铯铷：化学性质活泼、下游应用广泛的稀有轻金属
思瀚产业研究院    2025-09-29

1、 铯铷资源稀有，物理性质独特，化学性质活泼

铯（Cs）是一种淡金色且质地极软的稀有轻金属，化学性质极度活泼。铯是地壳含量最低的碱金属（3×10-6），且在自然界中没有单质形态，大部分存在于铯榴石中，提取难度较高。铯是最为柔软的金属元素之一，延展性强，其莫氏硬度为所有元素中最低（0.2）。铯熔点低，在 28.44℃时即会熔化，是在室温或者接近室温条件下能呈现液态的五种金属元素之一。铯化学性质活泼，是已知元素中金属性最强的，在空气中极易被氧化，能与水剧烈反应生产氢气，并产生巨大能量至发生爆炸。

铯在放射化学的研究中亦有重要地位，有 34 个放射性同位素。其中，铯 137 半衰期长（30.17 年），辐射防护要求较低，可同时用作 β 辐射源和 γ 辐射源，是核裂变产物的关键放射性核素之一。此外，铯原子结构特殊且具有稳定性，其原子最外层的电子所围绕内层原子核旋转的转速极其精确。

铷（Rb）是一种银白色的稀有轻金属，物理与化学性质相似于铯，但相较铯更轻，开采难度更大。由于铷少有独立矿床存在，因此其主要作为锂、铯开采的副产品产出，导致其相较铯更为稀有。铷的密度为 1.53g/cm3，低于铯（1.88 g/cm3），这意味着相同体积下铷质量更轻。铷同样具有较高的反应性，在空气中迅速氧化，遇水则剧烈反应，但其活泼性略低于铯。天然存在的铷元素由两种同位素组成。其中，85Rb（占比 72%）是铷唯一的稳定同位素，87Rb（占比 28%）具有微放射性，其半衰期长达 490 亿年，超过宇宙年龄的三倍。

2、铯铷特性相似，下游应用广泛

受益于铯铷独特的物理、化学性质及原子结构，其下游应用广泛。甲酸铯是目前全球铯盐下游需求最大的产品，主要用作石油完井液，可有效提高产油率和钻井效率、减小摩擦系数、降低卡钻风险。由于铯铷具有优秀的光电性能，因此被称作“长眼睛的金属”，可用于制作真空光电管。

得益于其原子最外层的电子转速的精确，铯铷原子钟是世界上最精准的计时仪器，在 4000 万年中的走时误差不超过 1s，广泛运用于导弹发射、卫星导航等领域。其中，铯原子钟精度更高，铷原子钟则质量更轻，更适用于星载原子钟需求。铯和铷的原子最外层电子极不稳定，容易被激发放射出来，使其不带电的原子变为带正电的离子，在高压电场的作用下产生强大的动力。

因此，装备含铯铷离子推进发动机的宇宙飞船，其航程是常规燃料发动机的 150 倍左右；使用铯铷磁流发电机的核电站，其总热效率可从 29%～32%提高到 55%～66%。太阳能薄膜电池中加入 铯铷离子亦可以提高钙钛矿太阳能电池的电池效率、稳定性及材料性能。此外，铯铷在工业检测、农业辐射育种、食物保藏、医疗灭菌、心肌扫描、肿瘤诊断等方面都有较高的应用价值。

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