近期，美國與烏克蘭之間關于礦產資源的合作協議成為焦點，尤其是其中涉及的稀土元素，更是引發了全球的關注，也折射出稀土在全球科技競爭和產業鏈中的戰略地位。那么，稀土究竟是什么“土”，為何如此重要？
稀土不是“土”，和普通的“土”（主要成分是硅酸鹽等）在化學性質上有很大差別。稀土元素的名稱最早來源于18世紀末至19世紀的研究發現。當時，這些元素從不常見的礦物中被提取出來，并且在自然界中的含量相對較少，因此被稱作“稀有土”（RareEarth）。盡管現在我們知道其中一些稀土元素并不真正稀有（某些稀土元素的地殼豐度比常見金屬如金、銀要高得多），但在當時它們的發現和分離技術非常有限，導致了這種命名。
實際上，稀土是鑭系元素（共15種）以及鈧和釔這17種金屬元素的統稱。由于其獨特的電子層結構，稀土元素具有獨特的物理和化學性質，在現代經濟與國防科技中占據著至關重要的戰略地位。它們是高科技產業的核心材料，推動全球技術創新和產業升級，也是先進武器系統、雷達、導彈、衛星和隱身技術中不可或缺的關鍵材料，直接關系到國家的軍事優勢和國防安全。因此，稀土不僅僅具有資源屬性，還兼具技術屬性和戰略屬性。確保稀土供應鏈的穩定，已成為各國在經濟與國防戰略中的重中之重。
稀土元素在磁性材料、催化劑、光學材料、中子吸收材料、儲氫材料、航空航天合金材料等方面發揮著不可替代的作用。
磁性材料是稀土元素應用的主要領域之一，約占稀土總量的60%，其中稀土永磁材料占據了絕大部分。2024年，中國稀土永磁材料產量已占全球總量的90%左右。在中低端釹鐵硼磁體生產中，主要使用釹（Nd）、鐠（Pr）等輕稀土元素；而在高端釹鐵硼磁體中，為了進一步提升其高溫穩定性和抗退磁能力，還須添加鋱（Tb）、鏑（Dy）等重稀土元素。釹鐵硼磁體因性能優異，在電動汽車驅動電機、風力發電機、消費電子等眾多現代科技與工業領域不可或缺，有力推動了清潔能源、信息技術及高端制造業的快速發展。釤鈷磁體同樣是稀土磁性材料的重要成員，具有高磁能積、優異的耐高溫和抗腐蝕性，在一些極端環境下成為唯一的選擇。例如，在航空航天發動機、石油鉆井設備等高溫場景中，釤鈷磁體可穩定工作；在海洋、化工設備等強腐蝕環境中，其抗腐蝕特性使其成為不可替代的材料；在航空航天傳感器、高精度測量儀器等對磁場穩定性要求極高的場景中，釤鈷磁體同樣發揮著關鍵作用。此外，鋱鏑鐵作為高性能磁致伸縮材料，憑借高能量轉換效率和快速響應特性，在聲吶系統、超聲換能器、精密機械定位系統中成為核心組件，具有不可替代的地位。還有，稀土極低溫磁制冷技術作為目前唯一不依賴氦-3的制冷手段，具有重要的戰略意義，有助于減少對進口氦-3資源的依賴，其在高能物理、量子計算、深空探測等前沿科技領域展現出廣闊的應用前景。
在催化領域，稀土消費占比高達20%—25%，是僅次于永磁材料的全球第二大稀土應用方向。其核心價值在于稀土元素獨特的4f電子層結構，可顯著提升催化反應的效率和環保性能。在石油裂化領域，鑭（La）、鈰（Ce）作為助催化劑用于石油裂化催化劑，能夠提高催化活性、增強熱穩定性、延長催化劑壽命以及改善產物選擇性，同時有助于減少煉油過程中的SOx/NOx等有害氣體排放，降低環境污染，是石油裂化催化劑的關鍵元素。在汽車尾氣凈化方面，鈰基儲氧材料（CeO2-ZrO2 ）憑借動態氧存儲——釋放特性，使三元催化劑的CO/HC氧化效率和NOx還原率分別超過98%和90%，成為滿足國六/歐六排放標準的關鍵材料。此外，稀土在SCR脫硝催化劑和固體氧化物燃料電池等新興環保領域的作用也不可或缺，充分體現了稀土在傳統產業綠色升級和新能源技術突破中的戰略價值。
在光學材料應用方面，稀土元素La、Nd、鐿（Yb）和鉺（Er）在高性能光學器件中扮演著至關重要的角色。它們能夠顯著提升相機鏡頭、望遠鏡及其他精密光學玻璃的折射率和色散性能，從而優化成像質量。此外，稀土元素在固態激光器中也是不可或缺的，可提供特定波長的激光輸出。固態激光器對稀土原料中的關鍵雜質含量有著極為嚴格的控制要求，通常需要達到ppm（百萬分之一）甚至ppb（十億分之一）級別的純度。稀土元素同樣是半導體材料的關鍵摻雜劑，對改善其電學和光學性能具有重要作用。例如，在光電探測器中，稀土元素的摻雜可以增強材料對特定波長光的敏感性，進而提高探測效率。在光纖放大器中，稀土元素（如Er）能夠通過受激發射放大光信號，廣泛應用于長距離光纖通信系統中。此外，稀土元素銪（Eu）、Tb和Ce等在發光材料領域具有獨特的應用價值。它們能夠發射特定波長的光，是制造節能燈、LED和顯示屏等熒光粉的核心材料。
在中子吸收材料方面，釓（Gd）和釤（Sm）憑借其卓越的中子吸收特性，在核能領域具有不可替代的重要作用，尤其在核反應堆控制棒中發揮著不可替代的作用?？刂瓢糇鳛檎{節核裂變反應速率的核心部件，通過吸收中子精確控制反應堆功率輸出，確保其穩定運行；緊急情況下，控制棒能夠快速插入堆芯終止鏈式反應，防止反應堆失控，從而為核電站的安全運行提供重要保障。此外，釓和釤的使用減少了對傳統控制棒材料（如鎘和硼）的依賴，不僅提升了反應堆的性能，還優化了其設計，已成為現代核反應堆中不可或缺的功能性材料。
稀土儲氫合金是鎳氫電池通常采用的負極材料，稀土元素能夠與氫形成穩定的氫化物，從而提高儲氫容量、降低反應活化能，使電池在充放電過程中更加高效，能提升吸放氫動力學性能，使電池能夠快速充放電，還能夠抑制合金在反復吸放氫過程中的粉化和退化，延長電池壽命。稀土元素（如釔、釓、釤）在固體氧化物燃料電池的電解質中也不可或缺，通過摻雜顯著提升了氧離子導電性和熱穩定性，是其高效運行的關鍵。如：Gd2O3 或Sm2O3 摻雜的的CeO2 ，在中溫范圍（500℃—700℃）表現出更高的氧離子導電性；釔的摻雜在氧化鋯晶格中引入氧空位，促進氧離子遷移，顯著提高高溫（800℃—1000℃）下氧離子（O²-）的導電性。
稀土元素不但在功能材料中有廣泛應用，在結構材料中也是不可或缺的關鍵材料。其獨特的物理和化學性質能夠顯著提升合金的性能，滿足航空航天領域對材料高強度、耐高溫、抗腐蝕等苛刻要求。通過添加稀土元素，可以細化合金晶粒結構，提高強度、韌性、抗疲勞性能以及耐腐蝕能力，從而延長部件使用壽命。特別是，稀土元素還能改善高溫合金的高溫穩定性和抗蠕變性能，使其適用于航空發動機熱端部件等極端環境。此外，在輕量化設計方面，稀土鎂合金因其低密度、高比強度和耐熱性，是制造衛星和航天器結構件的理想材料，為現代航空航天技術的發展提供了重要支撐。
稀土元素在傳統工業和高科技領域占據重要地位的同時，也在能源轉型、信息技術發展和前沿科學研究中發揮著關鍵作用。隨著全球對清潔能源、智能技術和高端制造需求的持續增長，稀土材料的戰略價值將愈發凸顯，成為提升國家科技競爭力和保障經濟安全的重要支柱。當然，稀土的難點在于其開采、提純、加工過程的技術復雜性和環境保護要求，以及由此帶來的經濟和政治層面的問題。隨著技術進步和環保意識的提高，這些問題正在逐步得到解決，但仍然是制約稀土產業發展的關鍵因素。
