Skaars aardelementeis onontbeerlik vir die ontwikkeling van hoë-tegnologie soos nuwe energie en materiale, en het wye toepassingswaarde in velde soos lugvaart, nasionale verdediging en militêre industrie. Die resultate van moderne oorlogvoering dui daarop dat seldsame aardwapens die slagveld oorheers, seldsame aarde tegnologiese voordele verteenwoordig militêre tegnologiese voordele, en om hulpbronne te hê is gewaarborg. Daarom het skaars aardes ook strategiese hulpbronne geword waaroor groot ekonomieë regoor die wêreld meeding, en sleutelgrondstofstrategieë soos skaars aardes lei dikwels tot nasionale strategieë. Europa, Japan, die Verenigde State en ander lande en streke gee meer aandag aan sleutelmateriaal soos seldsame aarde. In 2008 is skaars aardmateriaal gelys as "sleutelmateriaalstrategie" deur die Verenigde State se departement van energie; Aan die begin van 2010 het die Europese Unie die stigting van 'n strategiese reserwe van seldsame aardes aangekondig; In 2007 het die Japannese Ministerie van Onderwys, Kultuur, Wetenskap en Tegnologie, sowel as die Ministerie van Ekonomie, Nywerheid en Tegnologie, reeds die "Element Strategie Plan" en die "Rare Metal Alternative Materials"-plan voorgestel. Hulle het deurlopende maatreëls en beleide getref ten opsigte van hulpbronreserwes, tegnologiese vooruitgang, hulpbronverkryging en die soeke na alternatiewe materiale. Vanaf hierdie artikel sal die redakteur die belangrike en selfs onontbeerlike historiese ontwikkelingsmissies en rolle van hierdie seldsame aarde-elemente in detail bekendstel.
Terbium behoort tot die kategorie swaar skaars aardes, met 'n lae oorvloed in die aardkors teen slegs 1,1 dpm.Terbiumoksiedverantwoordelik vir minder as 0,01% van die totale skaars aardes. Selfs in die hoë yttrium-ioontipe swaar seldsame aarderts met die hoogste inhoud terbium, maak die terbiuminhoud slegs 1,1-1,2% van die totale skaars aarde uit, wat aandui dat dit tot die "edel" kategorie van seldsame aardelemente behoort. Terbium is 'n silwergrys metaal met rekbaarheid en relatief sagte tekstuur, wat met 'n mes oopgesny kan word; Smeltpunt 1360 ℃, kookpunt 3123 ℃, digtheid 8229 4kg/m3. Vir meer as 100 jaar sedert die ontdekking van terbium in 1843, het die skaarsheid en waarde daarvan die praktiese toepassing daarvan vir 'n lang tyd verhinder. Dit is eers in die afgelope 30 jaar dat terbium sy unieke talent gewys het.
Die ontdekking van terbium
Gedurende dieselfde tydperk wanneerlantaanontdek is, het Karl G. Mosander van Swede die aanvanklik ontdek ontleedyttriumen het 'n verslag in 1842 gepubliseer, wat verduidelik het dat die aanvanklik ontdekte yttriumaarde nie 'n enkele elementêre oksied was nie, maar 'n oksied van drie elemente. In 1843 het Mossander die element terbium ontdek deur sy navorsing oor yttriumaarde. Hy het nog een van hulle yttrium aarde en een van hulle genoemerbiumoksied. Eers in 1877 is dit amptelik terbium genoem, met die element simbool Tb. Die naam daarvan kom van dieselfde bron as yttrium, afkomstig van die dorpie Ytterby naby Stockholm, Swede, waar yttriumerts die eerste keer ontdek is. Die ontdekking van terbium en twee ander elemente, lantaan en erbium, het die tweede deur oopgemaak vir die ontdekking van seldsame aardelemente, wat die tweede fase van hul ontdekking aandui. Dit is die eerste keer in 1905 deur G. Urban gesuiwer.
Mossander
Toepassing van terbium
Die toepassing vanterbiumbehels meestal hoëtegnologie-velde, wat tegnologie-intensiewe en kennisintensiewe voorpuntprojekte is, sowel as projekte met aansienlike ekonomiese voordele, met aantreklike ontwikkelingsvooruitsigte. Die vernaamste toepassingsareas sluit in: (1) word gebruik in die vorm van gemengde seldsame aardes. Dit word byvoorbeeld gebruik as 'n skaarsaarde saamgestelde kunsmis en voerbymiddel vir die landbou. (2) Aktiveerder vir groen poeier in drie primêre fluoresserende poeiers. Moderne opto-elektroniese materiale vereis die gebruik van drie basiese kleure fosfor, naamlik rooi, groen en blou, wat gebruik kan word om verskeie kleure te sintetiseer. En terbium is 'n onontbeerlike komponent in baie hoë kwaliteit groen fluoresserende poeiers. (3) Word gebruik as 'n magneto-optiese bergingsmateriaal. Amorfe metaal terbium oorgang metaal legering dun films is gebruik om hoë-prestasie magneto optiese skywe te vervaardig. (4) Vervaardiging van magneto optiese glas. Faraday roterende glas wat terbium bevat, is 'n sleutelmateriaal vir die vervaardiging van rotators, isolators en sirkulators in lasertegnologie. (5) Die ontwikkeling en ontwikkeling van terbium dysprosium ferromagnetostriktiewe legering (TerFenol) het nuwe toepassings vir terbium geopen.
Vir landbou en veeteelt
Selde aarde terbiumkan die kwaliteit van gewasse verbeter en die tempo van fotosintese binne 'n sekere konsentrasiegebied verhoog. Die komplekse van terbium het hoë biologiese aktiwiteit, en die drieledige komplekse van terbium, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, het goeie antibakteriese en bakteriedodende effekte op Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis en Escherichia coli, met breëspektrum antibakteriese eiendomme. Die studie van hierdie komplekse bied 'n nuwe navorsingsrigting vir moderne bakteriedodende middels.
Word gebruik op die gebied van luminessensie
Moderne opto-elektroniese materiale vereis die gebruik van drie basiese kleure fosfor, naamlik rooi, groen en blou, wat gebruik kan word om verskeie kleure te sintetiseer. En terbium is 'n onontbeerlike komponent in baie hoë kwaliteit groen fluoresserende poeiers. As die geboorte van skaars aarde kleur TV rooi fluoresserende poeier die vraag na yttrium en europium gestimuleer het, dan is die toepassing en ontwikkeling van terbium bevorder deur seldsame aarde drie primêre kleur groen fluoresserende poeier vir lampe. In die vroeë 1980's het Philips die wêreld se eerste kompakte energiebesparende fluoresserende lamp uitgevind en dit vinnig wêreldwyd bevorder. Tb3+ione kan groen lig uitstraal met 'n golflengte van 545nm, en byna alle seldsame aardgroen fluoresserende poeiers gebruik terbium as 'n aktiveerder.
Die groen fluoresserende poeier wat vir kleur-TV-katodestraalbuise (CRT's) gebruik word, was nog altyd hoofsaaklik gebaseer op goedkoop en doeltreffende sinksulfied, maar terbiumpoeier is nog altyd as projeksiekleur TV-groen poeier gebruik, soos Y2SiO5: Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, en LaOBr: Tb3+. Met die ontwikkeling van grootskerm-hoëdefinisie-televisie (HDTV), word hoëprestasie groen fluoresserende poeiers vir CRT's ook ontwikkel. Byvoorbeeld, 'n hibriede groen fluoresserende poeier is in die buiteland ontwikkel, bestaande uit Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+, en Y2SiO5: Tb3+, wat uitstekende luminescentiedoeltreffendheid by hoë stroomdigtheid het.
Die tradisionele X-straal fluoresserende poeier is kalsium wolframaat. In die 1970's en 1980's is seldsame aard-fluoresserende poeiers vir sensitiseringsskerms ontwikkel, soos terbium-geaktiveerde lantaansulfiedoksied, terbium-geaktiveerde lantaanbromiedoksied (vir groenskerms), en terbium-geaktiveerde yttriumsulfiedoksied. In vergelyking met kalsiumwolframaat, kan seldsame aard-fluoresserende poeier die tyd van X-straalbestraling vir pasiënte met 80% verminder, die resolusie van X-straalfilms verbeter, die lewensduur van X-straalbuise verleng en energieverbruik verminder. Terbium word ook gebruik as 'n fluoresserende poeieraktiveerder vir mediese X-straalverbeteringsskerms, wat die sensitiwiteit van X-straalomskakeling in optiese beelde aansienlik kan verbeter, die helderheid van X-straalfilms kan verbeter en die blootstellingsdosis van X-straal aansienlik kan verminder. strale na die menslike liggaam (meer as 50%).
Terbiumword ook gebruik as 'n aktiveerder in die wit LED-fosfor wat deur blou lig opgewek word vir nuwe halfgeleierbeligting. Dit kan gebruik word om terbium-aluminium magneto-optiese kristalfosfore te produseer, met behulp van blou lig-emitterende diodes as opwekkingsligbronne, en die gegenereerde fluoressensie word met die opwekkingslig gemeng om suiwer wit lig te produseer.
Die elektroluminescerende materiale wat van terbium gemaak word, sluit hoofsaaklik sinksulfiedgroen fluoresserende poeier in met terbium as die aktiveerder. Onder ultraviolet bestraling kan organiese komplekse van terbium sterk groen fluoressensie uitstraal en kan dit as dunfilm elektroluminescerende materiale gebruik word. Alhoewel aansienlike vordering gemaak is in die studie van seldsame aard-organiese komplekse elektroluminescerende dun films, is daar steeds 'n sekere gaping van praktiese toepassing, en navorsing oor seldsame aard-organiese komplekse elektroluminescerende dun films en toestelle is steeds in diepte.
Die fluoressensie eienskappe van terbium word ook as fluoressensie probes gebruik. Die interaksie tussen ofloksasienterbium (Tb3+)-kompleks en deoksiribonukleïensuur (DNS) is bestudeer deur gebruik te maak van fluoressensie- en absorpsiespektra, soos die fluoressensieprobe van ofloksasienterbium (Tb3+). Die resultate het getoon dat die ofloksasien Tb3+-sonde 'n groefbinding met DNA-molekules kan vorm, en deoksiribonukleïensuur kan die fluoressensie van die ofloksasien Tb3+-stelsel aansienlik verbeter. Op grond van hierdie verandering kan deoksiribonukleïensuur bepaal word.
Vir magneto optiese materiale
Materiale met Faraday-effek, ook bekend as magneto-optiese materiale, word wyd gebruik in lasers en ander optiese toestelle. Daar is twee algemene tipes magneto-optiese materiale: magneto-optiese kristalle en magneto-optiese glas. Onder hulle het magneto-optiese kristalle (soos yttrium yster granaat en terbium gallium granaat) die voordele van verstelbare bedryfsfrekwensie en hoë termiese stabiliteit, maar hulle is duur en moeilik om te vervaardig. Daarbenewens het baie magneto-optiese kristalle met hoë Faraday-rotasiehoeke hoë absorpsie in die kortgolfreeks, wat hul gebruik beperk. In vergelyking met magneto optiese kristalle, het magneto optiese glas die voordeel van hoë transmissie en is dit maklik om groot blokke of vesels te maak. Tans is magneto-optiese glase met 'n hoë Faraday-effek hoofsaaklik seldsame aard-ioon-gedoteerde glase.
Word gebruik vir magneto-optiese bergingsmateriaal
In onlangse jare, met die vinnige ontwikkeling van multimedia en kantooroutomatisering, het die vraag na nuwe hoë-kapasiteit magnetiese skywe toegeneem. Amorfe metaal terbium oorgangsmetaallegering dun films is gebruik om hoëprestasie magneto optiese skywe te vervaardig. Onder hulle het die TbFeCo-legering dun film die beste prestasie. Terbium-gebaseerde magneto-optiese materiale is op groot skaal vervaardig, en magneto-optiese skywe wat daaruit gemaak is, word as rekenaarbergingskomponente gebruik, met bergingskapasiteit wat met 10-15 keer verhoog is. Hulle het die voordele van groot kapasiteit en vinnige toegangspoed, en kan tienduisende kere uitgevee en bedek word wanneer dit vir hoëdigtheid optiese skywe gebruik word. Hulle is belangrike materiale in elektroniese inligtingstoortegnologie. Die mees algemeen gebruikte magneto-optiese materiaal in die sigbare en naby-infrarooi bande is Terbium Gallium Granaat (TGG) enkelkristal, wat die beste magneto-optiese materiaal is om Faraday-rotators en -isolators te maak.
Vir magneto optiese glas
Faraday magneto optiese glas het goeie deursigtigheid en isotropie in die sigbare en infrarooi gebiede, en kan verskeie komplekse vorms vorm. Dit is maklik om grootgrootte produkte te vervaardig en kan in optiese vesels getrek word. Daarom het dit wye toepassingsvooruitsigte in magneto-optiese toestelle soos magneto-optiese isolators, magneto-optiese modulators en optiese veselstroomsensors. As gevolg van sy groot magnetiese moment en klein absorpsiekoëffisiënt in die sigbare en infrarooi reeks, het Tb3+-ione algemeen gebruikte seldsame aard-ione in magneto-optiese glase geword.
Terbium dysprosium ferromagnetostriktiewe legering
Aan die einde van die 20ste eeu, met die voortdurende verdieping van die wêreld tegnologiese revolusie, het nuwe seldsame aarde toedieningsmateriaal vinnig na vore gekom. In 1984 het die Iowa State University, die Ames-laboratorium van die Amerikaanse departement van energie en die Amerikaanse vloot oppervlakwapennavorsingsentrum (waaruit die hoofpersoneel van die later gevestigde Edge Technology Corporation (ET REMA) gekom het) saamgewerk om 'n nuwe skaars aarde intelligente materiaal, naamlik terbium dysprosium ferromagnetiese magnetostriktiewe materiaal. Hierdie nuwe intelligente materiaal het uitstekende eienskappe om elektriese energie vinnig in meganiese energie om te skakel. Die onderwater- en elektro-akoestiese omskakelaars wat van hierdie reuse-magnetostriktiewe materiaal gemaak is, is suksesvol opgestel in vloottoerusting, olieputopsporingsluidsprekers, geraas- en vibrasiebeheerstelsels, en oseaanverkenning en ondergrondse kommunikasiestelsels. Daarom, sodra die terbium dysprosium yster reuse magnetostriktiewe materiaal gebore is, het dit wydverspreide aandag van geïndustrialiseerde lande regoor die wêreld gekry. Edge Technologies in die Verenigde State het in 1989 begin met die vervaardiging van terbium dysprosium yster reuse magnetostriktiewe materiale en hulle genoem Terfenol D. Daarna het Swede, Japan, Rusland, die Verenigde Koninkryk en Australië ook terbium disprosium yster reuse magnetostriktiewe materiale ontwikkel.
Uit die geskiedenis van die ontwikkeling van hierdie materiaal in die Verenigde State, hou beide die uitvinding van die materiaal en die vroeë monopolistiese toepassings daarvan direk verband met die militêre industrie (soos die vloot). Alhoewel China se militêre en verdedigingsdepartemente geleidelik hul begrip van hierdie materiaal versterk. Met die aansienlike verbetering van China se omvattende nasionale sterkte, sal die vraag na die bereiking van 'n 21ste eeu militêre mededingende strategie en die verbetering van toerustingvlakke beslis baie dringend wees. Daarom sal die wydverspreide gebruik van terbium dysprosium yster reuse magnetostriktiewe materiale deur militêre en nasionale verdedigingsdepartemente 'n historiese noodsaaklikheid wees.
Kortom, die baie uitstekende eienskappe vanterbiummaak dit 'n onontbeerlike lid van baie funksionele materiale en 'n onvervangbare posisie in sommige toepassingsvelde. Weens die hoë prys van terbium het mense egter bestudeer hoe om die gebruik van terbium te vermy en tot die minimum te beperk om produksiekoste te verminder. Byvoorbeeld, seldsame aard-magneto-optiese materiale moet ook so veel as moontlik laekoste-dysprosium-ysterkobalt of gadoliniumterbiumkobalt gebruik; Probeer om die inhoud van terbium in die groen fluoresserende poeier wat gebruik moet word, te verminder. Prys het 'n belangrike faktor geword wat die wydverspreide gebruik van terbium beperk. Maar baie funksionele materiale kan nie daarsonder nie, so ons moet voldoen aan die beginsel van "gebruik goeie staal op die lem" en probeer om die gebruik van terbium soveel as moontlik te bespaar.
Postyd: Aug-07-2023