المواد العسكرية الأرضية النادرة - تربيوم الأرض النادرة

عناصر أرضية نادرةلا غنى عنها لتطوير التكنولوجيا الفائقة مثل الطاقة والمواد الجديدة ، ولديها قيمة تطبيق واسعة في مجالات مثل Aerospace ، والدفاع الوطني ، والصناعة العسكرية. تشير نتائج الحرب الحديثة إلى أن الأسلحة الأرضية النادرة تهيمن على ساحة المعركة ، والمزايا التكنولوجية الأرضية النادرة تمثل المزايا التكنولوجية العسكرية ، وضمان موارد. لذلك ، أصبحت الأرض النادرة أيضًا موارد استراتيجية تتنافسها الاقتصادات الرئيسية في جميع أنحاء العالم ، وغالبًا ما ترتفع استراتيجيات المواد الخام الرئيسية مثل الأرض النادرة إلى الاستراتيجيات الوطنية. أوروبا واليابان والولايات المتحدة والبلدان والمناطق الأخرى تولي المزيد من الاهتمام للمواد الرئيسية مثل الأرض النادرة. في عام 2008 ، تم إدراج مواد أرضية نادرة كـ "استراتيجية مواد رئيسية" من قبل وزارة الطاقة الأمريكية ؛ في بداية عام 2010 ، أعلن الاتحاد الأوروبي إنشاء احتياطي استراتيجي للأرض النادرة ؛ في عام 2007 ، اقترحت وزارة التعليم اليابانية والثقافة والعلوم والتكنولوجيا ، وكذلك وزارة الاقتصاد والصناعة والتكنولوجيا ، بالفعل "خطة استراتيجية العناصر" وخطة "المواد البديلة المعدنية النادرة". لقد اتخذوا تدابير وسياسات مستمرة في احتياطيات الموارد ، والتقدم التكنولوجي ، واكتساب الموارد ، والبحث عن مواد بديلة. بدءًا من هذه المقالة ، سيقدم المحرر بالتفصيل مهام التنمية التاريخية المهمة التي لا غنى عنها وأدوار هذه العناصر الأرضية النادرة.

تيربيوم ينتمي إلى فئة الأرض النادرة الثقيلة ، مع وفرة منخفضة في قشرة الأرض عند 1.1 جزء في المليون فقط.أكسيد تيربيوميمثل أقل من 0.01 ٪ من إجمالي الأرض النادرة. حتى في نوع yttrium الأيوني العالي من خام الأرض النادر الثقيل مع أعلى محتوى من تيربيوم ، فإن محتوى تيربيوم لا يمثل سوى 1.1-1.2 ٪ من إجمالي الأرض النادرة ، مما يشير إلى أنه ينتمي إلى فئة "النبيلة" من العناصر الأرضية النادرة. Terbium هو معدن رمادي فضي مع ليونة وملمس ناعم نسبيًا ، والتي يمكن قطعها بسكين ؛ نقطة الانصهار 1360 ℃ ، نقطة الغليان 3123 ℃ ، الكثافة 8229 4 كجم/م 3. لأكثر من 100 عام منذ اكتشاف تيربيوم في عام 1843 ، منعت ندرتها وقيمتها تطبيقها العملي لفترة طويلة. في السنوات الثلاثين الماضية فقط ، أظهر تيربيوم موهبته الفريدة.

اكتشاف تيربيوم

خلال نفس الفترة عندمالانثانوماكتشف ، Karl G. Mosander من السويد تحليل المكتشف في البدايةyttriumونشر تقريرًا في عام 1842 ، موضحًا أن Yttrium Earth المكتشف في البداية لم يكن أكسيد عنصري واحد ، بل أكسيد من ثلاثة عناصر. في عام 1843 ، اكتشف موساندر عنصر تيربيوم من خلال أبحاثه على yttrium earth. ما زال يطلق على واحد منهم Yttrium Earth وأحدهمأكسيد الإربيوم. لم يكن حتى عام 1877 اسمه رسميا تيربيوم ، مع رمز العنصر TB. يأتي تسميةها من نفس مصدر Yttrium ، الذي نشأ من قرية Ytterby بالقرب من ستوكهولم ، السويد ، حيث تم اكتشاف خام Yttrium لأول مرة. فتح اكتشاف تيربيوم وعنصرين آخرين ، اللانثانوم وإربيوم ، الباب الثاني لاكتشاف العناصر الأرضية النادرة ، مما يمثل المرحلة الثانية من اكتشافهما. تم تنقيته لأول مرة من قبل G. Urban في عام 1905.

موساندر

تطبيق تيربيوم

تطبيقتيربيومفي الغالب ، يتضمن الحقول ذات التقنية العالية ، والتي هي مكثفة للتكنولوجيا ومشاريع متطورة كثيفة المعرفة ، وكذلك المشاريع ذات الفوائد الاقتصادية الكبيرة ، مع آفاق تنمية جذابة. تشمل مجالات التطبيق الرئيسية ما يلي: (1) استخدامها في شكل أرض نادرة مختلطة. على سبيل المثال ، يتم استخدامه كأسمدة مركبة أرضية نادرة وإضافة تغذية للزراعة. (2) المنشط للمسحوق الأخضر في ثلاثة مساحيق فلوريسنت الأولية. تتطلب المواد الإلكترونية الضوئية الحديثة استخدام ثلاثة ألوان أساسية من الفسفور ، وهي الأحمر والأخضر والأزرق ، والتي يمكن استخدامها لتوليف الألوان المختلفة. و Terbium هو مكون لا غنى عنه في العديد من مساحيق الفلورسنت الخضراء عالية الجودة. (3) تستخدم كمواد تخزين بصرية مغناطيسية. تم استخدام أفلام رقيقة من سبيكة Terbium المعدنية غير المتبلورة لتصنيع الأقراص الضوئية المغنطيسية عالية الأداء. (4) تصنيع الزجاج البصري المغناطيسي. يعد Faraday Rotatory Glass الذي يحتوي على Terbium مادة رئيسية لدوران التصنيع والمعزول والدورة الدموية في تكنولوجيا الليزر. (5) قام تطوير وتطوير سبيكة Terbium dysprosium ferromagnetostrictive (Terfenol) بفتح تطبيقات جديدة لتيربيوم.

 للزراعة وتربية الحيوانات

تربيوم الأرض النادرةيمكن تحسين جودة المحاصيل وزيادة معدل التمثيل الضوئي ضمن نطاق تركيز معين. تتمتع مجمعات تيربيوم بنشاط بيولوجي عالي ، والمجمعات الثلاثية لتيربيوم ، TB (ALA) 3Benim (CLO4) 3-3H2O ، لها آثار جيدة مضادة للبكتيريا والبكتيريا على المكورات العنقودية المضادة للمكورات العنقودية ، و subtilis subtilis ، و escherichia coli. توفر دراسة هذه المجمعات اتجاهًا جديدًا للبحث للأدوية الحديثة للمبيدات الجراثيم.

تستخدم في مجال اللمعان

تتطلب المواد الإلكترونية الضوئية الحديثة استخدام ثلاثة ألوان أساسية من الفسفور ، وهي الأحمر والأخضر والأزرق ، والتي يمكن استخدامها لتوليف الألوان المختلفة. و Terbium هو مكون لا غنى عنه في العديد من مساحيق الفلورسنت الخضراء عالية الجودة. إذا كانت ولادة مسحوق الفلورسنت للألوان الأرضية النادرة قد حفزت الطلب على Yttrium و Europium ، فقد تم تعزيز تطبيق وتطور Terbium بواسطة مسحوق الفلورسنت الأخضر الأولي للأرض للمصابيح. في أوائل الثمانينيات من القرن الماضي ، اخترع Philips أول مصباح الفلورسنت المدمج للطاقة في العالم وقامت بترقيته بسرعة على مستوى العالم. يمكن أن تنبعث TB3+أيونات الضوء الأخضر بطول موجة قدره 545 نانومتر ، وتستخدم جميع مساحيق الفلورسنت الأرضية النادرة تقريبًا تيربيوم كمنشط.

لطالما كان مسحوق الفلورسنت الأخضر المستخدم لأنابيب أشعة الكاثود التليفزيونية الملونة (CRTs) يعتمد بشكل أساسي على كبريتيد الزنك الرخيص والفعال ، ولكن تم استخدام مسحوق terbium دائمًا كمسحوق تلفزيوني ملون للإسقاط ، مثل Y2SIO5: TB3+، Y3 (AL ، GA) 5O12: TB3+، و LAOBR: TB3+. مع تطوير التلفزيون الكبير الشاشة عالي الدقة (HDTV) ، يتم أيضًا تطوير مساحيق الفلورسنت الخضراء عالية الأداء لـ CRTs. على سبيل المثال ، تم تطوير مسحوق الفلورسنت الأخضر المختلط في الخارج ، يتكون من Y3 (AL ، GA) 5O12: TB3+، LAOCL: TB3+، و Y2SIO5: TB3+، والتي لها كفاءة لامعة ممتازة في الكثافة الحالية.

مسحوق الفلورسنت الأشعة السينية التقليدية هو تنغستات الكالسيوم. في السبعينيات والثمانينيات من القرن الماضي ، تم تطوير مساحيق فلوريسنت الأرضية النادرة لشاشات التوعية ، مثل أكسيد كبريتيد اللانثانوم المنشط تيربيوم ، وأكسيد بروميد اللانثانوم المنشط تيربيوم. بالمقارنة مع تنغستات الكالسيوم ، يمكن أن يقلل مسحوق الفلورسنت الأرضي النادر من وقت تشعيع الأشعة السينية للمرضى بنسبة 80 ٪ ، وتحسين دقة أفلام الأشعة السينية ، وتوسيع عمر أنابيب الأشعة السينية ، وتقليل استهلاك الطاقة. يتم استخدام Terbium أيضًا كمنشط مسحوق الفلورسنت لشاشات تحسين الأشعة السينية الطبية ، والتي يمكن أن تحسن بشكل كبير من حساسية تحويل الأشعة السينية إلى صور بصرية ، وتحسين وضوح أفلام الأشعة السينية ، وتقليل جرعة التعرض من الأشعة السينية بشكل كبير (بأكثر من 50 ٪).

تيربيوميستخدم أيضًا كمنشط في الفوسفور الأبيض المثير للضوء الأزرق لإضاءة أشباه الموصلات الجديدة. يمكن استخدامه لإنتاج الفسفور البلوري البصري للتيربيوم ، باستخدام الثنائيات التي تنبعث منها الضوء الأزرق كمصادر ضوء الإثارة ، ويتم خلط مضان الناتج مع ضوء الإثارة لإنتاج ضوء أبيض نقي.

تشمل المواد الكهربائية المصنوعة من تيربيوم بشكل رئيسي مسحوق الفلورسنت الأخضر كبريتيد الزنك مع تيربيوم كأنشطة. في ظل تشعيع الأشعة فوق البنفسجية ، يمكن أن تنبعث المجمعات العضوية من تيربيوم مضان أخضر قوي ويمكن استخدامه كمواد كهربائية رقيقة للفيلم. على الرغم من أنه تم إحراز تقدم كبير في دراسة الأفلام الرقيقة النادرة من الأراضي الكهربائية ، لا تزال هناك فجوة معينة من التطبيق العملي ، ولا تزال الأبحاث حول الأفلام والأجهزة الرقيقة المنكوبة بالكهرباء المعقدة على الأرض.

وتستخدم خصائص مضان تيربيوم أيضًا كتحقيقات مضان. تمت دراسة التفاعل بين Terbium terbium (TB3+) وحمض ديوكسيريبونوكليك (DNA) باستخدام أطياف التألق والامتصاص ، مثل مسبار مضان من terbium terbium (TB3+). أظهرت النتائج أن مسبار Ofloxacin TB3+يمكن أن يشكل أخدود ملزمة مع جزيئات الحمض النووي ، ويمكن أن يعزز حمض ديوكسيريبونوكليك بشكل كبير من مضان نظام TB3+. بناءً على هذا التغيير ، يمكن تحديد حمض ديوكسيريبونوكليك.

للمواد البصرية المغناطيسية

المواد ذات تأثير فاراداي ، والمعروفة أيضًا باسم المواد المغناطيسية الضوئية ، تستخدم على نطاق واسع في الليزر والأجهزة البصرية الأخرى. هناك نوعان شائعان من المواد البصرية المغناطيسية: البلورات البصرية المغناطيسية والزجاج البصري المغناطيسي. من بينها ، فإن البلورات المغناطيسية البصرية (مثل العقيق من الحديد وتيريبيوم غاليوم العقيق) لها مزايا تردد التشغيل القابل للتعديل والاستقرار الحراري العالي ، لكنها مكلفة وصعبة في التصنيع. بالإضافة إلى ذلك ، فإن العديد من البلورات المغناطيسية البصرية مع زوايا الدوران عالية الفاراداي لها امتصاص عالي في نطاق الموجة القصير ، مما يحد من استخدامها. بالمقارنة مع البلورات البصرية المغناطيسية ، يتمتع الزجاج البصري المغناطيسي بميزة النقل العالي ويسهل تحويله إلى كتل أو ألياف كبيرة. في الوقت الحاضر ، فإن النظارات المغناطيسية البصرية ذات التأثير العالي فاراداي هي النظارات النادرة للأرض.

تستخدم لمواد التخزين البصرية المغناطيسية

في السنوات الأخيرة ، مع التطور السريع للوسائط المتعددة والأتمتة المكتبية ، زاد الطلب على أقراص مغناطيسية جديدة عالية السعة. تم استخدام أفلام رقيقة من سبيكة Terbium المعدنية غير المتبلورة لتصنيع الأقراص الضوئية المغنطيسية عالية الأداء. من بينها ، فإن فيلم TBFECO Alloy Thin لديه أفضل أداء. تم إنتاج المواد المغناطيسية البصرية المستندة إلى تيربيوم على نطاق واسع ، ويتم استخدام الأقراص البصرية المغناطيسية المصنوعة منها كمكونات تخزين الكمبيوتر ، مع زيادة سعة التخزين بمقدار 10-15 مرة. لديهم مزايا السعة الكبيرة وسرعة الوصول السريع ، ويمكن القضاء عليها وعشرات المغلفة من الآلاف من المرات عند استخدامها للأقراص الضوئية عالية الكثافة. إنها مواد مهمة في تكنولوجيا تخزين المعلومات الإلكترونية. المواد المغناطيسية الأكثر شيوعًا في الأشرطة المرئية والقريبة من الأشعة تحت الحمراء هي تيربيوم غاليوم العقيق (TGG) ، وهي أفضل مادة مغناطيسات صوتية لصنع الدوارات والمعزل عن الفاراداي.

للزجاج البصري المغناطيسي

الزجاج البصري Faraday Magneto لديه شفافية جيدة وخلايا الخواص في المناطق المرئية والأشعة تحت الحمراء ، ويمكن أن تشكل أشكالًا معقدة مختلفة. من السهل إنتاج منتجات كبيرة الحجم ويمكن سحبها إلى ألياف بصرية. لذلك ، فإنه يحتوي على آفاق تطبيق واسعة في الأجهزة البصرية Magneto مثل العزلات البصرية المغناطيسية ، والمحوّلات البصرية المغناطيسية ، وأجهزة استشعار تيار الألياف البصرية. نظرًا للحظات المغناطيسية الكبيرة ومعامل الامتصاص الصغير في النطاق المرئي والأشعة تحت الحمراء ، أصبحت أيونات TB3+تستخدم أيونات أرضية نادرة في النظارات البصرية المغناطيسية.

Terbium dysprosium ferromagnetostrictive سبيكة

في نهاية القرن العشرين ، مع التعميق المستمر للثورة التكنولوجية العالمية ، ظهرت مواد جديدة للتطبيقات الأرضية النادرة. في عام 1984 ، تعاونت جامعة ولاية أيوا ، ومختبر AMES لوزارة الطاقة الأمريكية ، ومركز أبحاث الأسلحة البحرية الأمريكية (والذي جاء منه الموظفون الرئيسيون في شركة Edge Technology Corporation (ET REMA) في وقت لاحق) لتطوير مواد ذكية جديدة نادرة ، وهي مواد مغناطيسية ثنائية الأبعاد. هذه المادة الذكية الجديدة لها خصائص ممتازة لتحويل الطاقة الكهربائية بسرعة إلى طاقة ميكانيكية. تم تكوين محولات الطاقة تحت الماء والكهربائية المصنوعة من هذه المواد العملاقة المغناطيسية الناجحة في المعدات البحرية ، ومكبرات صوت الكشف عن البئر ، وأنظمة التحكم في الضوضاء والاهتزاز ، واستكشاف المحيطات وأنظمة الاتصالات تحت الأرض. لذلك ، بمجرد ولادتي تيربيوم ديسبروسيوم الحديد العملاقة للمواد المغنطيسية ، حصلت على اهتمام واسع النطاق من البلدان الصناعية في جميع أنحاء العالم. بدأت Technologies في الولايات المتحدة في إنتاج مواد مغنطيسية عملاق Terbium dysprosium Magnetosterctive في عام 1989 وسمتها Terfenol D. في وقت لاحق ، سويد واليابان وروسيا والمملكة المتحدة وأستراليا أيضًا طورت مواد Terbium Dysprosium Iron Gianttrictive.

من تاريخ تطور هذه المادة في الولايات المتحدة ، يرتبط كل من اختراع المواد وتطبيقاتها الاحتكارية المبكرة مباشرة بالصناعة العسكرية (مثل البحرية). على الرغم من أن الإدارات العسكرية والدفاعية في الصين تعزز تدريجياً فهمها لهذه المادة. ومع ذلك ، مع التعزيز الكبير للقوة الوطنية الشاملة في الصين ، فإن الطلب على تحقيق استراتيجية تنافسية عسكرية في القرن الحادي والعشرين وتحسين مستويات المعدات سيكون أمرًا ملموسًا للغاية. لذلك ، فإن الاستخدام الواسع النطاق للمواد المغناطيسية للدفاع العسكري والوطني من قبل إدارات الدفاع العسكرية والوطنية سيكون ضرورة تاريخية.

باختصار ، العديد من الخصائص الممتازةتيربيوماجعله عضوًا لا غنى عنه في العديد من المواد الوظيفية وموضع لا يمكن الاستغناء عنه في بعض حقول التطبيق. ومع ذلك ، نظرًا لارتفاع سعر تيربيوم ، كان الناس يدرسون كيفية تجنب استخدام تيربيوم وتقليله من أجل تقليل تكاليف الإنتاج. على سبيل المثال ، يجب أن تستخدم المواد المغناطيسية البصرية الأرضية النادرة أيضًا كوبالت الحديد المنخفض التكلفة أو الكوبالت الجادولينيوم تيربيوم قدر الإمكان ؛ حاول تقليل محتوى تيربيوم في مسحوق الفلورسنت الأخضر الذي يجب استخدامه. أصبح السعر عاملاً مهمًا يقيد الاستخدام الواسع للتيربيوم. لكن العديد من المواد الوظيفية لا يمكن أن تستمر بدونها ، لذلك يتعين علينا الالتزام بمبدأ "استخدام الصلب الجيد على الشفرة" ونحاول حفظ استخدام Terbium قدر الإمكان.