钪的应用
钪是一种化学元素，元素符号是Sc，原子序数是21，是一种柔软、银白色的过渡金属，熔点1541℃，沸点2831℃。易溶于水，可与热水作用，在空气中容易变暗，主要化合价为+3价。常跟钆、铒等混合存在，产量很少，在地壳中的含量约为0.0005%。钪常用来制特种玻璃、轻质耐高温合金。
钪的应用领域主要为：照明行业、合金工业、陶瓷材料、催化化学、核能工业、燃料电池、农业育种。
（一）照明行业
比较有趣的是，钪的用途(作为主要工作物质，而不是用于掺杂的)都集中在很光明的方向，称他为光明之子也不为过。
钪的法宝叫做钪钠灯，可以用来给千家万户带来光明。这是一种金属卤化物电光源：在灯泡中充入碘化钠和碘化钪，同时加入钪和钠箔，在高压放电时，钪离子和钠离子分别发出他们的特征发射波长的光，钠的谱线为589.0和589.6nm两条着名的黄色光线，而钪的谱线为361.3~424.7nm的一系列近紫外和蓝色光发射，因为互为补色，产生的总体光色就是白色光。正是由于钪钠灯具有发光效率高、光色好、节电、使用寿命长和破雾能力强等特点，使其可广泛用于电视摄像和广场、体育馆、马路照明，被称为第三代光源。在中国这种灯还是作为新技术被逐渐推广的，而在一些发达国家，这种灯早在80年代初就被广泛使用了。
钪的第二件法宝是太阳能光电池，可以将撒落地面的光明收集起来，变成推动人类社会的电力。在金属-绝缘体-半导体硅光电池和太阳能电池中，钪是最好的阻挡金属。
钪的第三件法宝叫做γ射线源，这个法宝自己就能大放光明，不过这种光亮我们肉眼接收不到，是高能的光子流。我们平常从矿物中提炼出来的是45Sc，这是钪的一种天然同位素，每一个45Sc的原子核中有21个质子和24个中子。倘若我们像把猴子放到太上老君的炼丹炉中炼上七七四十九天一样将钪放在核反应堆中，让他吸收中子辐射，原子核中多一个中子的46Sc就诞生了。46Sc这种人工放射性同位素可以当作γ射线源或者示踪原子, 还可以用来对恶性肿瘤进行放射治疗。还有像钇镓钪石榴石激光器，氟化钪玻璃红外光导纤维，电视机上钪涂层的阴极射线管之类的用途简直不知凡几，看来钪生来就和光明有缘呢。
（二）合金工业
单质形式的钪，已经被大量应用于铝合金的掺杂。在铝中只要加入千分之几的钪就会生成Al3Sc新相，对铝合金起变质作用，使合金的结构和性能发生明显变化。加入0.2%~0.4%的Sc(这个比例也真的和家里炒菜放盐的比例差不多，只需要那么一点)可使合金的再结晶温度提高150~200℃，且高温强度、结构稳定性、焊接性能和抗腐蚀性能均明显提高，并可避免高温下长期工作时易产生的脆化现象。高强高韧铝合金、新型高强耐蚀可焊铝合金、新型高温铝合金、高强度抗中子辐照用铝合金等，在航天、航空、舰船、核反应堆以及轻型汽车和高速列车等方面具有非常诱人的开发前景。
钪也是铁的优良改化剂，少量钪可显着提高铸铁的强度和硬度。另外，钪还可用作高温钨和铬合金的添加剂。当然，除了为他人做嫁衣裳之外，因为钪具有较高熔点，而其密度却和铝接近，也被应用在钪钛合金和钪镁合金这样的高熔点轻质合金上，但是因为价格昂贵，一般只有航天飞机和火箭等高端制造业才会使用。
（三）陶瓷材料
单质的钪一般应用于合金，而钪的氧化物也是物以类聚地在陶瓷材料上面起到了重要的作用。像可以用作固体氧化物燃料电池电极材料的四方相氧化锆陶瓷材料有一种很特别的性质，在这种电解质的电导会随着温度和环境中氧的浓度增高而增大。但是这种陶瓷材料的晶体结构本身不能稳定存在，不具有工业价值;必须要在其中掺杂一些能够将这种结构固定下来的物质才能够保持原有的性质。掺入6~10%的氧化钪就好像混凝土结构一样，让氧化锆能够稳定在四方形的晶格上。
还有像高强度，耐高温的工程陶瓷材料氮化硅做增密剂和稳定剂。
氧化钪作为增密剂，可以在细小颗粒的边缘生成难熔相Sc2Si2O7，从而减小工程陶瓷的高温变形性，与添加其它氧化物相比能更好改善氮化硅的高温机械性能。
（四）催化化学
在化学化工中，钪常被作为催化剂使用，Sc2O3可用于乙醇或异丙醇脱水和脱氧、乙酸分解，由CO和H2制乙烯等等中。含Sc2O3的Pt-Al催化剂更是在石油化工中作为重油氢化提净，精炼流程的重要催化剂。而在诸如异丙苯催化裂化反应中，Sc-Y沸石催化剂比硅酸铝的活性大1000倍;和一些传统的催化剂比起来，钪催化剂的发展前景将是很光明的。
（五）核能工业
在高温反应堆核燃料中UO2加入少量Sc2O3可避免因UO2向U3O8转化发生的晶格转变、体积增大和出现裂纹。
（六）燃料电池
同样，在镍碱电池中加入2.5%~25%的钪，会增加使用寿命。
（七）农业育种
在农业上可以对玉米 甜菜 豌豆 小麦 向日葵等种子做硫酸钪(浓度一般为10-3~10-8mol/L 不同的植物会有所不同)处理，已取得促进发芽的实际效果，8小时后根和芽的干燥重量和幼苗相比，分别增加37%和78%，但原因机理尚在研究中。
从尼尔森注意到原子量数据的亏欠到今天，钪进入人们的视野不过一百年二十多年，却差不多坐了一百年的冷板凳，直到上个世纪后期材料科学的蓬勃发展才给他带来了生机。到今天，连同钪在内的稀土元素都已经成为了材料科学中炙手可热的明星，在成千上万的体系中发挥着千变万化的作用，每天都在给我们的生活带来多一点的便利，创造的经济价值更是难以计量。
钪在新材料中的应用情况
钪是一种可以应用于诸多国防军工及高科技领域的不可替代的战略资源。目前世界上美国、俄罗斯、日本等国家已开始了钪国家收储。我国正处于开发高附加值钪产品的阶段，进展速度快，预计未来以铝钪合金为代表的新材料对钪的市场需求将持续增长。铝钪合金的高强、高韧、耐蚀等性能将使其在我国大型飞机、高速列车、大型船舶以及汽车制造等领域的发展中发挥重要作用。钪在新材料中的应用情况主要如下：
（一）铝钪合金
铝合金中添加微量钪可以大幅提升铝合金的强度、塑韧性、耐高温性能、耐腐蚀性能、焊接性能和抗中子辐照损伤性能，已作为结构材料用于航天、航空、核反应堆等领域，在舰船、高铁列车、轻型汽车等领域也有着广泛的应用前景。
在航天、航空工业中，铝钪合金的应用发展较快。俄罗斯研究的较为系统，且已实现工业化应用。他们已开发出四大系列14个牌号的铝钪合金，四个系列分别为热处理非强化可焊Al-Mg-Sc系合金；热处理强化高强度可焊Al-Zn-Mg-Sc系合金；热处理强化中强和高强可焊Al-Li-Sc系合金；热处理强化高强Al-Zn-Cu-Sc系航空合金。如Al-Li-Sc系合金作为飞机的结构材料，已用于米格-20、米格-29、图-204客机和雅克-36直升机等。国外其他一些国家已在大型民用飞机的承重部件用铝钪合金材料代替其他材料，以提高飞机的综合性能。
在核工业、舰船工业等领域，铝钪合金有较强的抗中子辐照损伤性能，可用于核反应堆的结构件中。因铝钪合金质量轻、刚度高、焊接强度大、低热开裂性、优良的抗疲劳性能在船舶承重件、高速列车结构材料、输油管等方面的应用均具有较大潜力。
（二）燃料电池
固体氧化物燃料电池（SolidOxide Fuel Cell，SOFC）是一种电化学发电装置，已用于分布式区域供电，在大规模发电、新能源汽车等领域具有广泛的应用前景。掺杂的氧化锆因其具有优异的化学稳定性和和良好的氧离子电导率，已在SOFC中获得实际应用。氧化钪稳定的氧化锆体系具有较高的电导率，氧离子通过能力较其它金属掺杂的氧化锆体系，提高了1-2倍，可以在相同输出功率条件下缩小体积1/2-2/3。2013年，氧化钪稳定氧化锆燃料电池在美国和日本已经实现了商业化生产及应用。
（三）钪钠卤灯
金属卤化物灯（简称金卤灯）是一种新型节能光源，具有高光效、高亮度、高显色、多色调、长寿命的特点，是高强度放电灯中最有竞争力的产品，被称为第三代光源，具有广阔的应用前景。钪钠卤灯是开发的最早的一种，在20世纪80年代初开始大批量的投入生产。
（四）示踪剂
示踪剂是指为观察、研究和测量某物质在指定过程中的行为或性质而加入的一种标记物。目前国内外开采油田的主要方式是注水开发，一些能随流体运动的固体颗粒或化学药剂等被广泛应用于油田开发过程中。示踪剂分为三类，化学示踪剂、放射性同位素示踪剂、稳定性同位素示踪剂三种。大自然中稳定存在的钪同位素为45Sc，将钪放在核反应堆中，吸收中子辐射，原子核中多一个中子，形成46Sc，它的半衰期为83.79天。46Sc是人造放射性元素，在自然界中并不存在，可以极为精确地观察、研究和测量油井的地质特征，提高作业效率，还具有用量少、环境及人体危害相对较小的优点。美国2004年开始就将46Sc用于油井示踪剂，取得了极为良好的探测效果。
（五）激光晶体
立方晶型的氧化钪具有高折射率、高带宽、高导热率等优异性能，因而作为激光材料受到人们广泛关注。当前钪激光基质晶体主要有Gd3Sc2Ga3O12（GSGG）和Y3Sc2Ga3O12（YSGG）两种，并衍生出掺杂其他稀土元素（例如钕、钇、铒等）多个系列的激光基质晶体。GSGG的优势为效率高，(Nd, Cr) : GSGG是同等条件下Nd : YAG的激光效率的2-4倍。另外，还具有强的抗辐射能力，易于长成大尺寸单晶。钪系列晶体在医学治疗、军事、金属加工、环境研究等领域展现出广阔的应用前景。由于钪的价格、供给稳定性等问题，钪系列晶体的发展稍晚，进入21世纪后，德国、美国和日本才实现了钪晶体的批量化生产并逐步推广应用。
（六）特种钢和有色合金
钪的性质与其他稀土元素类似，并且性能更为优越，对于钢铁、有色合金中相关稀土元素的部分替代是完全可行的。钪可以改善合金的强度、硬度、耐热性能、耐腐蚀性能等，在合金领域中的应用前景非常广阔。钪使铸铁中石墨球化的作用比稀土元素更有效，可显著改善铸件性能；钪加到镍、铬和钨基耐热高温合金中，可显著提高其抗氧化性；高铬合金的焊接填料中添加钪，可大幅提高焊缝拉伸强度；钪加到Mg基或Ti基合金中，可使合金有较好的机械、电学、可塑和稳定性能。美国一直高度重视钪在合金领域的研究，研发历程已持续了20多年。
氧化钪的应用
氧化钪的化学式为Sc2O3。性质：白色固体。具有稀土倍半氧化物的立方结构。密度3.864.熔点2403℃±20℃。不溶于水，溶于热酸中。由钪盐热分解制得。可用作半导体镀层的蒸镀材料。制做可变波长的固体激光器和高清晰度的电视电子枪、金属卤化物灯等。
氧化钪(Sc2O3)是钪制品中较为重要的产品之一。它的物化性质与稀土氧化物(如La2O3,Y2O3和Lu2O3等)相近,故在生产中采用的生产方法极为相似。Sc2O3可生成金属钪(Sc)，不同盐类(ScCl3,ScF3,ScI3,Sc2(C2O4)3等)及多种钪合金(Al-Sc,Al-Zr-Sc系列)的产物。这些钪制品具有实用的技术价值及较好的经济效果。由于Sc2O3具有一些特性,所以在铝合金、电光源、激光、催化剂、激活剂、陶瓷和宇航等方面已有较好的应用，其发展前景十分广阔。目前我国及世界的Sc2O3在合金、电光源、催化剂、激活剂和陶瓷等领域的应用状况叙述于后。
（一）合金中的应用
目前由钪与铝制成的铝钪合金(Al-Sc)具有密度小(Sc为3.0g/cm3,Al为2.7g/cm3，强度大、硬度高、可塑性好、耐腐蚀和热稳定性较强等优点，因此，在导弹、宇航、航空、汽车和船舶等的结构件获得较好的应用，并逐步转向民用,如运动器件(曲棍球和棒球的柄棒)，电脑和手机壳等，其具有强度高、刚度大和质量轻的特点，很有实用价值。
钪在合金中主要起着变质和细化晶粒的作用，使生成新相的Al3Sc型而呈现了性能优异的特色。Al-Sc合金已形成了系列的合金系列，如俄罗斯已达到17种Al-Sc系列，我国也有几种合金(如Al-Mg-Sc-Zr及Al-Zn-Mg-Sc合金)。这类合金的特性其它材料无法代替，故从发展上看，其应用发展及潜力是很大的，可望成为今后的应用大户。如俄罗斯已工业化生产，且用于轻型结构件发展较快，我国也正在加快研制和应用，特别是在宇航和航空方面前景最好。
（二）新型电光源材料中的应用
用纯Sc2O3转化为ScI3后与NaI制成新型的第三代电光源材料，并加工成钪-钠卤素灯作照明用(每只灯约用Sc2O3≥99%的材料为0.1mg～ 10mg。这种灯在高压电作用下,钪谱线呈兰色,钠谱线呈黄色，两色互相配合而产生了接近太阳光的光，使灯光具有光度高、光色好、节电能、寿命长和破雾力强等优点。
（三）激光材料中的应用
用纯Sc2O3≥ 99.9%加入于钆镓石榴石(GGG)可制成钆镓钪石榴石(GGSG)，其构成为Gd3Sc2Ga3O12型式。由它做成的第三代激光器所发出的发射功率比同体积的激光器提高3.0倍，已达到了大功率化和小型化的激光装置，提高了激光振荡输出功率，改进了激光器的使用性能。在制备单晶时，每炉料3kg～ 5kg,加入Sc2O3≥99.9%原料为1.0kg左右。目前这种激光器在军工技术上的应用日益广泛，也逐步推向民用工业。从发展看，今后在军用和民用的潜力较大。
（四）电子材料中的应用
纯的Sc2O3可用作彩色电视显象管阴极电子枪的氧化阴极激活剂,效果较好。在彩管阴极上端喷一层一毫米厚的Ba、Sr、Ca氧化层，上面再弥散一层0.1毫米厚的Sc2O3。在氧化层阴极中因Mg、Sr与Ba发生反应，促使Ba还原,释出的电子更活跃，发出大电流电子，使荧光体发光，比不用Sc2O3涂层的阴极可提高电流密度4倍，使电视画面更清晰，使阴极寿命提高3倍。每台21英寸显像阴极用Sc2O3量为0.1mg。目前在世界上一些国家已用此阴极，如日本用的较多，可提高市场竞争力，促进电视机的销量。
铝钪合金的应用
铝钪合金是一种高性能铝合金，在铝合金中加入微量的钪，可促进晶粒细化，提高再结晶温度250℃～280℃，是铝合金强有力的晶粒细化剂和有效的再结晶抑制剂，对合金的结构和性能产生明显的影响，使其强度、硬度、焊接性能、耐腐蚀性能等得到很大提高。钪对铝有着很好的弥散强化作用，在热加工或退火处理状态均保持稳定的非再结晶组织，其中一些合金是经变形很大的冷轧薄板，即使在退火后仍保持这种结构。钪对再结晶的抑制作用，能消除焊缝热影响区的再结晶组织，基体的亚晶组织可直接过渡到焊缝的铸态组织，使含钪铝合金的焊接接头有高的强度和抗腐蚀性能。钪对铝合金抗腐蚀性能的改善作用，也是由于钪细化了晶粒和抑制了再结晶过程的缘故。加入钪还可使铝合金具有良好的超塑性，添加0.5%左右钪的铝合金经超塑性处理后,其延伸率可达到1100%。因此，铝钪合金可望成为新一代的航天、航空、舰船工业用轻质结构材料，俄罗斯已开发出10多个牌号的含钪铝合金，主要用于航天、航空、舰船的焊接荷重结构件以及碱性腐蚀介质环境用铝合金管材、铁路油罐、高速列车关键结构件等。
含钪铝合金在船舶、航天工业、火箭导弹、核能等高新尖技术部门的应用前景十分广阔。通过添加微量钪有希望在现有铝合金的基础上开发出一系列的新一代高性能铝合金材料诸如超高强高韧铝合金、高强耐蚀铝合金、高强度抗中子辐照用铝合金等。这些合金以其优异的综合性能在航天、核能和舰船工业上将具有非常诱人的应用前景另外也可用于轻型汽车和高速列车等方面。因此含钪铝合金目前已成为继AlLi合金之后又一种引人注目的、将来最有竞争力的高性能铝合金结构材料。我国钪资源丰富钪的研究和工业生产也有一定的基础目前仍是氧化钪的主要输出国开展AlSc系合金的研究对发展我国高新技术和国防建设用铝合金材料具有划时代意义而且还可以充分发挥我国的钪资源优势促进我国钪工业及国民经济的发展。
