在光刻工艺中，铼(Re)良好的电导性对响传导电子的影响

文/万物知识局

编辑/万物知识局

一、铼的物理性质

铼 的密度相对较高，约为21.02克/立方厘米。这使得铼成为一种重要的高密度材料，在许多领域具有广泛的应用。另外，铼的熔点 也相对较高，约为3186摄氏度。这使得铼在高温环境下能够保持稳定性，适用于高温工艺和应用。

铼具有良好的电导性和热导性。它是一种优良的电导体，在室温下的电导率约为47.1万西门子/米。这使得铼在电子学领域中得到广泛应用，例如电子器件和集成电路的导线材料 。此外，铼也具有较高的热导率，约为1.73瓦/米·开。这使得铼在高温环境下能够有效地传导热量，适用于高温散热器和热管理系统。

铼是一种顺磁性材料 ，即在外磁场作用下会产生磁化。然而，铼的磁性相对较弱，在室温下磁矩较小。铼也不会表现出明显的铁磁性或反铁磁性。此外，铼还具有超导性 ，在低温下能够表现出超导电性。铼的超导转变温度约为1.7开尔文，是一种低温超导体。这使得铼在超导技术和磁场应用中具有重要的地位。

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铼具有较高的密度和熔点 ，适用于高密度和高温环境下的应用。它具有良好的电导性和热导性，可用于电子学和热管理领域。铼的磁性相对较弱，但具有超导性，在低温下显示出超导电性。这些物理性质使得铼在许多领域具有重要的应用价值。在后续研究中，可以进一步探索铼的物理性质，加深对其特性的理解，并开发出更广泛应用的铼材料。

二、铼的化学性质

铼在常温下相对稳定，具有较好的耐腐蚀性。它能够抵抗大部分非氧化性酸的侵蚀，包括硫酸、盐酸和硝酸等。然而，在浓度较高的氧化性酸（如浓硝酸）或碱性条件下，铼可能会发生氧化反应或形成溶解物。

铼可以形成多种氧化态的化合物，最常见的是+4和+7氧化态。其中，ReO2和Re2O7 是铼的常见氧化物。此外，铼还能与其他元素形成多种化合物，如卤化物（如ReCl3、ReBr3）、硫化物（如ReS2）、氮化物（如ReN）等。这些化合物在材料科学、催化剂和电子学领域具有重要的应用。

铼具有一定的反应性，可以与其他元素发生化学反应。例如，铼与氧气在高温条件下反应，形成氧化物 。此外，铼还具有良好的催化性能，在化学反应中发挥重要作用。铼催化剂被广泛应用于有机合成、氢氧化反应、氧化反应等领域，具有高效、选择性和稳定性的特点。

铼在合金中也具有重要的应用。它与其他金属元素的合金可以提高材料的性能和特性。例如，与钼形成的合金具有较高的硬度和耐热性，常用于高温环境下的应用。此外，铼合金还可以提供良好的耐腐蚀性和抗磨损性能 ，广泛应用于化工、航空航天等领域。

铼具有较好的化学稳定性，在常温下能够抵抗大部分非氧化性酸的腐蚀。它可以形成多种氧化态的化合物，其中ReO2和Re2O7是常见的氧化物。铼还具有一定的反应性，在高温条件下能够与氧气等元素发生反应。

此外，铼具有出色的催化性能 ，广泛应用于化学反应中。铼与其他金属形成合金，能够提高材料的性能和特性。在后续的研究中，可以进一步探索铼的化学性质，拓展其应用领域，并深入研究其在催化、材料科学等方面的潜在价值。

三、铼的晶体结构

铼的晶体结构是面心立方 （FCC）结构，也被称为六方最密堆积结构 。铼原子在晶格中以一种紧密堆积的方式排列。铼的晶格参数是常数a=2.760 Å。铼晶体的晶胞结构是面心立方结构，其中每个晶胞包含4个原子。每个原子位于晶格的顶点和体心位置。

在铼的面心立方结构中，每个原子与其周围的12个邻近原子相互接触，形成六边形密堆积的结构。这种排列方式使得铼晶体具有较高的密度和紧密堆积的特性。由于铼的晶体结构是六方最密堆积结构，其中没有形成明显的空隙。这意味着铼晶体中没有大的空隙或孔隙存在。因此，铼晶体具有较高的密度和均匀的原子排列 。

铼的晶体结构对其物理和化学性质具有重要影响。例如，铼具有较高的熔点和较好的耐腐蚀性，这部分归因于其结构的稳定性。此外，铼的晶体结构还决定了其导电性和热导性等物理特性。

铼的晶体结构是面心立方（FCC）结构，也被称为六方最密堆积结构 。铼晶体的晶胞结构是面心立方，每个晶胞包含4个原子，每个原子位于晶格的顶点和体心位置。铼晶体中没有明显的空隙或孔隙，具有高密度和均匀的原子排列。

铼的晶体结构对其物理和化学性质具有重要影响。在后续的研究中，可以进一步探索铼晶体结构与其性质之间的关系，以及在材料科学和电子学等领域的应用潜力。

四、铼在电子学中的应用

铼在电子学中具有广泛的应用，其优异的物理和化学性质使其成为许多电子器件和材料的重要组成部分。铼在半导体制造工艺 中扮演着重要角色。它被广泛应用于制备金属电极和衬底材料。

铼电极常用于金属氧化物半导体场效应晶体管 （MOSFET）和金属-绝缘体-金属（MIM）结构中，具有低电阻、良好的薄膜附着性和稳定的电学性能。此外，铼还被用作衬底材料，在光刻工艺中起到支撑和传导电子的作用。

铼在薄膜技术 中得到广泛应用。由于其良好的附着性和高熔点，铼薄膜常用于电子器件中的金属层。例如，在光伏电池和平面显示器中，铼薄膜被用作透明电极和反射层。此外，铼薄膜还被用于制备传感器、电子封装和光纤通信等领域。

铼在许多电子器件中扮演着重要角色。例如，铼在电阻器中用作电阻材料，由于其低电阻率和稳定性，可用于高精度电阻和电流测量。此外，铼还广泛应用于电子管、集成电路、场发射器件等领域。铼-二氧化硅（Re-SiO2）结构 也是一种常见的电容器材料，用于高频电路和存储器件。

铼在电路连接中起到重要作用。由于其优异的导电性能和可焊性，铼被用作电路板上的导线、连接器和焊料。它具有较低的电阻、较高的熔点和良好的耐腐蚀性，适用于高温和恶劣环境下的电路连接需求。

铼在电子学中有广泛的应用。它被用于半导体制造中的电极和衬底材料 ，薄膜技术中的透明电极和反射层，电子器件中的电阻材料和电容器材料，以及电路连接中的导线和焊料。铼的优异性能和稳定性使其成为电子学领域中不可或缺的材料之一。随着技术的进步，铼在电子学中的应用还将不断拓展，为电子器件的性能提供更多可能性。

五、铼在合金材料中的应用

铼在高温合金中扮演着重要角色。由于其高熔点和良好的热稳定性 ，铼常用于制备耐高温材料，如航空发动机部件、燃烧室衬板和高温工具。铼合金能够保持较高的强度和抗氧化性能，在高温环境下具有出色的耐久性。

铼具有优异的耐腐蚀性 ，因此在耐腐蚀合金中得到广泛应用。铼合金在酸性、碱性和高温等腐蚀环境中表现出较好的稳定性和耐久性。这使得铼合金成为化工设备、电解槽、催化剂和核工业中的关键材料。

铼合金在电阻合金中有着重要的应用。由于铼具有较高的电阻率和较低的温度系数，铼合金常用于电阻器、电流计和温度传感器 等电子器件中。铼合金还具有良好的稳定性和耐腐蚀性，适用于广泛的工业和科学应用。

由于铼的高成本和稀缺性，它通常与其他贵金属（如铂、钯和金）合金化，形成贵金属合金。这些合金具有较高的抗氧化性、耐腐蚀性和热稳定性 ，常用于珠宝制造、电子器件和化学催化剂等领域。铼贵金属合金在珠宝业中的应用尤为突出，如铂铼合金用于制作高档珠宝首饰。

六、铼在光学器件中的应用

铼在光学器件中具有重要的应用，其优异的光学性能使其成为许多光学器件的关键材料之一。以下将详细介绍铼在光学器件中的应用，包括反射镜、光纤、激光器和光学涂层等方面。

铼在光学反射镜 中得到广泛应用。由于其高反射率和优异的抗氧化性能，铼反射镜在紫外线、可见光和红外线等频段具有良好的反射特性。铼反射镜常用于激光器、天文望远镜、太阳能电池和精密光学仪器等领域。

铼在光纤技术中扮演重要角色。铼光纤具有良好的光学传输性能和高温稳定性，可用于高功率激光传输、光纤传感和光通信 等应用。铼光纤还具有较低的损耗和优异的耐腐蚀性，能够满足各种特殊环境下的光传输需求。

铼在激光器中的应用也十分重要。铼具有较高的熔点和良好的热导性能，适合用于制备高功率激光器的激光工作介质和冷却材料。铼激光器在医疗、材料加工、科研和工业领域中得到广泛应用，具有高效能和稳定性的特点。

铼在光学涂层中起到重要作用。通过在基底材料上沉积铼薄膜，可以调节光学性质，如折射率、反射率和透过率等。铼涂层广泛应用于光学滤波器、偏振器、光学镜片和光学反射膜 等器件中。铼涂层还可以提高光学器件的耐久性和稳定性。

铼在光学器件中有广泛的应用。它被用于制备反射镜、光纤、激光器和光学涂层等器件中，具有优异的光学性能和稳定性。随着光学技术的不断发展，铼在光学领域的应用还将继续拓展，为光学器件的性能提供更多可能性。

七、铼材料的优势和挑战

高熔点：铼的熔点为3186°C ，是常见金属中熔点最高的之一 。这使得铼能够在高温环境下保持稳定性和良好的机械性能，适用于高温应用领域。抗腐蚀性：铼具有良好的耐腐蚀性，能够在酸性、碱性和高温等恶劣环境中保持稳定性。这使得铼在化工、电子和核工业等领域中得到广泛应用。

高强度：尽管铼是一种相对柔软的金属，但通过合金化或冷变形处理 ，可以显著提高其强度和硬度。这使得铼能够满足高强度和耐磨损要求的应用。

光学性能：铼具有优异的光学性能，如高反射率和较低的散射损失。这使得铼在光学器件中广泛应用，如反射镜、光纤和光学涂层等。

高成本：铼是一种稀有金属，相对较为昂贵 。其稀缺性导致了较高的成本，限制了其在某些应用领域的推广和使用。难加工性：由于铼具有高熔点和高硬度，它的加工性相对较差。加工铼材料需要采用特殊的工艺和设备，增加了生产成本和难度。

易形成氧化物：铼在高温和氧气环境下容易形成氧化物，影响其表面质量和耐腐蚀性。因此，在加工和使用铼材料时需要采取适当的防护措施。脆性：纯铼材料在室温下具有一定的脆性，容易发生断裂。合金化和热处理可以改善其韧性，但仍需要注意材料的使用条件和应力控制。

结论

铼材料具有许多优势，包括高熔点、抗腐蚀性、高强度、优异的导电性和光学性能 。然而，铼材料的高成本、难加工性、易形成氧化物、脆性和环境问题等挑战限制了其广泛应用。未来的研究和技术发展有望解决这些挑战，并进一步推动铼材料在各个领域中的应用。

2017年，我国终于发现了“铼”，成功打破西方国家的垄断

中国有“铼”，世界青睐

美国前总统特朗普在一次演讲中曾说：美国控制了高科技，竟然在一次世贸组织中输给了中国。中国买到了世界上80％的钢铁，40％的石油和天然气，60％的大豆，还有80％的铜和黄金；中国买到了乌克兰的航母，以斯列的导弹，德国的机床和法国的……，而且这些还都是用美金去买的。

由此可见，中国经济的发展已经让世人刮目相看。

而在2017年中国更是发现了稀世罕见的“铼”资源，简直让某些国家垂涎三尺。

航天事业的助燃剂

随着科技的发展，资源的储备就成为世界各国的重中之重，因为资源决定着发展的速度。一个国家，即使技术再先进，一旦没有资源，那也造不出成品。俗话说：“巧妇难为无米之炊 ”，资源也决定了一个国家的发达程度 。

我国虽然是一个地域辽阔、矿产资源丰富的大国，但许多资源还是稀缺的。因为有些稀缺资源靠进口，很多时候不得不被卡住脖子，放缓发展的脚步。

如今在陕西发现世界最大铼矿，这一发现震惊了全世界。以前我国用“铼”是去日美买，求人家提供技术，现在是他们给技术我们都不换。

2017年，在陕西的华山矿区内，地质学家发现了储量比较丰富的“铼”资源。因为我国对“铼”的需求量不是很高，所以这些铼资源足够我们使用很多年。

我国航空及航天事业之所以缓慢，就是因为缺少“铼”资源。这一重大发现，对这项事业起着极大的推动作用。在此之前，铼资源大多靠从日美等国家进口，取之于别国，毕竟会受限于别国。

毕竟某些国家是不愿意看到中国飞速发展的，他们虽然对中国出口铼资源，但在数量上极其有限。

我国发现大型铼矿资源后，很多国家想从中国进口，但都被拒绝了。因为我国本就是一个缺乏铼资源的国家，自己都不够用，所以更不可能卖了。

尽管某个国家别出心裁，提出用技术来换取铼资源，但无一不被我国拒绝。

那么， “铼”究竟是什么？接下来我们先说“铼”的由来

最稳定的元素

1925年，科学家在莱茵河的铂矿和铌铁矿中发现了“铼”元素，“铼”也因此得名。

“铼”是稀有元素，在元素周期表中排在第75位，是一种重金属，通常呈银白色，也最后一个被发现的拥有稳定性的元素。

由于铼是一种稀散元素，在地壳中的平均含量大概只有十亿分之一，而且主要存在于辉钼矿中，因此产量极低，价比白金，一克就需要大约两三百元人民币 。

从1950年之后，铼才被大家逐渐关注到，并试图将其应用到现代技术中，致使其需求和产量才得到增长。

第一个含“铼”的喷气涡轮机叶片也在20世纪80年代末被首次使用，要知道航空发动机可是世界上技术含量最高的工程机械系统之一，所以“铼”这一元素的重要性也被广泛认知。

根据2015年的数据显示，全球的铼资源总量大约为2600吨左右，其中智利铼资源最丰富的国家，其次是美国、俄罗斯、哈萨克斯坦、亚美尼亚、秘鲁以及加拿大，中国的资源总量不足于全球的铼资源总量的四分之一。

2017年，从我国陕西传来好消息，在华山一个矿区发现了的铼资源，数量很大，甚至占到了全球铼矿资源的8%。这么大的储量预示着我国从此摆脱高价进口的折磨，也预示着我们可以凭着自己的“铼”资源推进航天事业的飞速发展。

直至2020年，中国大陆已探明铼矿储量237吨，全球占比9.88%，位列全球第四了。

“铼”的特性及应用

“铼”是一种稀有金属，其熔点高达3180℃，沸点也排在所有元素的首位，可达到5596℃。

虽然“铼”和钨一样，有较好的稳定性，但钨比较脆弱，“铼”比钨更有任性。“铼”具有较高抗振动与冲击性能，所以被广泛适用于电子工业，特别是真空及振动场所的电子器件或灯丝。

如果把掺杂3%到20%铼的钨合金用于质谱仪、声谱仪、电离压力计及彩电的快速启动用加热器等设备中，能大大延长这些设备的使用年限。

铼是航空发动机叶片的主要材料。因为我国铼资源的稀缺，所以我国在航空发动机上的发展一直没有很大的突破。直到近年来铼资源的出现，才让我国航空技术飞速发展。现在我国已经是有着自己的国产飞机在天空中运营了。

含“铼”的喷气涡轮机叶片

发动机对于一架飞机来说至关重要。由于飞机的发动机需要在高载荷及高温高压的情况下进行高速旋转，因此就需要发动机既要满足功重量小、安全性高，还要符合功率大、耐力强等要求。

而“铼”就是发动机的必备材料。尤其是“铼”的塑性、耐高温性、磨损性和抗腐蚀性极强，能够很好地满足发动机的需求。

如今，“铼”与其他金属元素的组合的合金也得到广泛的使用，涉及了多个领域，其价值也随着人们的需求不断增加。未来不论是对中国还是对全球而言，“铼”都将作为一种战略资源进行储备。

含“铼”的高温合金

“铼”有一定的抗高温高压的能力，以前用的其他金属元素根本无法比拟。因此人们开始提炼“铼”与其他金属元素的高温合金，使合金的性能得以改善和提高。

含“铼”合金中一般含有3%-6%的铼元素，在制作F-15和F-16战机的引擎时，就在合金中加入了3%的铼元素。

后来随着技术进步，在生产F-22和F-35的引擎时，用到了第三代单晶体合金。铼元素在其中占了6%，这也是“铼”的最大实际应用。

钼铼合金

钼中加入铼，在室温下很容易轧制变形。钼铼合金的室温拉伸强度、延展性和电阻率随铼含量增加而增加。通常用来作热电偶丝材，作航空航天中结构材。

把适量“铼”加入钨和钼中，制成的钨铼合金和钼铼合金，不仅具有良好的塑性，还具有高硬度、高强度和耐高温等特性，是各种结构材料的必需品。

钨铼合金还被广泛应用到高温技术、灯泡工业、原子能工业、分析技术、医疗和化工等领域。

而钨铼合金则可以用来制作特种电子管和彩色显像管的灯丝等，所以铼钨合金及铼钼合金是电子行业的必需品。

除此之外，铼还加入铂、铁、铜和钍等金属元素中组成一系列合金，在航空工业和电子工业等方面都有广泛应用。

其他用途

根据美国勘探队在2013年发布的数据来看，全球的铼产量主要用于高温合金，总共占据了其中的80%。剩下的20%则用于催化剂和其他用途。

当“铼”被用在催化剂中时，“铼”和“铼”的化合物的催化活性就十分优秀。尤其是铂-铼催化剂，用以运用到生产无铅和高辛烷的汽油中。

由此可见，铼的作用十分广泛。我国科学界对“铼”的利用和研究已经让国外专家刮目相看。

是“铼”让我们又一次扬眉吐气了一把。

“铼”与中国

根据前文叙述，我们足够了解到“铼”在军事方面和国家战略方面的设备中，都具有很高的利用价值。

因为长期以来，碍于外国对我们的技术封锁，我国虽然有一部分“铼”储量，很难将其运用得炉火纯青。

技术是核心。

因为铼合金的制造技术一直被美国等少数国家垄断，中国以前在这个领域几乎没有任何研究。

当时，我国打算与国外进行合作，以资源换技术。

可谁知，国外企业对所谓技术合作并没有什么兴趣，在中国发现铼矿资源后，让很多国家羡慕不已。他们以为中国技术还不到位，以此来赚取更大的利润。有的想通过长期合同，购买中国生产出来的铼，有的国家想直接买下中国的铼矿，本身并没有技术合作的愿望。

直白点说，他们只是把中国当作原料来源地，从中国低价购买初级的铼原料，进行加工后，再将铼产品高价卖给中国。

这些国家简直就是异想太开，太小看了中国人。

尤其美国，在得知中国发现了铼矿资源后，就怕中国获得铼的深加工技术，打破他们的垄断，所以对中国是防之又防。美国还通过法律规定：关于铼的深加工技术、铼合金的制造技术，不准参与到国际间的企业合作中去。

就算美国一些相关企业已经在中国建厂，也会对中国员工层层设防，不会让他们接触相关技术，即便他们已经成为公司高管也不例外。

既然美国封锁技术，我们无法进行技术引进，那就必须得自己研发。

因为“铼”最主要是用在航空发动机上面，所以航空专家们的重中之重是研制航空发动机的单晶涡轮叶片。

由于研制过程十分困难，而且突出问题也比较多，因此国家投入巨资大力支持。

在人才方面，我们的院校和企业就从海外引进相关领域的一些专家，组建研发团队。

在设备方面，只有单晶炉才能制造单晶涡轮叶片，而我们国家当时也没有这个设备。于是，在国家政策的允许之下，我们有关企业及技术人员也是走遍国内外，最终找到了愿意定制的供应商。

我国有了人才和设备后，一些企业开始专门进行技术公关，采用产研结合的方式，把研制铼合金和相关用途结合起来。

我们的研发工作也很快就走上正轨，到了2015年，航空公司生产出了第一批单晶叶片，经过国际权威检测后，不但合格，而且产品某些性能已经远远超过了欧美标准。

到了2017年，我国终于打破了美国的技术封锁，自主研发的单晶叶片开始正式投产使用。

经过几年的研发制作，成都航宇超合金技术有限公司终于研制出了合格的单晶叶片。

高温的单晶涡轮叶片，其高温拉伸性能和高温持久性能等方面已达到了欧美的标准，顺利地通过了国际权威机构的检测，

2017年新发现的铼资源，更是为我国的航空工业和军事方面的发展提供了更多的原料支持。相信未来我国对铼资源的运用技术还能得到进一步的提升。

结语

我们中国人依靠的，向来不是过人的才智，而是一步一个脚印的坚持与毅力。对“铼”元素的研究也只是开端。

未来的我们，将通过自己的努力，迈向更高的台阶，用我们中国人特有的伟大精神，做到真正的攻无不克，战无不胜。

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