放已成为我国大中型城市的主要污染源之一。加强汽车尾气控制，改善大气环境质量刻不容缓。催化净化是控制汽车尾气排放的最有效手段之一。国外常用铂、钯、铑等贵金属作为汽车尾气催化转化器的主要原料。

尾气催化转化器是安装在汽车排气系统中的一种装置。它的作用是减少发动机燃烧后的有害废气。由于汽车尾气中含有一氧化碳、氮氧化物和碳氢化合物，这些物质会使空气质量恶化，特别是氮氧化物和碳氢化合物，在阳光照射后容易产生光化学烟雾，造成严重的空气污染，进而危及人的呼吸系统。

为了解决这一问题，汽车尾气催化转化器应运而生。1970年，尾气催化转化器开始应用于汽车。由于催化转化器含有铂、钯、铑等金属，当发动机排出的废气通过催化转化器时，铂催化剂会促进碳氢化合物和一氧化碳的氧化，生成水蒸气和二氧化碳，而铑催化剂将氮氧化物还原为氮和氧，从而降低废气中一氧化碳和碳氢化合物的排放浓度的目的是使汽车尾气满足排放的要求。

由于环保要求日益严格，汽车市场需求不断增加，铂族金属市场看涨。2019年，全球汽车尾气催化剂铂需求增长37%，至92.8吨。

钯——制造比钢铁还坚硬的玻璃

玻璃能比钢更坚固吗？这似乎是不可能的，但国外研究人员曾开发出一种“牢不可破”的新型耐损伤金属玻璃，这种玻璃比钢更坚固。它们的秘诀是在新型金属玻璃中加入一些微量钯元素，具有耐高温、耐腐蚀、耐磨、延伸性强等特点，从而抵消了玻璃材料不可避免的脆弱性。

这种新型金属玻璃由能源部劳伦斯国家实验室和加州理工大学的研究人员联合开发。它由五种元素组成：钯、磷、硅、锗和银。其中，磷、硅、锗和银被用来增强新玻璃的强度，而钯则可以增强玻璃的塑性，防止裂纹扩展。这种结合有效地克服了弱韧性材料和脆性硬度材料的缺陷，使新材料兼具强度和韧性（这种融合称为损耗容限）。这种玻璃受压时具有超塑性，能弯曲而不断裂，其容损性能已超过目前任何已知材料。

钌——在太阳能电池行业大显身手

美国科学家发现了一种稀有金属，它能吸收阳光，并以热的形式无限期地储存，必要时也能释放出来。这一发现为开发下一代太阳能装置铺平了道路，即能够利用太阳能并且可以无限期存储热量。

这种稀有金属含有铂族金属钌，被称为“二钌富瓦烯”。当太阳光被吸收时，二钌富瓦烯的分子会改变形状，并能无限期地储存热量。在一种催化剂的帮助下，它们可以回到原来的状态，同时释放储存的巨大热量。

目前，我们使用的太阳能装置大多能将太阳能转换成电能或热能，但不能储存暂时不用的能量。而使用二钌富瓦烯制成的燃料释放热量时，温度可以达到200摄氏度。这被称为“热化学方式”，比传统的太阳系更有效，后者使用绝缘材料来逐渐释放热量。

麻省理工学院的研究人员曾宣布，他们已经准确揭示了这种分子的工作原理。这将有助于科学家研发出存储和释放热能而不是电能的新型电池。从原理上讲，使用二钌富瓦烯制造的电池可按需存储和释放热能。二钌富瓦烯来自于钌，钌是一种稀有昂贵的白色硬质金属元素。世界上每年开采的钌只有12吨左右。

铱——自选新材料中不可或缺

根据阿贡高级光源实验室的研究，一种含铂族金属元素铱的氧化材料受铱原子核外电子相互作用的控制，表现出优异的性能。研究结果发表在《物理评论快报》上。这一新发现将为半导体纳米电子学和信息技术领域带来新的气象。

这项研究由阿贡APS国家实验室、肯塔基大学、橡树岭国家实验室和北伊利诺伊州立大学联合开展。研究人员认为，铱在5D层中的电子波与其相邻的电子波有很强的重叠性，并被“束缚”在一起。此外，铱离子周围有氧离子形成的强晶场，5D层电子与铱离子相互作用的角动量和自旋轨道几乎被消除。然而，究发现5D层电子具有较大的轨道角动量，约为其自旋角动量的3倍，从而在铱原子中形成了强自旋轨道耦合。

因为固体的性质是由其组成原子外层的价电子决定的，如相邻原子电子云重叠形成的晶体场。然而，当自旋轨道相互作用在固体中起重要作用时，它将显示出有趣的性质：例如，在含有稀土的永磁材料中，位于4f层中的电子引起的磁性将被材料中不同水平的相邻电子的相互作用所屏蔽。当它们的自旋轨道耦合时，自旋对称性被破坏，4fn的磁运动被固定在一个特定的晶格方向上，产生强烈的永磁效应。

研究人员表示，与砷化镓相比，弱绝缘性的三氧化钡铱自旋轨道相互作用更强，过渡金属氧化物的自旋轨道特性可能更适合制造自旋控制设备。

自旋晶体管作为下一代自旋电子器件，具有广阔的应用前景。自旋晶体管是一种输出电压取决于电子自旋方向的器件。不仅如此，自旋晶体管在信息技术领域也具有巨大的潜在应用价值。目前，计算机的动态随机存取存储器（DRAM）一般采用半导体工艺。断电后，DRAM中存储的数据将消失。当系统重新启动时，它需要从硬盘重新加载数据，这非常耗时。如果用自旋晶体管制作动态RAM，断电后可以保存数据，大大缩短了计算机的启动时间。

为了发展自旋晶体管，我们需要找到具有大量电子自旋轨道的新材料。由于自旋轨道的相互作用随原子数的增加而迅速增加，含重元素的材料成为这一领域的最佳候选材料。

铱也被用来制造触摸屏。如今，各种触摸屏的产物琳琅满目，而触屏显示器中就有铱氧化物的身影。