（天津师范大学，天津市 西青区 300387）
摘要：近些年来，我国不断加强对稀土的出口管控，在以往稀土卖出白菜价的时代已经一去不复返了，稀土作为一种重要的战略资源，在航天、冶金等多方面有着广泛的应用，国内外学界对稀土的研究也在如火如荼的开展，本文首先将介绍稀土和单分子磁体的概念，接下来介绍稀土单分子磁体的分类、性质、合成及多驰豫机理，最后介绍稀土单分子磁体的应用前景，以期能为今后我国稀土单分子磁体的研究提供一定的参考。
关键词：稀土；单分子磁体；研究
一、相关概念界定
1.1稀土。稀土是元素周期表中多种金属元素的总称，稀土一般以氧化物和硅酸盐的形式存在于自然界中，只有极少数是以硫化物和硫酸盐的形式存在。稀土的冶炼首先要经过选矿、分解、离子交换、萃取、提纯等多道工序，工艺较为繁琐，且对环境的污染较大。稀土应用广泛，素有“工业维生素”之称，例如军事上，在坦克的火控系统生产中加入稀土元素，可以使坦克打得更准，在导弹的材料中加入稀土元素，可以有效改善材料的机械性能，提高导弹的战术性能，在冶金方面，在一些金属材料中添加稀土元素，可以使材料更耐高温和耐腐蚀，在石油化工方面，使用稀土材料制成催化剂，可以有效提高石油的催化裂化效率等。
1.2单分子磁体。单分子磁体是一种特殊的金属有机化合物，它的成功发现是20世纪重大的科研成果，它由分立的、几乎没有相互作用的分子构成，在一定的低温中，单分子磁体可以在“0”和“1”两种状态之间进行转变，利用这种特性可以用来存储信息，相较于常规磁体，单分子磁体具有体积小的优势，所以可以使用单分子磁体制成高密度的存储材料。单分子磁体既拥有经典力学的行为，同时又拥有量子力学的行为，正因为如此，单分子磁体受到了越来越多的科学家的关注。
二、稀土单分子磁体的分类与性质
通过在分子中引入适量的稀土离子可以制备高各向异性能垒单分子磁体，到目前为止，已经陆续合成了从单核到六核的Dy3+的配合物单分子磁体，由于国内外的研究多集中于单核、三核、四核的研究，因此本文将主要研究这三种稀土单分子磁体。
2.1单核稀土单分子磁体。在2003年的时候，Ishikawa等人报道了第一个具有磁化强度缓慢驰豫特点的[Pc2Tb]-和[Pc2Dy]-的配合物单核稀土单分子磁体，当温度在1.7K之下时，这两种配合物存在磁滞现象，这就说明这两种配合物是单分子磁体，另外一种单分子磁体[Pc2Ho]-当温度在0.04K时，磁滞回线呈现明显的阶梯型。
2.2三核稀土单分子磁体。在2006年的时候，Tang等人报道了世界上首个稀土多核Dy3单分子磁体，它由邻香草醛中酚羟基氧桥联3个Dy3+构成Dy3三角形结构。通过进行磁性测试，说明分子中的Dy3+离子间存在着明显的反铁磁相互作用，尽管这样，Dy3三角依然表现出单分子磁体性质，通过专业仪器，可以观察到它的频率依赖的交流信号。
2.3四核稀土单分子磁体。在2009年的时候，Lin等人报道了四核Dy3+配合物单分子磁体，这在多核的单分子磁体研究上是一个新的突破，这个分子的结构是双缺角立方烷核心结构，并呈中心对称，存在Dy4平面。
大部分的单分子磁体要想观察到磁化强度的慢驰豫现象，温度必须要达到10K以下，但是上述的化合物除了温度在9K时可以观察到外，在30K温度的情况下依然可以观察到磁化强度虚部的最大值，这就说明这个单分子磁体拥有两种驰豫模式。
三、稀土单分子磁体的合成
3.1分隔配体法。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆要使用好分隔配体法的关键是要设计好分隔配体，在配体中包含有不同的配位点，可以发挥不同的功能，有的配位点容易与过渡金属离子配位，而有些配位点则更倾向于与镧系离子配位，这样不同的配位点就可以与多种离子配位。
3.2辅助自组装法。辅助自组装法又可以称为辅助自组装反应，其主要的原理为：首先在设备中合成过渡金属的羧基簇合物，接下来，用合成的簇合物当作原料和镧系金属盐在容器中发生反应，最终得到多核异金属配合物。在金属配合物的研究中，辅助自组装法已经成为获取高核簇合物的主要途径，然而，要想获得合适的羧酸簇合物比较难，这就需要科学家们能够克服困难，研究更好的高核簇合物。
3.3目标位置法。在多核配合物的合成过程中，目标位置法有着广泛的应用，很多的学者喜欢使用目标位置法来获得配合物同系物。目标位置法操作比较简便，目前有两种方式，一是使用同种过渡金属离子，在相近的化学反应条件下，只变换镧系金属盐来制备单分子磁体。二是使用同一种镧系金属盐，在相近的化学反应条件下，只变化过渡金属离子来制备单分子磁体。目标位置法相比于其他两种方法优势较为明显，在未来会有更加广泛的使用。
四、稀土单分子磁体的多驰豫机理
稀土单分子磁体经常会出现驰豫过程，这些驰豫过程的出现往往与单分子磁体的物理结构、状态有很大关联，另外测试的温度、频率对驰豫过程也有很大的影响，所以单分子磁体的多驰豫机理一直在困扰着科学家，直到现在对多驰豫机理的研究还很少。在研究多驰豫机理前，首先要了解低温时的自旋晶格的驰豫过程。
驰豫过程是指单分子磁体在被扰动之后系统重新达到平衡的过程。如果使用交变磁场来研究单分子磁体，当磁化强度跟不上磁场的变化时，就会发生自旋晶格驰豫过程。在稀土单分子磁体的多驰豫过程中，具有单离子各向异性、超精细相互作用和分子间相互作用等多种性质。
五、稀土单分子磁体的发展前景
我国的稀土资源最多占到全世界的71.1%，但是由于对稀土的开采缺乏监管，导致大量珍贵的稀土资源被盗采，当前中国的实际稀土量大约只占世界的23%，日本等很多国家囤积了可供本国使用一百多年的稀土，同时，在稀土价格高时，欧美企业便使用库存，等到稀土价格低时，再大量购进，因此，我国稀土的定价权牢牢掌握在国外商家手里，国内的稀土生产企业普遍处于微利状态。
稀土在工业上有着非常广泛的应用，基于稀土的单分子磁体以其优异的特性在高密度存储材料、量子计算领域具有很高的发展潜力，同时对稀土进行有效的开发也符合国家战略，将有效提高我国稀土在国际上的话语权，国家对稀土单分子磁体的研究也将加大投入，稀土单分子磁体具有广阔的发展前景。
六、结语
通过上面的叙述，我们对稀土和单分子磁体有了初步的了解，知道了稀土单分子磁体的分类、性质、合成、多驰豫机理以及发展前景等多方面的内容。最近几年来，随着化学家、冶金学家的共同努力，稀土单分子磁体的研究取得了很大的进展，为我国稀土资源的有效开发做出了重大的贡献，但是目前，对稀土单分子磁体研究的阻塞温度很低，达不到实际应用的要求，所以今后对稀土单分子磁体研究的重点是如何提高阻塞温度，使其尽量接近室温，这就有赖于广大冶金学家和化学家的共同努力。
本文从多个方面论述了稀土单分子磁体材料的研究进展，让读者对目前稀土单分子磁体的研究有了初步的认识，希望本文能为当前蓬勃发展的稀土单分子磁体研究领域提供一定的参考。
参考文献
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[3]林双燕,郭云南,许公峰,唐金魁.稀土单分子磁体的研究进展[J].应用化学,2010,27(12):1365-1371.
论文作者:赵普
论文发表刊物:《知识-力量》2018年3月上
论文发表时间:2018/5/15
标签：磁体论文; 稀土论文; 分子论文; 多核论文; 机理论文; 金属论文; 离子论文; 《知识-力量》2018年3月上论文;