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二茂鐵的作用主用于火箭燃料添加劑，汽油的抗爆劑和橡膠及硅樹脂的熟化劑，也可作紫外線吸收劑。二茂鐵的乙烯基衍生物能發生烯鍵聚合，得到碳鏈骨架的含金屬高聚物，可作航天飛船的外層涂料。二茂鐵的消煙助燃作用發現較早，無訟是添加在固體燃料、液體燃料或氣體燃料中，都能發揮這種效應，尤其對于在燃燒時產生煙大的烴類，其效果更為顯著。其添加在汽油中有很好的抗震作用，但是由于氧化鐵沉積到火花塞上影響發火而受到限制，為此，也有人使用排鐵混合物以減少鐵的沉積現象。
二茂鐵的作用不僅有以上功能，還可以添加在煤油或柴油中，由于該發動機不用點火裝置，所以不良的影響較少，在燃燒中除了消煙助燃外，其還有促使一氧化碳較化為二氧化碳的作用。另外，它在燃燒中可提高燃燒熱、增加功率而達到節能和減少大氣污染的效果。
二茂鐵添加到鍋爐燃料油中，可減少煙的生成和噴嘴積碳。在柴油中添加0.1%，可消煙30-70%，節油10-14%,功率提高10%。二茂鐵的作用在固體火箭燃料中的使用報道更多，甚至還有摻在煤粉中作減速煙劑使用。在以高分子聚合物廢料作燃料時，添加二茂鐵后可降煙數倍，還可作塑料的減煙添加劑。除上述用途以外，二茂鐵還有其他應用，作為鐵肥料，有益于植物吸收，增長率加作物的含鐵量，它的衍生物可作殺蟲劑。二茂鐵的工業和有機合成方面的用途也很多，例如，它的衍生物可作為橡膠或聚乙烯的抗氧劑、聚脲酯的穩定劑、異丁烯痙甲基化催化劑、高分子過氧化物的分解催化劑，增加甲苯氯化中對位氯甲苯的產率，在其他方面又可作為潤滑油抗負荷添加劑、研磨材料的促進劑等。
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