稀上名“稀”，但今天早已不是稀有材料，其使用量已从几毫克到几千吨；稀土也并非稀少，约占地壳组成的0.01756％。地壳中所含的稀土比锌、铅、锡、钼、钨和贵金属多几十倍甚至几百倍。通常将稀土元素分为两组：铈组属轻稀土，包括镧、铈、镨、钕、钷、钐和铕；钇组属重稀土，包括钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪和钇。稀土金属在物理和化学性质方面极其相似，在稀土矿床中往往几种元素伴生，不易获得纯的单一稀土金属。稀土和稀土产品的生产最早开始于1885年。1886年德国发明硝酸钍——一稀土白炽灯罩并获得专利，用二氧化钍（加1％二氧化铈）制造灯网，可获得很高的亮度。从20世纪60年代以后，稀土应用逐渐形成了石油化工、玻璃陶瓷工业和治金工业三大支柱。除了稀土金属以外，稀有金属还有许多其他成员。
由于稀有金属具有许多特殊的性能，在国民经济的许多部门中起着越来越重要的作用，稀有金属的广泛应用被作为现代科学技术发展的重要标志。如广泛用于大规模集成电路的储器件、用于静电印刷的硒电子照相光感受器、超导材料中不可或缺的添加剂、帮助彩色电视机出彩的荧光粉都有稀有、稀土元素的身影。
尽管我们人类不常见，甚至听来觉得陌生，但它们早已是我们密不可分的好朋友，在现代高技术生产部门尽职尽责地为人类服务。
16.没有空间的“贮气罐”
氢是一种热值很高的能源，1公斤氢气燃烧可放出14×144的热量，燃烧后生成水，可以说是一种取之不尽又无污染的能源。氢可用于燃氢发动机、制冷设备、电子、冶金、化工等领域。然而它的运输问题一直困扰着人们，这是因为气态氢的能量密度很低并极易燃烧，而被压缩至钢瓶内的液氢，虽然密度大了，但一个液氢钢瓶好比一个重磅炸弹，极不安全。
1968年美国布鲁海文国家实验室率先发现了镁、镍合金具有吸氢特点，第二年荷兰菲利浦实验室又发现了钐一钴合金能大量吸收氢。继后，科学家又发现镧一镍合金在常温下具有良好的可逆吸收氢的性能，从此众多贮氢材料应运而生，并逐步弄清贮氢的机理，这是因为一些过渡族金属、合金以及金属问化合物具有特殊的晶体结构，氢原子极易进入其晶格间隙中并形成金属氢化物，其结合力很弱，这种金属氢化物的贮氢量很大，可以贮存比其本身体积大出1000～1300倍的氢。贮氢合金的贮氢密度比标准状态氢密度要高几个数量级，用贮氢合金运输氢气既轻便又安全。
利用贮氢合金的功能，人们又开发出许多诱人的用途。利用氢金属对氢具有选择性吸收的特点，可以制取6个9的超纯氢，用其生产的半导体合格率大大提高；用于化学分析中做元素的运载气可提高分析质量；用于合成氨厂和氯碱厂等的废氢回收可节省能源和资金；用于氘、氢分离，氘是原子能工业重要原料，也是未来新能源燃料，氘和氢往往混合并存，要制取高纯的氘极不容易，利用贮氢材料可把二者分离提取高纯氘；用于制作镍氢电池，比镍镉电池具有容量大、无毒和寿命长等优点。此外，贮氢材料还可用于制作氢压力调节器、氢制冷器、燃烧电池等等。
目前研究和开发中的贮氢合金主要有镁系贮氢合金、稀土系贮氢合金、钛系贮氢合金、锆系和铁系贮氢合金等。我国20世纪70年代中期开始这方面的研究，取得很大进展，研制成的钛铁锰贮氢材料制取99.9999％的超纯氢，达到了世界先进水平；利用我国丰富稀土资源研制的新型混合稀土贮氢合金制作的镍氢电池已形成了一定的生产能力。
17.展示陶瓷新容的透明陶瓷
陶瓷作为理想的绝缘材料，在电力和电子行业有广泛应用，与玻璃相比较，陶瓷的强度高，耐火性好，能抵抗化学腐蚀，能经受放射性物质的强烈辐照。但传统的陶瓷不透明，以致许多场合，特别是在照明电器上无法应用。因此，在20世纪50年代，如何使陶瓷透明化成了一个亟需攻克的难关。
美国通用电器公司的陶瓷专家发现，陶瓷不透明的主要原因是陶瓷中存在许多微小气孔，当一束光线照射到陶瓷表面时，微气孔由于对光线具有很强的散射能力，把大部分光线散射到四面八方，最后被陶瓷所吸收。为了赶走横在光线前进道路上的“拦路虎”——微气孔，专家们采取了三项技术措施：首先，烧制陶瓷所用的原料要有很高的纯度和细度，而且颗粒要均匀；其次，加入少量的氧化镁作添加剂，来减慢陶瓷结晶过程中晶粒长大的速度，以便通过晶粒边界的缓慢移动，把微气孔赶出；第三，在加热炉中通入氢气，因为氢气分子较小，易于将坯体中的空气置换出来，而在烧治过程中又容易通过晶格扩散到晶界，最后被彻底排除。通过精心的实验，科布尔及其助手们于1957年制成了世界上第一块完全透明的氧化铝陶瓷，宣告了透明陶瓷的诞生！
自从第一块透明氧化铝陶瓷诞生以来，透明陶瓷家族真是人丁兴旺，成员已发展到几十位。氧化物陶瓷有氧化铝、氧化镁、氧化钇、氧化钍等透明陶瓷；复合氧化物陶瓷类有铝镁尖晶石、锆钛酸铅镧透明铁电陶瓷；非氧化物陶瓷类有氟化镁、萤石、氟化镧等透明陶瓷。这些透明陶瓷可用于高压钠灯的发光管、光学滤光片和光学检波器基料、高温炉窗口、原子能反应堆的中心减速剂和反射剂及激光物质等。除了上述能透过可见光的透明陶瓷外，还有能透过红外线的陶瓷，如硫化锌、硒化锌、碲化镉、砷化镓等透红外陶瓷，可用于火箭导弹及宇航器的红外窗口和整流罩、红外输出器钟罩、红外发生器管壳、红外透镜及激光工作物质等。
18.异军突起的微晶玻璃
我们都知道玻璃是一种透明、易碎的材料，是由熔融物冷却硬化而成的非晶态固体，其内部物质分子来不及排列成整齐的队伍就凝固了，基本上保持液态时的格架，比较杂乱。但玻璃中的分子不像液体中的分子那样自由移动，而只能在极小的区域内振动，因此，玻璃就像是被“冻结的液体”。那么怎样能使玻璃内部物质结晶呢？
就如空气中的水蒸气要以尘埃为凝聚核心才能形成水滴一样，玻璃结晶也要有适当的核心，金、银、铜等金属元素和氧化钛、氧化锆等氧化物可以作为结晶核心，还要在一定的温度条件下热处理后，才能形成具有一定结晶程度的玻璃。
结晶相一般是多晶结构，晶体一般小于0.1微米，结晶相在玻璃中的数量一般为50％～90％。微晶玻璃的结构、性能及生产方法与陶瓷和玻璃都有所不同，而性能兼具两者的特点，成为一类独特的材料，因此又称为玻璃陶瓷或结晶化玻璃。
微晶玻璃膨胀系数变化范围大、机械强度高、化学稳定性及热稳定性好。微晶玻璃按结晶化原理分为光敏微晶玻璃和热敏微晶玻璃，按性能分为耐高温、耐热冲击、高强度、高硬耐磨、可切削、耐腐蚀、低膨胀、低介电损耗、强介电性玻璃等。微晶玻璃具有十分广泛的用途，可用作雕花玻璃，在玻璃上雕刻出栩栩，如生的图案，制成高级装饰品和艺术珍品；可用作天文望远镜的镜片；广泛用作1厨房用具、热工仪表、医学和建筑材料；可以用作火箭、人造卫星和航天飞机的结构材料；在机械工业上可用以制作滚动轴承、汽轮机叶片、高速切削刀具、热交换器、化工用泵和管道以及其他要求耐磨、耐蚀、耐热的机械零件。此外，微晶玻璃还有一些特殊的功能和用途，例如，有生物活性的微晶玻璃可加工成人工骨关节、人工牙等，有磁性的微晶玻璃可以制造计算机记忆元件。
19.坚不可摧的安全玻璃
1998年2月9日夜，格鲁吉亚总统谢瓦尔德纳泽在乘一辆奔驰汽车回家途中，突然，从夜色笼罩下的密林里窜出20名杀手，向总统座车疯狂扫射并投掷手榴弹，汽车伤痕累累，但幸运的是谢瓦尔德纳泽毫发无损！这要归功于德国政府赠送给他的这辆价值50万美元的奔驰牌防弹汽车。它安装了一种安全玻璃——防弹玻璃。安全玻璃是由坚韧的塑料内层将两片玻璃在一定温度和压力下粘结而成，也称为夹层玻璃或胶合玻璃，其塑料内层可以吸收冲击和爆炸过程中所产生的部分能量和冲击波压力，即使被震碎也不会四散飞溅。安全玻璃具有良好的安全性、抗冲击性和抗穿透性，具有防盗、防弹、防爆功能。
建筑物使用安全玻璃，可以抵御子弹或每小时100千米的飓风中所夹杂碎石的攻击，这对主体玻璃结构的现代建筑具有特别重要的意义。
针对住宅和商业区的盗窃是经常发生的，盗贼的目标往往是那些易于得手且不易被发现的目标。玻璃门窗通常是受攻击的目标，安全玻璃能抵御锤子、铁棍和砖头击打，犯罪分子常用作盗窃工具的无声玻璃切割刀对它也无可奈何，可有效地阻止或延迟罪犯盗窃和强行侵入，大大提高了防范效果。
安全玻璃通常用在一些重要设施，如银行大门、贵重物品陈列柜、监狱和教养所的门窗等。而高强度安全玻璃能在一段时间内抵御穿透，为其他装置作出反应赢得足够的时间。世界上一些最著名的文物，如《蒙娜丽莎》和《独立宣言》就是用安全玻璃保护的。
防弹玻璃是由多层玻璃与多层PVB中间膜粘结加工而成，它可抵御住手枪、步枪甚至炸弹爆炸的强烈冲击。在全球城市恐怖爆炸事件中，玻璃碎片是造成人员伤害的主要原因。爆炸发生时，玻璃碎片像雨点一样横飞，甚至可以飞到几千米以外的地方，造成的受伤害人数占到90％以上。夹层玻璃在爆炸事件中即使被震碎，仍可完整地保留在框中，大大降低了玻璃碎片对人的伤害。
20.更加牢固的新型玻璃
美国宾夕法尼亚大学研究人员在《科学》杂志上撰文说，一种新的玻璃回火法能够防止微小裂缝变成大裂缝，并且可使窗户、计算机屏幕和汽车的挡风玻璃更为坚固和清晰。
科学家说，这种新方法不仅使玻璃更坚固，而且当出现危险的裂缝时能够使人们看到破裂的前兆。常规的回火方法利用热或者化学制品增加玻璃的强度。但是这种方法使人们难以预测玻璃将在何处破裂，并且使得仅仅一条不稳定的裂缝就能导致玻璃在没有先兆的情况下破碎。
文章阐述了在表面以下集拢一层原子如何使玻璃更坚固并且减小强度变化，即工程师们在设计玻璃产品时考虑的强度极限范围。
从事这项研究的州立宾夕法尼亚大学材料科学家戴维·格林说：“我们已能够增加玻璃的强度并且降低强度变化。”
当玻璃较为平稳地破裂时，在玻璃破碎前更换汽车挡风玻璃和窗户上的玻璃等会容易得多。缩小强度极限的范围也能使很多玻璃产品质量更好。
工程师通常使用超过所需强度和重量的玻璃，因为他们是按照最低强度极限来设计的。而减少强度变化可使工程师使用较薄的玻璃，这样玻璃不仅更轻而且更透明。格林说，这可使汽车挡风玻璃更为坚固和轻便，并且使计算机屏幕上的图像更清晰。
格林的研究小组说，使玻璃更坚固的关键是增加表面以下的回火程度。格林解释说，较下面的玻璃层像一道屏障一样可阻止裂缝通过。
他说：“未经处理的玻璃或者按常规方法处理的玻璃在出现裂缝时，裂缝会迅速蔓延并导致玻璃破碎，而在经过新法处理的玻璃上，小裂缝虽然在表面形成，但是蔓延的趋势很快会被压缩过的玻璃层抑制。”
21.变浑浊为清洁的反渗透膜
我们无法去追究是工业文明还是人口无休止的增长使我们面临了这场水的危机：早在20世纪70年代中期，由于众多的河流遭到严重污染，全世界有70％的人无法卫生而安全地用水。淡水资源的日益匮乏，使人们一再把目光投向浩瀚的海洋。地中海中部的马耳他，建有世界上最大的反渗透海水淡化厂。海水在这里变成卫生的淡水，为岛上的3万居民和前来观光的旅游者提供忠实的服务。
“反渗透法”是目前海水淡化中最有效、最节能的技术。它的装置包括去除浑浊物质的前处理设备、高压泵、反渗透装置、后处理设备、浓缩水能量回收器等。反渗透装置是其关键，而它的核心则是反渗透膜。
反渗透指的是沿与溶液自然渗透方向相反的方向进行的渗透，即溶剂从高浓度向低浓度溶液进行渗透。生物体内，膜是不同组织问的屏障。物质交换时，它只允许其中的某些通过，而排斥其他。这种对物质具有一定选择能力的膜叫做半透膜。假设有一张膜只允许淡水通过，把它放在淡水和盐水中间，在自然状态下，淡水会透过半透膜稀释盐水来减小浓度差，当高度相差一定程度时，渗透会自动停止。如果在盐水一边施加压强，使它大于渗透压，盐水中的水分子就被迫渗入淡水一方，这就是反渗透现象。只要保持足够的压强，并及时取走淡水，盐水中的水分子就源源不断地透过半透膜进入淡水中，盐分就被“过滤”掉了。
所谓反渗透膜就是利用反渗透原理进行分离的液体分离膜。具体的说，反渗透膜上有许多小孔，孔的大小只允许水分子通过，盐类和杂质分子都比孔大而无法通过——像个筛子。
反渗透膜的优点是装置结构紧凑、安装简单、操作简便、能耗低，并可在常温F操作，易于工业化生产。20世纪80年代发明的复合膜，由超薄反渗透膜、多孔支撑层、织物增强层叠加而成，透水量极大，除盐率高达99％，是理想的反渗透膜。
反渗透膜在分离小分子有机化合物时也特别有效，因此在有机化工、酿造工业、三废处理等领域也得到了很好的应用。
