钽：电容器领域显身手_世界观热点

• 2023-05-14 08:56:48 来源：科普时报

(资料图片)

元素家族

钽，元素周期表第73号元素。

17世纪中叶，北美洲发现了一种很重的黑色矿物，被送到英国博物馆保管。大约过了150年，1801年，英国化学家查理斯·哈契特受命分析博物馆中的这种矿石，从中发现了一种新元素，这就是铌。1802年，瑞典化学家安德斯·埃克博格在分析斯堪的纳维亚半岛的一种矿物时发现了一种新元素，命名为钽。由于早期炼成的钽含有较多杂质，直到1903年，德国化学家博尔顿才首次制备出纯的金属钽。

与锆、铪类似，钽和铌也是一对“姊妹花”，它们的物理化学性质非常相似，并共生于自然界的矿物中。不同的矿石中，两种元素的含量不同，铌含量高的矿物称为铌矿，钽含量高的就称为钽矿。钽的主要矿物有钽铁矿、细晶石等，钽铌矿中往往还含有其他稀土金属，炼锡的废渣中就有钽，是金属钽的重要来源。1956年，我国开始发展钽工业，如今，宁夏东方钽业股份有限公司已成长为世界三大钽业集团之一，能从含钽比较低的矿物中提取钽，并拥有批量生产全系列钽产品的能力。

金属钽硬度适中，富有延展性，加工性能好，具有极高的抗腐蚀性，是化学性质最稳定的金属，在任何温度下与浓硝酸，甚至腐蚀性非常强的液体“王水”都不反应，仅能与氟气、氢氟酸、三氧化硫等反应。相对酸来说，钽更怕强碱：40%的烧碱溶液在110℃时会迅速溶解；在氢氧化钾溶液中温度更低就可迅速溶解；常温下，一般的无机盐对钽根本不起作用。这几种特性使钽可替代不锈钢，寿命比不锈钢提高几十倍，在化工、电子、电气等工业中能承担贵金属铂的作用，以降低生产成本。

钽的抗腐蚀性还可以制作飞机发动机燃烧室的结构材料，钽钨、钽钨铪、钽铪合金均可用作火箭、导弹和喷气发动机的耐热高强材料及控制调节装备的零件。钽还是一种“亲生物金属”，可以制作骨科和外科手术材料。

钽在电容器领域应用最为广泛，约占其总消费量60%。1956年，美国贝尔实验室首先研制出了一种体积小且电容量大的钽电容，是利用钽做介质，不需要电解液，也不需要使用镀铝膜电容纸的电容，很适合在高温下长时间工作，并能制成贴装的小型和片型元件。

钽金属表面能生成极薄的五氧化二钽膜，既能防止钽腐蚀，又能与电容器的一端极结合成一个整体，使钽电容单位体积内能具有非常高的工作电场强度，电容量特别大，在电源滤波、交流旁路等用途上具有绝对优势。

（作者系武汉市第二十中学化学教师、武汉市科学家科普团成员）

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