Рэдказямельныя элементынезаменныя для развіцця высокіх тэхналогій, такіх як новая энергетыка і матэрыялы, і маюць шырокае прымяненне ў такіх галінах, як аэракасмічная прамысловасць, нацыянальная абарона і ваенная прамысловасць. Вынікі сучаснай вайны паказваюць, што рэдказямельная зброя дамінуе на полі бою, рэдказямельныя тэхналагічныя перавагі ўяўляюць ваенна-тэхналагічныя перавагі, і наяўнасць рэсурсаў гарантавана. Такім чынам, рэдказямельныя элементы таксама сталі стратэгічнымі рэсурсамі, за якія канкуруюць буйныя эканомікі свету, і ключавыя стратэгіі сыравіны, такія як рэдказямельныя элементы, часта ўзвышаюцца да нацыянальных стратэгій. Еўропа, Японія, ЗША і іншыя краіны і рэгіёны надаюць больш увагі такім ключавым матэрыялам, як рэдказямельныя рэчывы. У 2008 годзе рэдказямельныя матэрыялы былі ўнесены Міністэрствам энергетыкі Злучаных Штатаў у спіс «стратэгіі ключавых матэрыялаў»; У пачатку 2010 года Еўрапейскі саюз абвясціў аб стварэнні стратэгічнага запасу рэдказямельных элементаў; У 2007 г. Міністэрства адукацыі, культуры, навукі і тэхналогій Японіі, а таксама Міністэрства эканомікі, прамысловасці і тэхналогій ужо прапанавалі «План стратэгіі элементаў» і план «Альтэрнатыўныя матэрыялы для рэдкіх металаў». Яны прымаюць пастаянныя меры і палітыку ў галіне запасаў рэсурсаў, тэхнічнага прагрэсу, набыцця рэсурсаў і пошуку альтэрнатыўных матэрыялаў. Пачынаючы з гэтага артыкула, рэдактар падрабязна прадставіць важныя і нават незаменныя гістарычныя місіі развіцця і ролі гэтых рэдказямельных элементаў.
Тэрбій належыць да катэгорыі цяжкіх рэдказямельных элементаў з нізкім утрыманнем у зямной кары ўсяго 1,1 праміле.Аксід тэрбіяскладае менш за 0,01% ад агульнай колькасці рэдказямельных элементаў. Нават у цяжкай рэдказямельнай рудзе з высокім утрыманнем іёнаў ітрыю з самым высокім утрыманнем тэрбія ўтрыманне тэрбія складае толькі 1,1-1,2% ад агульнай колькасці рэдказямельных элементаў, што сведчыць аб прыналежнасці да «высакароднай» катэгорыі рэдказямельных элементаў. Тэрбій - серабрыста-шэры метал з пластычнасцю і адносна мяккай тэкстурай, які можна разрэзаць нажом; Тэмпература плаўлення 1360 ℃, тэмпература кіпення 3123 ℃, шчыльнасць 8229 4 кг/м3. На працягу больш за 100 гадоў з моманту адкрыцця тэрбія ў 1843 годзе яго дэфіцыт і каштоўнасць на працягу доўгага часу перашкаджалі яго практычнаму прымяненню. Толькі за апошнія 30 гадоў тэрбій праявіў свой унікальны талент.
Адкрыццё тэрбія
У той жа перыяд, калілантанбыло выяўлена, Карл Г. Мосандэр са Швецыі прааналізаваў першапачаткова выяўленаеітрыйі апублікаваў справаздачу ў 1842 годзе, удакладняючы, што першапачаткова выяўленая ітрыевая зямля была не адным элементарным аксідам, а аксідам трох элементаў. У 1843 годзе Мосандэр адкрыў элемент тэрбій падчас даследаванняў ітрыевай зямлі. Адну з іх ён яшчэ назваў ітрыевай зямлёй і адну з іхаксід эрбія. Толькі ў 1877 годзе ён быў афіцыйна названы тэрбіем з сімвалам элемента Tb. Яго назва паходзіць ад той жа крыніцы, што і ітрый, ад вёскі Ітэрбі каля Стакгольма, Швецыя, дзе ўпершыню была знойдзена ітрыевая руда. Адкрыццё тэрбія і двух іншых элементаў, лантана і эрбія, адкрыла другі шлях да адкрыцця рэдказямельных элементаў, азначыўшы другі этап іх адкрыцця. Упершыню ачышчаны Г. Урбанам у 1905 годзе.
Мосандэр
Прымяненне тэрбія
Прымяненнетэрбійу асноўным уключае ў сябе высокатэхналагічныя галіны, якія з'яўляюцца тэхнаёмістымі і навукаёмістымі перадавымі праектамі, а таксама праекты са значнымі эканамічнымі выгодамі, з прывабнымі перспектывамі развіцця. Асноўныя вобласці прымянення ўключаюць: (1) выкарыстанне ў выглядзе змешаных рэдказямельных элементаў. Напрыклад, ён выкарыстоўваецца ў якасці рэдказямельных злучэнняў угнаенняў і кармавых дабавак для сельскай гаспадаркі. (2) Актыватар для зялёнага парашка ў трох асноўных флуоресцентных парашках. Сучасныя оптаэлектронныя матэрыялы патрабуюць выкарыстання трох асноўных колераў люмінафораў, а менавіта чырвонага, зялёнага і сіняга, якія можна выкарыстоўваць для сінтэзу розных колераў. А тэрбій з'яўляецца незаменным кампанентам многіх высакаякасных зялёных флуоресцентных парашкоў. (3) Выкарыстоўваецца ў якасці магнітааптычнага назапашвальніка. Тонкія плёнкі са сплаву пераходнага металу аморфнага металу тэрбія выкарыстоўваліся для вытворчасці высокапрадукцыйных магнітааптычных дыскаў. (4) Вытворчасць магнітааптычнага шкла. Круцільнае шкло Фарадэя, якое змяшчае тэрбій, з'яўляецца ключавым матэрыялам для вытворчасці рататараў, ізалятараў і цыркулятараў у лазернай тэхналогіі. (5) Распрацоўка і распрацоўка ферамагнітастрыкцыйнага сплаву тэрбій-дыспрозій (TerFenol) адкрыла новыя магчымасці прымянення тэрбія.
Для земляробства і жывёлагадоўлі
Рэдказямельны тэрбійможа палепшыць якасць сельскагаспадарчых культур і павялічыць хуткасць фотасінтэзу ў пэўным дыяпазоне канцэнтрацый. Комплексы тэрбія валодаюць высокай біялагічнай актыўнасцю, а патройныя комплексы тэрбія, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, аказваюць добрае антыбактэрыйнае і бактэрыцыднае дзеянне на залацісты стафілакок, Bacillus subtilis і кішачную палачку з антыбактэрыйным дзеяннем шырокага спектру дзеяння. ўласцівасці. Вывучэнне гэтых комплексаў дае новы кірунак даследаванняў сучасных бактэрыцыдных прэпаратаў.
Выкарыстоўваецца ў галіне люмінесцэнцыі
Сучасныя оптаэлектронныя матэрыялы патрабуюць выкарыстання трох асноўных колераў люмінафораў, а менавіта чырвонага, зялёнага і сіняга, якія можна выкарыстоўваць для сінтэзу розных колераў. А тэрбій з'яўляецца незаменным кампанентам многіх высакаякасных зялёных флуоресцентных парашкоў. Калі нараджэнне рэдказямельнага каляровага чырвонага флуоресцентного парашка для тэлевізараў стымулявала попыт на ітрый і еўрапій, то прымяненню і распрацоўцы тэрбія спрыялі рэдказямельныя трох асноўныя зялёныя флуоресцентные парашкі для лямпаў. У пачатку 1980-х Philips вынайшла першую ў свеце кампактную энергазберагальную люмінесцэнтную лямпу і хутка прасунула яе ва ўсім свеце. Іёны Tb3+ могуць выпраменьваць зялёнае святло з даўжынёй хвалі 545 нм, і амаль усе рэдказямельныя зялёныя флуарэсцэнтныя парашкі выкарыстоўваюць тэрбій у якасці актыватара.
Зялёны флуарэсцэнтны парашок, які выкарыстоўваецца для каляровых тэлевізійных электронна-прамянёвых трубак (ЭПТ), заўсёды быў у асноўным заснаваны на танным і эфектыўным сульфідзе цынку, але парашок тэрбію заўсёды выкарыстоўваўся ў якасці праекцыйнага каляровага тэлевізійнага зялёнага парашка, напрыклад Y2SiO5: Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+ і LaOBr: Tb3+. З развіццём тэлебачання высокай выразнасці з вялікім экранам (HDTV) таксама распрацоўваюцца высокаэфектыўныя зялёныя флуоресцентные парашкі для ЭПТ. Напрыклад, за мяжой быў распрацаваны гібрыдны зялёны флуоресцентный парашок, які складаецца з Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+ і Y2SiO5: Tb3+, якія валодаюць выдатнай эфектыўнасцю люмінесцэнцыі пры высокай шчыльнасці току.
Традыцыйны рэнтгенаўскі флуоресцентный парашок - вальфрамат кальцыя. У 1970-х і 1980-х гадах былі распрацаваны рэдказямельныя флуарэсцэнтныя парашкі для сенсібілізацыйных экранаў, такія як актываваны тэрбіем аксід сульфіду лантана, актываваны тэрбіем аксід браміду лантана (для зялёных экранаў) і актываваны тэрбіем аксід сульфіду ітрыю. У параўнанні з вальфраматам кальцыя рэдказямельны флуарэсцэнтны парашок можа скараціць час рэнтгенаўскага апраменьвання пацыентаў на 80%, палепшыць раздзяляльнасць рэнтгенаўскіх плёнак, падоўжыць тэрмін службы рэнтгенаўскіх трубак і знізіць спажыванне энергіі. Тэрбій таксама выкарыстоўваецца ў якасці актыватара флуарэсцэнтнага парашка для медыцынскіх экранаў для паляпшэння рэнтгенаўскага выпраменьвання, што можа значна палепшыць адчувальнасць пераўтварэння рэнтгенаўскага выпраменьвання ў аптычныя выявы, палепшыць выразнасць рэнтгенаўскіх плёнак і значна паменшыць дозу апраменьвання рэнтгенаўскага выпраменьвання. прамянёў на арганізм чалавека (больш чым на 50%).
Тэрбійтаксама выкарыстоўваецца ў якасці актыватара ў белым святлодыёдным люмінафоры, які ўзбуджаецца сінім святлом для новага паўправадніковага асвятлення. Ён можа быць выкарыстаны для вытворчасці магнітна-аптычных крышталічных люмінафораў з тэрбію і алюмінія з выкарыстаннем сініх святлодыёдаў у якасці крыніц узбуджальнага святла, а генераваная флуарэсцэнцыя змешваецца са святлом узбуджэння для атрымання чыстага белага святла.
Электралюмінесцэнтныя матэрыялы, вырабленыя з тэрбія, у асноўным уключаюць зялёны флуоресцентный парашок сульфіду цынку з тэрбіем у якасці актыватара. Пад ультрафіялетавым апраменьваннем арганічныя комплексы тэрбія могуць выпраменьваць моцную зялёную флуарэсцэнцыю і могуць выкарыстоўвацца ў якасці тонкаплёнкавых электралюмінесцэнтных матэрыялаў. Хоць у вывучэнні электралюмінесцэнтных тонкіх плёнак рэдказямельных арганічных комплексаў дасягнуты значны прагрэс, усё яшчэ існуе пэўны разрыў у практычнасці, і даследаванні электралюмінесцэнтных тонкіх плёнак і прылад рэдказямельных арганічных комплексаў усё яшчэ працягваюцца.
Флуарэсцэнтныя характарыстыкі тэрбія таксама выкарыстоўваюцца ў якасці флуарэсцэнтных зондаў. Узаемадзеянне паміж комплексам ofloxacin terbium (Tb3+) і дэзаксірыбануклеінавай кіслатой (ДНК) вывучалася з выкарыстаннем спектраў флуарэсцэнцыі і паглынання, такіх як флуарэсцэнтны зонд ofloxacin terbium (Tb3+). Вынікі паказалі, што зонд ofloxacin Tb3+ можа ўтвараць канаўку, звязваючыся з малекуламі ДНК, а дэзаксірыбануклеінавая кіслата можа значна ўзмацняць флуарэсцэнцыю сістэмы ofloxacin Tb3+. На аснове гэтага змены можна вызначыць дэзаксірыбануклеінавую кіслату.
Для магнітааптычных матэрыялаў
Матэрыялы з эфектам Фарадэя, таксама вядомыя як магнітааптычныя матэрыялы, шырока выкарыстоўваюцца ў лазерах і іншых аптычных прыборах. Ёсць два распаўсюджаных тыпу магнітааптычных матэрыялаў: магнітааптычныя крышталі і магнітааптычнае шкло. Сярод іх магнітааптычныя крышталі (такія як жалезны ітрыевы гранат і тэрбіевы галіевы гранат) маюць перавагі рэгуляванай працоўнай частаты і высокую тэрмічную стабільнасць, але яны дарагія і складаныя ў вытворчасці. Акрамя таго, многія магнітааптычныя крышталі з вялікімі вугламі павароту Фарадэя маюць высокае паглынанне ў кароткім дыяпазоне хваль, што абмяжоўвае іх выкарыстанне. У параўнанні з магнітааптычнымі крышталямі, магнітааптычнае шкло мае высокую каэфіцыент прапускання і лёгка ператвараецца ў вялікія блокі або валакна. У цяперашні час магнітааптычныя шкла з высокім эфектам Фарадэя - гэта ў асноўным шкла, легаваныя рэдказямельнымі іёнамі.
Выкарыстоўваецца для магнітааптычных запамінальных матэрыялаў
У апошнія гады з хуткім развіццём мультымедыя і офіснай аўтаматызацыі расце попыт на новыя магнітныя дыскі вялікай ёмістасці. Тонкія плёнкі са сплаву пераходнага металу аморфнага металу тэрбія выкарыстоўваліся для вытворчасці высокапрадукцыйных магнітааптычных дыскаў. Сярод іх тонкая плёнка са сплаву TbFeCo мае найлепшыя характарыстыкі. Магнітааптычныя матэрыялы на аснове тэрбія вырабляюцца ў вялікіх маштабах, магнітааптычныя дыскі з іх выкарыстоўваюцца ў якасці камп'ютэрных камп'ютэрных назапашвальнікаў, ёмістасць якіх павялічваецца ў 10-15 разоў. Яны маюць такія перавагі, як вялікая ёмістасць і высокая хуткасць доступу, і іх можна сціраць і пакрываць дзясяткі тысяч разоў пры выкарыстанні для аптычных дыскаў высокай шчыльнасці. Яны з'яўляюцца важнымі матэрыяламі ў тэхналогіі захоўвання электроннай інфармацыі. Найбольш часта выкарыстоўваным магнітааптычным матэрыялам у бачным і блізкім інфрачырвоным дыяпазонах з'яўляецца монакрышталь тэрбіевага галіевага граната (TGG), які з'яўляецца найлепшым магнітааптычным матэрыялам для вырабу рататараў і ізалятараў Фарадэя.
Для магнітааптычнага шкла
Магнітааптычнае шкло Фарадэя мае добрую празрыстасць і ізатрапію ў бачным і інфрачырвоным дыяпазонах і можа ўтвараць розныя складаныя формы. Лёгка вырабляць буйнагабарытныя вырабы і можна ўцягваць у аптычныя валакна. Такім чынам, ён мае шырокія перспектывы прымянення ў магнітааптычных прыладах, такіх як магнітааптычныя ізалятары, магнітааптычныя мадулятары і валаконна-аптычныя датчыкі току. З-за вялікага магнітнага моманту і малога каэфіцыента паглынання ў бачным і інфрачырвоным дыяпазонах іёны Tb3+ сталі часта выкарыстоўванымі рэдказямельнымі іёнамі ў магнітааптычных шклах.
Тэрбій дыспрозій ферамагнітастрыкцыйны сплаў
У канцы 20-га стагоддзя з бесперапынным паглыбленнем сусветнай тэхналагічнай рэвалюцыі хутка з'яўляліся новыя рэдказямельныя матэрыялы. У 1984 годзе Універсітэт штата Аёва, Лабараторыя Эймса Міністэрства энергетыкі ЗША і Даследчы цэнтр надводнага ўзбраення ВМС ЗША (адкуль паходзіў асноўны персанал заснаванай пазней Edge Technology Corporation (ET REMA)) супрацоўнічалі ў распрацоўцы новага рэдкага зямны разумны матэрыял, а менавіта ферамагнітны магнітастрыкцыйны матэрыял тэрбій дыспрозій. Гэты новы інтэлектуальны матэрыял валодае выдатнымі характарыстыкамі хуткага пераўтварэння электрычнай энергіі ў механічную. Падводныя і электраакустычныя пераўтваральнікі, зробленыя з гэтага гіганцкага магнітастрыкцыйнага матэрыялу, былі паспяхова сканфігураваны ў ваенна-марскім абсталяванні, дынаміках выяўлення нафтавых свідравін, сістэмах кантролю шуму і вібрацыі, а таксама ў сістэмах даследавання акіяна і падземных камунікацый. Такім чынам, як толькі нарадзіўся гіганцкі магнітастрыкцыйны матэрыял тэрбій дыспрозій жалеза, ён атрымаў шырокую ўвагу прамыслова развітых краін па ўсім свеце. Кампанія Edge Technologies у Злучаных Штатах пачала вырабляць гіганцкія магнітастрыкцыйныя матэрыялы з тэрбію-дыспрозію і жалеза ў 1989 годзе і назвала іх Terfenol D. Пасля Швецыя, Японія, Расія, Вялікабрытанія і Аўстралія таксама распрацавалі гіганцкія магнітастрыкцыйныя матэрыялы з тэрбію-дыспрозію-жалеза.
З гісторыі распрацоўкі гэтага матэрыялу ў Злучаных Штатах як вынаходніцтва матэрыялу, так і яго першыя манапалістычныя прымянення непасрэдна звязаны з ваеннай прамысловасцю (напрыклад, ваенна-марскім флотам). Хоць ваеннае і абароннае ведамства Кітая паступова ўмацоўваюць сваё разуменне гэтага матэрыялу. Тым не менш, са значным узмацненнем усёабдымнай нацыянальнай сілы Кітая попыт на дасягненне ваеннай канкурэнтнай стратэгіі 21-га стагоддзя і паляпшэнне ўзроўню абсталявання, безумоўна, будзе вельмі актуальным. Такім чынам, шырокае выкарыстанне гіганцкіх магнітастрыкцыйных матэрыялаў з тэрбію-дыспразію жалеза ваенным і нацыянальным абаронным ведамствам будзе гістарычнай неабходнасцю.
Карацей кажучы, шмат выдатных уласцівасцяўтэрбійробяць яго незаменным членам многіх функцыянальных матэрыялаў і незаменным месцам у некаторых галінах прымянення. Аднак з-за высокай цаны тэрбія людзі вывучаюць, як пазбегнуць і звесці да мінімуму выкарыстанне тэрбія, каб знізіць вытворчыя выдаткі. Напрыклад, рэдказямельныя магнітааптычныя матэрыялы таксама павінны як мага больш выкарыстоўваць недарагі дыспрозій жалеза кобальт або гадаліній тэрбій кобальт; Паспрабуйце паменшыць утрыманне тэрбія ў зялёным флуоресцентном парашку, які неабходна выкарыстоўваць. Цана стала важным фактарам, які абмяжоўвае шырокае выкарыстанне тэрбія. Але многія функцыянальныя матэрыялы не могуць абысціся без яго, таму мы павінны прытрымлівацца прынцыпу «выкарыстоўваць добрую сталь на лязе» і імкнуцца максімальна зэканоміць выкарыстанне тэрбія.
Час публікацыі: 7 жніўня 2023 г