物理知识

半导体

semiconductor

电导率(conductivity)介于金属和绝缘体(insulator)之间的固体材料。半导体于室温时电导率约在10ˉ10～10000/Ω·cm之间，纯净的半导体温度升高时电导率按指数上升。半导体材料有很多种，按化学成分可分为元素半导体和化合物半导体两大类。锗和硅是最常用的元素半导体；化合物半导体包括Ⅲ-Ⅴ 族化合物（砷化镓、磷化镓等）、Ⅱ-Ⅵ族化合物( 硫化镉、硫化锌等)、氧化物(锰、铬、铁、铜的氧化物),以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体（镓铝砷、镓砷磷等）。除上述晶态半导体外，还有非晶态的有机物半导体等。

本征半导体(intrinsic semiconductor) 没有掺杂且无晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体。在绝对零度温度下，半导体的价带(valence band)是满带(见能带理论)，受到光电注入或热激发后，价带中的部分电子会越过禁带(forbidden band/band gap)进入能量较高的空带，空带中存在电子后成为导带(conduction band)，价带中缺少一个电子后形成一个带正电的空位，称为空穴(hole)，导带中的电子和价带中的空穴合称为电子 - 空穴对。上述产生的电子和空穴均能自由移动，成为自由载流子(free carrier)，它们在外电场作用下产生定向运动而形成宏观电流，分别称为电子导电和空穴导电。这种由于电子-空穴对的产生而形成的混合型导电称为本征导电。导带中的电子会落入空穴，使电子-空穴对消失，称为复合(recombination)。复合时产生的能量以电磁辐射（发射光子photon）或晶格热振动（发射声子phonon）的形式释放。在一定温度下，电子 - 空穴对的产生和复合同时存在并达到动态平衡，此时本征半导体具有一定的载流子浓度，从而具有一定的电导率。加热或光照会使半导体发生热激发或光激发，从而产生更多的电子 - 空穴对，这时载流子浓度增加，电导率增加。半导体热敏电阻和光敏电阻等半导体器件就是根据此原理制成的。常温下本征半导体的电导率较小，载流子浓度对温度变化敏感，所以很难对半导体特性进行控制，因此实际应用不多。

杂质半导体(extrinsic semiconductor) 半导体中的杂质对电导率的影响非常大，本征半导体经过掺杂就形成杂质半导体，一般可分为n型半导体和p型半导体。半导体中掺入微量杂质时，杂质原子附近的周期势场受到干扰并形成附加的束缚状态，在禁带中产生附加的杂质能级。能提供电子载流子的杂质称为施主(donor)杂质，相应能级称为施主能级,位于禁带上方靠近导带底附近。例如四价元素锗或硅晶体中掺入五价元素磷、砷、锑等杂质原子时，杂质原子作为晶格的一分子，其五个价电子中有四个与周围的锗（或硅）原子形成共价键，多余的一个电子被束缚于杂质原子附近，产生类氢浅能级-施主能级。施主能级上的电子跃迁到导带所需能量比从价带激发到导带所需能量小得多，很易激发到导带成为电子载流子，因此对于掺入施主杂质的半导体，导电载流子主要是被激发到导带中的电子，属电子导电型，称为n型半导体。由于半导体中总是存在本征激发的电子空穴对，所以在n型半导体中电子是多数载流子，空穴是少数载流子。相应地，能提供空穴载流子的杂质称为受主(acceptor)杂质，相应能级称为受主能级，位于禁带下方靠近价带顶附近。例如在锗或硅晶体中掺入微量三价元素硼、铝、镓等杂质原子时，杂质原子与周围四个锗（或硅）原子形成共价结合时尚缺少一个电子，因而存在一个空位，与此空位相应的能量状态就是受主能级。由于受主能级靠近价带顶，价带中的电子很容易激发到受主能级上填补这个空位，使受主杂质原子成为负电中心。同时价带中由于电离出一个电子而留下一个空位，形成自由的空穴载流子，这一过程所需电离能比本征半导体情形下产生电子空穴对要小得多。因此这时空穴是多数载流子，杂质半导体主要靠空穴导电，即空穴导电型，称为p型半导体。在p型半导体中空穴是多数载流子，电子是少数载流子。在半导体器件的各种效应中，少数载流子常扮演重要角色

热敏电阻

热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敏感元器件．热敏电阻由半导体陶瓷材料组成，利用的原理是温度引起电阻变化．若电子和空穴的浓度分别为n、p，迁移率分别为μn、μp，则半导体的电导为：

σ=q（nμn+pμp）

因为n、p、μn、μp都是依赖温度T的函数，所以电导是温度的函数，因此可由测量电导而推算出温度的高低，并能做出电阻-温度特性曲线．这就是半导体热敏电阻的工作原理．

热敏电阻包括正温度系数（PTC）和负温度系数（NTC）热敏电阻，以及临界温度热敏电阻（CTR）．它们的电阻-温度特性如图1所示．热敏电阻的主要特点是：①灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大10～100倍以上，能检测出10-6℃的温度变化；②工作温度范围宽，常温器件适用于-55℃～315℃，高温器件适用温度高于315℃（目前最高可达到2000℃），低温器件适用于-273℃～55℃；③体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度；④使用方便，电阻值可在0.1～100kΩ间任意选择；⑤易加工成复杂的形状，可大批量生产；⑥稳定性好、过载能力强．

由于半导体热敏电阻有独特的性能，所以在应用方面，它不仅可以作为测量元件（如测量温度、流量、液位等），还可以作为控制元件（如热敏开关、限流器）和电路补偿元件．热敏电阻广泛用于家用电器、电力工业、通讯、军事科学、宇航等各个领域，发展前景极其广阔．

一、PTC热敏电阻

PTC（Positive Temperature Coeff1Cient）是指在某一温度下电阻急剧增加、具有正温度系数的热敏电阻现象或材料，可专门用作恒定温度传感器．该材料是以BaTiO3或SrTiO3或PbTiO3为主要成分的烧结体，其中掺入微量的Nb、Ta、Bi、Sb、Y、La等氧化物进行原子价控制而使之半导化，常将这种半导体化的BaTiO3等材料简称为半导（体）瓷；同时还添加增大其正电阻温度系数的Mn、Fe、Cu、Cr的氧化物和起其他作用的添加物，采用一般陶瓷工艺成形、高温烧结而使钛酸铂等及其固溶体半导化，从而得到正特性的热敏电阻材料．其温度系数及居里点温度随组分及烧结条件（尤其是冷却温度）不同而变化．

钛酸钡晶体属于钙钛矿型结构，是一种铁电材料，纯钛酸钡是一种绝缘材料．在钛酸钡材料中加入微量稀土元素，进行适当热处理后，在居里温度附近，电阻率陡增几个数量级，产生PTC效应，此效应与BaTiO3晶体的铁电性及其在居里温度附近材料的相变有关．钛酸钡半导瓷是一种多晶材料，晶粒之间存在着晶粒间界面．该半导瓷当达到某一特定温度或电压，晶体粒界就发生变化，从而电阻急剧变化．

钛酸钡半导瓷的PTC效应起因于粒界（晶粒间界）．对于导电电子来说，晶粒间界面相当于一个势垒．当温度低时，由于钛酸钡内电场的作用，导致电子极容易越过势垒，则电阻值较小．当温度升高到居里点温度（即临界温度）附近时，内电场受到破坏，它不能帮助导电电子越过势垒．这相当于势垒升高，电阻值突然增大，产生PTC效应．钛酸钡半导瓷的PTC效应的物理模型有海望表面势垒模型、丹尼尔斯等人的钡缺位模型和叠加势垒模型，它们分别从不同方面对PTC效应作出了合理解释．

实验表明，在工作温度范围内，PTC热敏电阻的电阻-温度特性可近似用实验公式表示：

RT=RT0expBp（T-T0）

式中RT、RT0表示温度为T、T0时电阻值，Bp为该种材料的材料常数．

PTC效应起源于陶瓷的粒界和粒界间析出相的性质，并随杂质种类、浓度、烧结条件等而产生显著变化．最近，进入实用化的热敏电阻中有利用硅片的硅温度敏感元件，这是体型且精度高的PTC热敏电阻，由n型硅构成，因其中的杂质产生的电子散射随温度上升而增加，从而电阻增加．

PTC热敏电阻于1950年出现，随后1954年出现了以钛酸钡为主要材料的PTC热敏电阻．PTC热敏电阻在工业上可用作温度的测量与控制，也用于汽车某部位的温度检测与调节，还大量用于民用设备，如控制瞬间开水器的水温、空调器与冷库的温度，利用本身加热作气体分析和风速机等方面．下面简介一例对加热器、马达、变压器、大功率晶体管等电器的加热和过热保护方面的应用。

PTC热敏电阻除用作加热元件外，同时还能起到“开关”的作用，兼有敏感元件、加热器和开关三种功能，称之为“热敏开关”，如图2和3所示．电流通过元件后引起温度升高，即发热体的温度上升，当超过居里点温度后，电阻增加，从而限制电流增加，于是电流的下降导致元件温度降低，电阻值的减小又使电路电流增加，元件温度升高，周而复始，因此具有使温度保持在特定范围的功能，又起到开关作用．利用这种阻温特性做成加热源，作为加热元件应用的有暖风器、电烙铁、烘衣柜、空调等，还可对电器起到过热保护作用．

二、NTC热敏电阻

NTC（Negative Temperature Coeff1Cient）是指随温度上升电阻呈指数关系减小、具有负温度系数的热敏电阻现象和材料．该材料是利用锰、铜、硅、钴、铁、镍、锌等两种或两种以上的金属氧化物进行充分混合、成型、烧结等工艺而成的半导体陶瓷，可制成具有负温度系数（NTC）的热敏电阻．其电阻率和材料常数随材料成分比例、烧结气氛、烧结温度和结构状态不同而变化．现在还出现了以碳化硅、硒化锡、氮化钽等为代表的非氧化物系NTC热敏电阻材料．

NTC热敏半导瓷大多是尖晶石结构或其他结构的氧化物陶瓷，具有负的温度系数，电阻值可近似表示为：

式中RT、RT0分别为温度T、T0时的电阻值，Bn为材料常数．陶瓷晶粒本身由于温度变化而使电阻率发生变化，这是由半导体特性决定的．

NTC热敏电阻器的发展经历了漫长的阶段．1834年，科学家首次发现了硫化银有负温度系数的特性．1930年，科学家发现氧化亚铜-氧化铜也具有负温度系数的性能，并将之成功地运用在航空仪器的温度补偿电路中．随后，由于晶体管技术的不断发展，热敏电阻器的研究取得重大进展．1960年研制出了N1C热敏电阻器．NTC热敏电阻器广泛用于测温、控温、温度补偿等方面．下面介绍一个温度测量的应用实例，NTC热敏电阻测温用原理如图4所示．

它的测量范围一般为-10～+300℃，也可做到-200～+10℃，甚至可用于+300～+1200℃环境中作测温用．RT为NTC热敏电阻器；R2和R3是电桥平衡电阻；R1为起始电阻；R4为满刻度电阻，校验表头，也称校验电阻；R7、R8和W为分压电阻，为电桥提供一个稳定的直流电源．R6与表头（微安表）串联，起修正表头刻度和限制流经表头的电流的作用．R5与表头并联，起保护作用．在不平衡电桥臂（即R1、RT）接入一只热敏元件RT作温度传感探头．由于热敏电阻器的阻值随温度的变化而变化，因而使接在电桥对角线间的表头指示也相应变化．这就是热敏电阻器温度计的工作原理．

热敏电阻器温度计的精度可以达到0.1℃，感温时间可少至10s以下．它不仅适用于粮仓测温仪，同时也可应用于食品储存、医药卫生、科学种田、海洋、深井、高空、冰川等方面的温度测量．

三、CTR热敏电阻

临界温度热敏电阻CTR（Crit1Cal Temperature Resistor）具有负电阻突变特性，在某一温度下，电阻值随温度的增加激剧减小，具有很大的负温度系数．构成材料是钒、钡、锶、磷等元素氧化物的混合烧结体，是半玻璃状的半导体，也称CTR为玻璃态热敏电阻．骤变温度随添加锗、钨、钼等的氧化物而变．这是由于不同杂质的掺入，使氧化钒的晶格间隔不同造成的．若在适当的还原气氛中五氧化二钒变成二氧化钒，则电阻急变温度变大；若进一步还原为三氧化二钒，则急变消失．产生电阻急变的温度对应于半玻璃半导体物性急变的位置，因此产生半导体-金属相移．CTR能够作为控温报警等应用．

热敏电阻的理论研究和应用开发已取得了引人注目的成果．随着高、精、尖科技的应用，对热敏电阻的导电机理和应用的更深层次的探索，以及对性能优良的新材料的深入研究，将会取得迅速发展．

光敏电阻

光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。

通常，光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内就激发出电子—空穴对，参与导电，使电路中电流增强。一般光敏电阻器结构如图所示。

根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器：

紫外光敏电阻器：对紫外线较灵敏，包括硫化镉、硒化镉光敏电阻器等，用于探测紫外线。

红外光敏电阻器：主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅。锑化铟等光敏电阻器，广泛用于导d制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱，红外通信等国防、科学研究和工农业生产中。

可见光光敏电阻器：包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。

压敏电阻

1、什么是“压敏电阻”

“压敏电阻是中国大陆的名词，意思是"在一定电流电压范围内电阻值随电压而变"，或者是说"电阻值对电压敏感"的阻器。相应的英文名称叫“Voltage Dependent Resistor”简写为“VDR”。

压敏电阻器的电阻体材料是半导体，所以它是半导体电阻器的一个品种。现在大量使用的"氧化锌"（ZnO）压敏电阻器，它的主体材料有二价元素（Zn）和六价元素氧（O）所构成。所以从材料的角度来看，氧化锌压敏电阻器是一种“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半导体”。

在中国台湾，压敏电阻器是按其用途来命名的，称为"突波吸收器"。压敏电阻器按其用途有时也称为“电冲击（浪涌）抑制器（吸收器）”。

2、压敏电阻电路的“安全阀”作用

压敏电阻有什么用？压敏电阻的最大特点是当加在它上面的电压低于它的阀值"UN"时，流过它的电流极小，相当于一只关死的阀门，当电压超过UN时，流过它的电流激增，相当于阀门打开。利用这一功能，可以抑制电路中经常出现的异常过电压，保护电路免受过电压的损害。

3、应用类型

不同的使用场合，应用压敏电阻的目的，作用在压敏电阻上的电压/电流应力并不相同，

因而对压敏电阻的要求也不相同，注意区分这种差异，对于正确使用是十分重要的。

根据使用目的的不同，可将压敏电阻区分为两大类：①保护用压敏电阻，②电路功能用压敏电阻。

3.1保护用压敏电阻

（1） 区分电源保护用，还是信号线，数据线保护用压敏电阻器，它们要满足不同的技术标准的要求。

（2） 根据施加在压敏电阻上的连续工作电压的不同，可将跨电源线用压敏电阻器可区分为交流用或直流用两种类型，压敏电阻在这两种电压应力下的老化特性表现不同。

（3） 根据压敏电阻承受的异常过电压特性的不同，可将压敏电阻区分为浪涌抑制型，高功率型和高能型这三种类型。

★浪涌抑制型：是指用于抑制雷电过电压和 *** 作过电压等瞬态过电压的压敏电阻器，这种瞬态过电压的出现是随机的，非周期的，电流电压的峰值可能很大。绝大多数压敏电阻器都属于这一类。

★高功率型：是指用于吸收周期出现的连续脉冲群的压敏电阻器，例如并接在开关电源变换器上的压敏电阻，这里冲击电压周期出现，且周期可知，能量值一般可以计算出来，电压的峰值并不大，但因出现频率高，其平均功率相当大。

★高能型：指用于吸收发电机励磁线圈，起重电磁铁线圈等大型电感线圈中的磁能的压敏电压器，对这类应用，主要技术指标是能量吸收能力。

压敏电阻器的保护功能，绝大多数应用场合下，是可以多次反复作用的，但有时也将它做成电流保险丝那样的"一次性"保护器件。例如并接在某些电流互感器负载上的带短路接点压敏电阻。

3.2电路功能用压敏电阻

压敏电阻主要应用于瞬态过电压保护，但是它的类似于半导体稳压管的伏安特性，还使它具有多种电路元件功能，例如可用作：

（1）直流高压小电流稳压元件，其稳定电压可高达数千伏以上，这是硅稳压管无法达到的。

（2）电压波动检测元件。

（3）直流电瓶移位元件。

（4）均压元件。

（5）荧光启动元件

4、保护用压敏电阻的基本性能

（1）保护特性，当冲击源的冲击强（或冲击电流Isp=Usp/Zs)不超过规定值时，压敏电阻的限制电压不允许超过被保护对象所能承受的冲击耐电压（Urp）。

（2）耐冲击特性，即压敏电阻本身应能承受规定的冲击电流，冲击能量，以及多次冲击相继出现时的平均功率。

（3）寿命特性有两项，一是连续工作电压寿命，即压敏电阻在规定环境温度和系统电压条件应能可靠地工作规定的时间（小时数）。二是冲击寿命，即能可靠地承受规定的冲击的次数。

（4）压敏电阻介入系统后，除了起到"安全阀"的保护作用外，还会带入一些附加影响，这就是所谓"二次效应"，它不应降低系统的正常工作性能。这时要考虑的因素主要有三项，一是压敏电阻本身的电容量（几十到几万PF），二是在系统电压下的漏电流，三是压敏电阻的非线性电流通过源阻抗的耦合对其他电路的影响。

半导体材料是由一系列元素组成的，其中包括碳（C）、氮（N）、氧（O）、硅（Si）、磷（P）、硫（S）、砷（As）、硒（Se）、锗（Ge）、锡（Sn）、铜（Cu）、铋（Bi）、铝（Al）、钼（Mo）、钨（W）、铍（Be）、钒（V）、钴（Co）、钛（Ti）、钙（Ca）、锆（Zr）、铌（Nb）、镁（Mg）、铬（Cr）、钼（Mn）、钽（Ta）、铷（Rb）、锶（Sr）、钇（Y）、铯（Cs）、钆（Gd）、锆（Zn）、铪（Hf）、钼（Hg）、铊（Tl）、铯（Pb）、铋（Bi）、锇（Os）、钌（Ir）、钯（Pd）、铑（Rh）、钌（Ru）、铱（Yb）、铂（Pt）、钯（Au）、铑（Hg）、钐（Tm）、钆（Gd）、铕（Er）、钆（Tb）、铽（Dy）、镝（Ho）、钬（Lu）、锝（Tm）、钆（Yb）、锆（Lu）、钋（Th）、钍（U）、钚（Np）、铀（Pu）、钐（Am）、钫（Cm）、镭（Lr）等。

钼是一种金属元素，元素符号：Mo，英文名称：Molybdenum，原子序数42，是VIB族金属。钼的密度为10.2g/cm³，熔点为2610℃，沸点为5560℃。钼是一种银白色的金属，硬而坚韧，熔点高，热传导率也比较高，常温下不与空气发生氧化反应。作为一种过渡元素，极易改变其氧化状态，钼离子的颜色也会随着氧化状态的改变而改变。钼是人体及动植物所必需的微量元素，对人以及动植物的生长、发育、遗传起着重要作用。钼在地壳中的平均含量为0.00011%，全球钼资源储量约为1100万吨，探明储量约为1940万吨。由于钼具有高强度、高熔点、耐腐蚀、耐磨研等优点，被广泛应用于钢铁、石油、化工、电气和电子技术、医药和农业等领域。

钼的应用概况

钼在钢铁工业中的应用居首要地位，占钼总消耗量的80％左右，其次是化工领域，约占10%。此外，钼也被用于电气和电子技术、医药和农业等领域，约占总消耗量的10％左右。

合金领域：钼在钢铁领域的消费量最大，主要用于生产合金钢（约占钼在钢铁消耗总量中的43%）、不锈钢（约23%）、工具钢和高速钢（约8%）、铸铁和轧辊（约6%）。钼大部分是以工业氧化钼压块后直接用于炼钢或铸铁，少部分则先熔炼成钼铁，然后再用于炼钢。钼作为钢的合金元素具有以下优点：提高钢的强度和韧性；提高钢在酸碱溶液和液态金属中的抗腐蚀性；提高钢的耐磨性；改善钢的淬透性、焊接性和耐热性。例如，含钼量为4%-5%的不锈钢往往用于诸如海洋设备、化工设备等侵蚀、腐蚀比较严重的地方。

以钼为基体加入其他元素（如钛、锆、铪、钨及稀土元素等）构成有色合金，这些合金元素不仅对钼合金起到固溶强化和保持低温塑性的作用，而且还能形成稳定的、弥散分布的碳化物相，提高合金的强度和再结晶温度。钼基合金因为具有良好的强度、机械稳定性、高延展性而被用于高发热元件、挤压磨具、玻璃熔化炉电极、喷射涂层、金属加工工具、航天器的零部件等。

化工领域

润滑剂：二氧化钼是一种良好的固体润滑剂，因为它的摩擦系数很低，屈服强度很高，能在真空和各种超低温、高温下正常使用，因而被广泛应用于燃气轮机、齿轮、模具、航空航天、核工业等领域。

催化剂：钼的化合物是用途最广的催化剂之一，被广泛应用到化学、石油、塑料、纺织等行业。例如：二硫化钼具有抗硫性质，可以在一定条件下催化一氧化碳加氢制取醇类物质，是很有前景的C1化学催化剂；钼与钴、镍结合用作石油提炼预处理的催化剂。其他常见的含钼催化剂有：二硫化钼、氧化钼、钼酸盐、仲钼酸铵等。

颜料：铬黄和镉黄为当今世界最常用无机黄颜料，但是铅、铬、镉都有毒，而钼黄不仅无毒，还具有鲜艳的色泽，光、热稳定性也好，因而被用于颜料和墨水、塑料、橡胶产品及陶瓷中。

有机聚合物的阻燃剂和消烟剂：在卤代聚脂中加入3%-4％的三氧化钼，可使临界氧指数提高3％-4％，燃烧时碳的生成量增加4％左右，使烟雾量减少3%。

缓蚀剂：钼酸盐毒性非常低，对添加在缓蚀剂中的有机添加剂的腐蚀性很弱，常用在空调冷却水和加热系统的构造中，防止低碳钢被腐蚀。

电子电气领域

钼具有良好的导电性和耐高温性，热膨胀系数与玻璃相近，被广泛用于制造螺旋灯丝的芯线、引出线及挂钩等部件。此外，钼丝也是理想的电火花线切割机床用电极丝，能切割各种钢材和硬质合金，其放电加工稳定，能有效提高模具精度。

单层的辉钼材料具有良好的半导体特性，有些性能超过现在广泛使用的硅和石墨烯，很有可能成为下一代半导体材料。美国加州纳米技术研究院已经成功使用MoS2制造出了辉钼基柔性微处理芯片，这个微芯片只有同等硅基芯片的20%大小，功耗极低，而辉钼制成的晶体管在待机情况下的功耗为硅晶体管的十万分之一，而且比同等尺寸的石墨烯电路更加廉价，其电路也有很强的柔性，极薄，可以附着在人体皮肤之上。

医学领域

钼是人体必需的微量元素之一，也是多种酶的组成部分，在机体的主要功能是参与硫、铁、铜之间的相互反应。适量的钼能够促进人体发育，增强氧在体内的储留下，抑制肿瘤，维护心肌的能量代谢，保护心肌，而钼的缺乏会导致龋齿、肾结石、克山病、大骨节病、食道癌等疾病，因而钼也被用于医药中，如钼酸铵这种药就主要用于长期依赖静脉高营养的患者。

畜牧领域

钼的生物学作用主要是依靠作为动物体内某些含钼酶类的组成成分，间接影响酶的生物学活性来实现的。除此之外，钼元素在反刍动物营养代谢中发挥着特殊的作用，一方面，钼作为反刍动物瘤胃微生物硝酸盐氧化酶的组成成分，直接参与瘤胃中饲料硝酸盐的转化，另一方面，钼作为硫酸盐氧化酶的辅助因子对瘤胃微生物有刺激作用，这有助于反刍动物对粗纤维类物质的消化，进而促进反刍动物的生长。所以，当牧草和饲料中钼元素含量不足时，就需要按照严格的营养需要和工艺技术要求，将钼元素添加剂加入饲料中，达到满足动物需要的目的，最常见的例子就是在奶牛饲料中添加10mg/d的钼。

农业领域

钼为植物体内必须的“微量元素”之一，缺钼会影响植物正常生长。作为植物生长所必须的微量元素，钼不仅能促进植物对磷的吸收，还能加速植物体内醇类的形成与转化，提高植物叶绿素和维生素丙的含量，提高植物的抗旱、抗寒以及抗病能力。鉴于钼对植物的重要性，很多国家已经开始生产和使用含钼的微量肥料，例如我国湖南长沙县南华乡用钼酸铵拌种，花生增产32.2％，黑龙江国营农场对大豆施用钼肥，大豆增产10％左右。

钼是元素周期表上数值为42的过渡金属元素。它的化学符号是钼。钼呈银白色，坚硬而坚韧。室温下不受空气侵蚀，不与盐酸或氢氟酸发生反应。

在自然界中，钼主要以辉钼矿（MoS2）的形式存在。天然辉钼矿是一种黑色软矿物。虽然辉钼矿在古代就有使用，但辉钼矿与铅、方铅矿、石墨相似，很难区分。单词“molybdos”在希腊语中是铅的意思。在18世纪末之前，这两种金属都以钼矿的名义在欧洲市场上出售。

1779年，舍勒指出铅或石墨和钼是两种完全不同的物质。他发现硝酸对石墨没有影响，但与钼矿反应得到白色粉末；硝酸与碱溶液一起煮沸，结晶后析出盐。他认为白色粉末是一种金属氧化物（实际上是氧化钼），它与木炭混合，在高温下加热，但它与硫共加热，得到原始的钼。

1782年，舍勒的好朋友、瑞典矿主埃尔莫用木炭和钼酸的混合物与亚麻油混合，将金属从钼矿中分离出来，命名为钼，元素符号mo，中国将其翻译为钼。它已被瑞典著名化学家贝齐里厄斯所认识，他发现了铈、硒、硅、钽、钍等元素。

钼金属在空气中燃烧时，会发出金黄色的光；不同氧化状态的钼离子有不同的颜色。直到1893年，即钼的发现100多年后，莫森才在电炉中熔化了碳和三氧化钼的混合物，首次获得了含钼92%-96%的铸造金属。

貌不惊人用途广

虽然钼的发现已有200多年的历史，但钼的大规模开发利用仍处于本世纪，特别是近几十年。

钼及钼合金具有强度高、热膨胀系数低、导热性和导电性好、耐熔融玻璃、熔盐和金属液腐蚀性强、薄涂层耐磨性好等特点，得到了广泛的应用。

合金钢、不锈钢、工具钢和铸铁是钼的主要应用领域，其产量决定了钼的需求量。添加钼可以提高不锈钢的耐蚀性。在铸铁中加入钼可以提高铸铁的强度和耐磨性。含钼18%的镍基高温合金具有熔点高、密度低、热膨胀系数小的特点，用于航空航天等领域制造各种高温构件。钼广泛应用于电子管、晶体管、整流器等电子器件中。纯钼丝广泛应用于高温电炉、电火花加工和电火花线切割。钼被用来制造无线电和X射线设备。钼在其他合金领域和化工领域有着广泛的应用。合金钢中添加钼可以提高合金钢的d性极限、耐蚀性和永磁性能。氧化钼和钼酸盐是化工和石油工业中的优良催化剂。

二硫化钼是航空航天和机械工业的重要润滑剂。此外，二硫化钼由于其独特的抗硫性，在一定条件下可以催化一氧化碳加氢制醇。

钼也逐渐应用于核电、新能源等领域。

钼也是植物必需的微量元素之一。没有它，植物就不能生存。钼可作为农业中的微量元素肥料。

钼存在于人体的各种组织中。成人体内铜总量为9mg，肝、肾中铜含量最高。钼-99是钼的放射性同位素之一，用于医院制备锝-99。锝-99是一种放射性同位素，可用于内脏器官造影。用于此目的的钼-99通常被氧化铝粉末吸收并储存在一个相对较小的容器中。当钼-99衰变时，形成锝-99。

沙场硬汉显身手

钼是在14世纪日本武士刀中发现的。这是钼首次被发现用于军事目的。1891年，法国斯奈德公司率先以钼为合金元素生产含钼装甲板。他们发现钼的密度只有钨的一半。这样，钼在许多钢合金应用中有效地取代了钨。第一次世界大战的爆发导致了对钨的需求急剧增加，钨铁供应极为紧张。因此，钼在许多高硬度和抗冲击钢中取代了钨。钼需求的增长促使人们对钼的研究不断深入。当时，科罗拉多州的克莱麦克斯矿于1918年开发并投入使用。

由于其重要性，钼被各国政府视为战略金属。在20世纪初，其主要用于制造耐高温的火箭炮和火箭炮。先进材料，如钨合金、钼合金，以及军舰、火箭和先进设备的优质部件。

钼合金是由钼和其它元素组成的有色合金。主要合金元素为钛、锆、铪、钨和稀土元素。钼合金具有良好的导热性、导电性和低膨胀系数。高温强度高（1100～1650℃），比钨更容易加工。可作为电子管的栅极和阳极、电光源的支撑材料、压铸和挤压模、航天器零部件等。

第一次世界大战结束后，钼需求急剧下降。为了解决这一问题，有必要开发新的应用领域。很快，新型低钼合金钢在汽车工业中得到了认可。此后，钼作为合金元素在钢铁等领域的研究和开发进入了一个新阶段。

20世纪30年代末，钼被广泛用作工业原料。二战后的重建再次刺激了钼在工业领域应用的发展和研究，为许多含钼工具钢开辟了广阔的市场。目前，合金钢、不锈钢、工具钢和铸铁仍是钼的主要应用领域。

资源丰富待研发

钼主要存在于地壳中的花岗岩中。钼矿相对简单，以硫化矿为主。

由于钼在军事武器中的特殊用途，世界大国将钼列为需要战略储备的矿产资源。战略矿产储备或矿产品战略储备主要是指对国家安全具有战略意义、在我国相对稀缺的矿产资源。目前，世界上已有10个国家建立了战略矿产储备体系。

我国钼资源丰富，总储量860万吨（以钼计），其中工业储量约350万吨，居世界第二位。我国钼资源具有储量大、分布广、矿床大、矿体浅的特点，对全球钼市场具有重要影响。

北美洲也有丰富的钼资源。

与稀土相比，我国对钼的控制更为先进，据悉，资源部正准备将钼列为保护性开采矿产，实行开采总量管理，发布开采总量指标。这将使钼成为继金、钨、锡、锑和稀土之后的第六种特殊矿物。

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