10月9日，商務(wù)部、海關(guān)總署發(fā)布公告，對相關(guān)稀土物項實施出口管制。美東時間10月10日，美方宣布，針對中方采取的稀土等相關(guān)物項出口管制，將對中方加征100%關(guān)稅，并對所有關(guān)鍵軟件實施出口管制。

 

10月12日，商務(wù)部新聞發(fā)言人在答記者問時強調(diào)，中方發(fā)布了關(guān)于稀土等相關(guān)物項的出口管制措施，這是中國政府依據(jù)法律法規(guī)，完善自身出口管制體系的正當(dāng)做法。中國的出口管制不是禁止出口，只要是用于民用用途的、合規(guī)的出口申請，都可以獲得批準(zhǔn)，相關(guān)企業(yè)無須擔(dān)心。

 

中美新一輪貿(mào)易摩擦再起，一邊是威脅加征關(guān)稅，另一邊則是稀土出口管制。作為經(jīng)濟晴雨表的股市，則真實呈現(xiàn)出當(dāng)下的市場反映，美國股市、港股以及滬深兩市紛紛受挫，陷入持續(xù)走低的狀態(tài)。對于普通人來說，稀土有些陌生，但卻和人們的日常生活息息相關(guān)。

 

 

認識稀土
稀土是指15種鑭系元素，以及鈧、釔等共17種特殊元素。這些元素擁有極強的導(dǎo)電與磁性特質(zhì)，能提升電子產(chǎn)品的性能與穩(wěn)定度，被譽為現(xiàn)代工業(yè)的“科技維生素”。從芯片、電池、計算機熒幕、醫(yī)療儀器到軍事工業(yè)，都少不了稀土應(yīng)用。一架F-35戰(zhàn)斗機需要約417公斤稀土、人形機器人平均需用到4公斤稀土。

 

湖北三峽實驗室主任、武漢工程大學(xué)池汝安教授在紀(jì)實科教節(jié)目中就談到，稀土不是土，也不稀。稀土之所以被稱為“稀”，是因為在自然界中分布分散、礦床中多種稀土元素相互混合，且外層電子結(jié)構(gòu)相似，難以用一般化學(xué)方式分離。從礦石中提煉出可用于工業(yè)生產(chǎn)的高純度稀土氧化物，技術(shù)門檻極高，因此全球稀土供應(yīng)鏈的主導(dǎo)權(quán)，長期掌握在中國手中。

 

 

如果你問DeepSeek關(guān)于稀土的問題，提供的回答一般從稀土元素材料展開。根據(jù)稀土元素性質(zhì)不同，分為稀土磁性材料和稀土光電材料。稀土磁性材料利用稀土元素的4f電子磁矩（特別是其強大的自旋角動量），憑借高磁晶各向異性、高飽和磁化強度、高矯頑力，可產(chǎn)生、增強或控制磁場。這類材料的核心稀土元素有釹（Nd）、鐠（Pr）、釤（Sm）、鏑（Dy）、鋱（Tb），主要應(yīng)用場景包括永磁電機（電動汽車、風(fēng)電發(fā)電機）、磁共振成像（MRI）、磁懸浮等。

 

稀土光電材料則是利用稀土離子的獨特電子躍遷（能級躍遷）吸收、轉(zhuǎn)換或發(fā)射光子，從而實現(xiàn)光-光轉(zhuǎn)換、光-電轉(zhuǎn)換或電-光轉(zhuǎn)換。這類材料的核心稀土元素有銪（Eu）、鋱（Tb）、釔（Y）、鈰（Ce）、釹（Nd）、鉺（Er），主要應(yīng)用場景包括激光器（工業(yè)、醫(yī)療、科研）、光纖放大器（通信領(lǐng)域關(guān)鍵）、照明與顯示（LED、熒光燈、顯示器）、防偽標(biāo)記等。

 

 

稀土光電材料的應(yīng)用
根據(jù)上文所述，稀土與激光產(chǎn)業(yè)更多的直接聯(lián)系是稀土光電材料應(yīng)用。根據(jù)集萃激光總經(jīng)理楊和逸的說法，稀土之于中國，就好比石油之于中東，具有舉足輕重的戰(zhàn)略地位。稀土元素是許多核心激光技術(shù)的基石，特別在固態(tài)激光器和光纖激光器領(lǐng)域。沒有稀土摻雜材料，現(xiàn)代高性能激光器的許多突破性進展，幾乎不可能實現(xiàn)。

 

豐富的能級結(jié)構(gòu)：稀土元素（特別是鑭La系元素）擁有未填滿的4f電子殼層。這些4f電子被外層的5s2和5p6電子殼層部分屏蔽，使其受外部環(huán)境（基質(zhì)材料）的影響相對較小。這導(dǎo)致了稀土離子在固態(tài)基質(zhì)中具有尖銳、分立、穩(wěn)定的能級躍遷。

 

長壽命的亞穩(wěn)態(tài)能級：許多稀土離子存在壽命相對較長的亞穩(wěn)態(tài)能級，通常在微秒到毫秒量級。這是實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)（激光產(chǎn)生的必要條件）的關(guān)鍵特性。電子可以被激發(fā)到這些亞穩(wěn)態(tài)，停留足夠長的時間，從而積累起來，超過低能級的粒子數(shù)。

 

 

高效的能量轉(zhuǎn)換：稀土離子在特定的波長范圍內(nèi)（紫外、可見、近紅外、中紅外）具有高效的吸收和發(fā)射能力。它們可以通過吸收泵浦光（如激光二極管發(fā)出的光）的能量被激發(fā)，然后通過受激輻射發(fā)射出特定波長的激光。

 

基質(zhì)兼容性：稀土離子可以以相對較高的濃度摻雜到各種固態(tài)基質(zhì)材料中，如晶體（如YAG-釔鋁石榴石、YVO?-釩酸釔、藍寶石）、玻璃（如硅酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃、氟化物玻璃）和陶瓷，而不會顯著破壞基質(zhì)的結(jié)構(gòu)或?qū)е聡?yán)重的濃度淬滅（某些元素在高濃度時發(fā)光效率會下降，但許多稀土離子可以容忍較高濃度）。這使得它們成為理想的增益介質(zhì)。

 

稀土離子是實現(xiàn)高效率、特定波長、高功率/高能量激光輸出的最有效、最關(guān)鍵途徑。稀土摻雜材料提供了從紫外（通過上轉(zhuǎn)換或倍頻）到中紅外（-3μm以上也有探索）的廣泛激光波長選擇，可滿足不同應(yīng)用需求。固態(tài)激光器（尤其是Nd:YAG）和光纖激光器是現(xiàn)代激光工業(yè)的兩大支柱，其核心都依賴于稀土元素。

 

盡管存在其他類型的激光器（如半導(dǎo)體激光器、氣體激光器、染料激光器），但在許多關(guān)鍵的功率水平、光束質(zhì)量、效率、波長和可靠性要求下，稀土摻雜的固態(tài)和光纖激光器具有不可替代的優(yōu)勢。

 

稀土元素獨特的原子結(jié)構(gòu)和電子能級特性，特別是4f電子的部分屏蔽效應(yīng)，使其成為構(gòu)建高效、穩(wěn)定、波長多樣的激光增益介質(zhì)的理想選擇。從傳統(tǒng)的Nd:YAG固體激光器到引領(lǐng)工業(yè)變革的千瓦級光纖激光器，再到新興的2μm醫(yī)療和材料加工激光器，稀土元素都扮演著核心角色。

 

它們不僅是實現(xiàn)特定激光波長的關(guān)鍵，更是推動激光技術(shù)向更高功率、更高效率、更廣泛應(yīng)用發(fā)展的基礎(chǔ)材料。因此，稀土資源的穩(wěn)定供應(yīng)和稀土激光材料的持續(xù)研發(fā)，對于激光技術(shù)的進步至關(guān)重要。

 

 

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的“命門”
本次稀土出口管制涉及到相關(guān)稀土物項，但業(yè)界認為，其中最核心也最重要的是稀土磁性材料的出口管制。相比其他國家，無論是稀土磁性材料的儲備還是加工提煉，中國都具有顯著優(yōu)勢。

 

近年來，芯片、半導(dǎo)體以及當(dāng)下炙手可熱的人工智能等高精尖領(lǐng)域，已經(jīng)成為未來各國比拼科技的主戰(zhàn)場。光刻機的晶圓臺、掩模臺需實現(xiàn)納米級精度的高速運動，核心依賴無摩擦直線電機與磁懸浮系統(tǒng)，而這些系統(tǒng)的驅(qū)動力與強磁場均來自稀土永磁體，其中以釹鐵硼（NdFeB）永磁體為主。NdFeB永磁體主體由釹、鐵、硼合金構(gòu)成，為提升高溫穩(wěn)定性（避免退磁），需摻入鏑（Dy）、鋱（Tb）調(diào)節(jié)居里溫度。

 

阿斯麥EUV光刻系統(tǒng)

 

單臺EUV光刻機需搭載數(shù)十公斤釹鐵硼磁鋼，用于電機定子與轉(zhuǎn)子。釹是這種磁體的主成分，提供超高磁能積，而鏑和鋱作為輔料改善高溫穩(wěn)定性。稀土磁體的應(yīng)用，使得光刻機能夠?qū)崿F(xiàn)每小時百片以上晶圓的掃描速度，同時保持亞納米定位精度。

 

除晶圓臺外，光刻機的對準(zhǔn)系統(tǒng)、鏡頭調(diào)節(jié)機構(gòu)、上下料機械手等組件，其無刷直流電機或音圈電機的核心部件，同樣是稀土磁鋼。需注意的是，稀土在此環(huán)節(jié)的作用集中于設(shè)備級支撐，不直接進入晶圓制造，但缺少稀土磁體將導(dǎo)致當(dāng)代光刻設(shè)備的精密運動功能完全失效。

 

除精密運動控制外，光源與光學(xué)組件也依賴稀土。EUV、深紫外光刻的主光源不依賴固體稀土介質(zhì)，但晶圓定位、對準(zhǔn)、檢測用的輔助激光器，普遍采用釹摻雜釔鋁石榴石（Nd:YAG）晶體，其含有的Nd3+離子是高功率激光增益介質(zhì)，可輸出1.064μm激光，經(jīng)二倍頻后生成532nm可見光或進一步轉(zhuǎn)化為355nm紫外光，滿足高精度檢測需求。

 

LLNL目前正在測試大孔徑銩新型激光器技術(shù)，采用摻銩氟化釔鋰（Tm：YLF）作為激光增益介質(zhì)，理論上可以高效輸出拍瓦級、超短激光脈沖

 

在前沿研究中，稀土還為下一代EUV光源提供潛力。美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室開發(fā)的大孔徑銩（Tm）激光器，利用Tm³?離子產(chǎn)生-2μm激光，與當(dāng)前行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)二氧化碳激光器相比可將EUV光源效率提高約10倍，為EUV光刻的成本降低提供可能。

 

EUV/DUV光刻機的激光系統(tǒng)需避免反射光損傷激光器，核心解決方案是光學(xué)隔離器，其核心材料為鋱鎵石榴石（Tb?Ga?O??，簡稱TGG）晶體。TGG中的鋱（Tb）元素具有強法拉第磁光效應(yīng)，在強磁場中可旋轉(zhuǎn)光的偏振面，僅允許激光單向通過，是保障深紫外激光穩(wěn)定性的不可替代組件。

 

 

稀土與激光加工
說完稀土作為材料的應(yīng)用。激光作為一種先進制程工具，同樣也適用于稀土材料加工。以釹鐵硼磁性材料為例，這種材料是以金屬間化合物Nd2Fe14B為基礎(chǔ)的第三代高性能稀土永磁體，也是目前磁性最強的永磁材料。

 

釹鐵硼磁性材料因磁性能強和性價比高等特性，被廣泛應(yīng)用于新能源汽車、通訊電子、工業(yè)電機、醫(yī)療器械、風(fēng)力發(fā)電、人工智能和航天航空等領(lǐng)域。釹鐵硼永磁材料硬度高、脆性大、難加工。利用水導(dǎo)激光切割加工釹鐵硼永磁材料，可以實現(xiàn)很好的加工效果。

 

釹鐵硼磁性材料

 

經(jīng)過國內(nèi)企業(yè)的實驗比對，相較于傳統(tǒng)大功率激光切割，水導(dǎo)激光加工工藝具有熱影響區(qū)小，無磁損的加工特點，并且有效切割深度可達8mm。相較于成型磨削加工，水導(dǎo)激光加工效率高、適用范圍廣，不需要設(shè)計專用砂輪，縮短了產(chǎn)品的制造周期和成本。

 

采用水導(dǎo)激光加工釹鐵硼永磁材料，不僅滿足了加工尺寸的高精度要求，而且可以獲得高質(zhì)量的表面加工效果，對改善釹鐵硼永磁材料機械加工狀況、提高產(chǎn)品質(zhì)量與加工效率具有重要意義。

 

激光熔覆過程中由于冷卻速度極快，易產(chǎn)生裂紋、孔洞等缺陷。稀土元素因獨特的電子結(jié)構(gòu)和化學(xué)活性，近年來被廣泛應(yīng)用于激光熔覆粉末中，可有效細化晶粒、凈化熔池、改善組織均勻性，從而顯著提升熔覆層的綜合性能。

 

今年7月，來自江蘇科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的研究人員在材料科學(xué)領(lǐng)域國際頂尖期刊《合金與化合物雜志》上發(fā)表了一篇題為《稀土元素改善激光熔覆涂層微觀結(jié)構(gòu)與性能的研究綜述》論文中，全面綜述了稀土元素（如Ce、La、Y、Sm等）在激光熔覆鐵基、鎳基、鈷基和高熵合金涂層中的應(yīng)用研究進展。

 

經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，向熔覆粉末中添加稀土元素可提高激光吸收率，促進熔池流動，使涂層成分均勻化；此外，稀土元素活性高，易與熔池中的有害元素（如P、S）及夾雜物反應(yīng)，實現(xiàn)晶界凈化，從而減少涂層中的氣孔和裂紋，顯著改善成形質(zhì)量。

 

激光熔覆

 

稀土元素主要通過細化晶粒來提升涂層性能。其細化機理在于：稀土元素易在晶界處富集，既能拖拽晶界，又可增加形核位點、抑制晶粒長大；同時，稀土元素固-液界面能低，所需形核吉布斯自由能降低，形核率提高。

 

在涂層中引入稀土元素可降低稀釋率，實現(xiàn)涂層與基體更好的冶金結(jié)合。特別是對于高熵合金涂層，稀土元素可顯著改善因涂層與基體物理化學(xué)性能差異大而導(dǎo)致的冶金結(jié)合不良問題。

 

全球稀土產(chǎn)能與提煉成本對比

 

有關(guān)稀土的話題其實還有很多其他，其中，關(guān)于稀土的提純也是非常重要的環(huán)節(jié)。目前，中國控制著90%的全球精煉產(chǎn)能，而美國、日本、歐盟、澳大利亞這些經(jīng)濟體加起來，勉強湊出剩下的10%。

 

更難得可貴的是，中國是全球唯一擁有從稀土開采、冶煉分離、功能材料生產(chǎn)到終端應(yīng)用完整產(chǎn)業(yè)鏈的國家。當(dāng)然其他歐美國家，也在加緊完善各自的稀土產(chǎn)業(yè)鏈，但這并非一朝一夕的事情，需要時間沉淀和技術(shù)積累。