Rijetki zemljani elementisu neophodni za razvoj visoke tehnologije kao što su nova energija i materijali, i imaju široku primenu u oblastima kao što su vazduhoplovstvo, nacionalna odbrana i vojna industrija. Rezultati modernog ratovanja pokazuju da oružje rijetkih zemalja dominira bojnim poljem, tehnološke prednosti rijetkih zemalja predstavljaju vojno tehnološke prednosti, a posjedovanje resursa je zagarantovano. Stoga su rijetke zemlje također postale strateški resursi za koje se nadmeću velike ekonomije širom svijeta, a ključne strategije za sirovine kao što su rijetke zemlje često se uzdižu u nacionalne strategije. Evropa, Japan, Sjedinjene Američke Države i druge zemlje i regije posvećuju više pažnje ključnim materijalima kao što je rijetka zemlja. Godine 2008. Ministarstvo energetike Sjedinjenih Država navelo je materijale rijetkih zemalja kao "strategiju ključnih materijala"; Početkom 2010. godine Evropska unija je najavila osnivanje strateške rezerve rijetkih zemalja; Japansko Ministarstvo obrazovanja, kulture, nauke i tehnologije, kao i Ministarstvo ekonomije, industrije i tehnologije, već su 2007. godine predložili „Plan strategije elemenata“ i plan „Alternativni materijali retkih metala“. Poduzimaju kontinuirane mjere i politike u rezervama resursa, tehnološkom napretku, nabavci resursa i potrazi za alternativnim materijalima. Počevši od ovog članka, urednik će detaljno predstaviti važne, pa čak i nezaobilazne povijesne razvojne misije i uloge ovih rijetkih zemljanih elemenata.
Terbijum spada u kategoriju teških retkih zemalja, sa malom zastupljenošću u Zemljinoj kori od samo 1,1 ppm.Terbijum oksidčini manje od 0,01% ukupnih rijetkih zemalja. Čak iu teškoj rudi retkih zemalja tipa sa visokim sadržajem jona itrijuma sa najvećim sadržajem terbija, sadržaj terbija čini samo 1,1-1,2% ukupne retke zemlje, što ukazuje da ona pripada „plemenitij“ kategoriji retkozemnih elemenata. Terbijum je srebrno sivi metal sa duktilnošću i relativno mekom teksturom, koji se može rezati nožem; Tačka topljenja 1360 ℃, tačka ključanja 3123 ℃, gustina 8229 4 kg/m3. Više od 100 godina od otkrića terbija 1843. godine, njegova oskudica i vrijednost dugo su sprečavali njegovu praktičnu primjenu. Tek u proteklih 30 godina terbijum je pokazao svoj jedinstveni talenat.
Otkriće terbija
U istom periodu kadalantanje otkriveno, Karl G. Mosander iz Švedske analizirao je prvobitno otkrivenoitrijumi objavio izvještaj 1842. godine, pojašnjavajući da prvobitno otkrivena itrijumska zemlja nije bila jedan elementarni oksid, već oksid tri elementa. Godine 1843. Mossander je otkrio element terbijum kroz svoja istraživanja na itrijumskoj zemlji. Još je jednu od njih nazvao itrijum zemljom, a jednu od njiherbijum oksid. Tek 1877. službeno je nazvan terbijum, sa simbolom elementa Tb. Njegovo ime dolazi iz istog izvora kao i itrijum, koji potiče iz sela Ytterby u blizini Stockholma, u Švedskoj, gdje je prvi put otkrivena ruda itrijuma. Otkriće terbija i još dva elementa, lantana i erbija, otvorilo je druga vrata otkriću rijetkih zemnih elemenata, označavajući drugu fazu njihovog otkrića. Prvi ga je pročistio G. Urban 1905. godine.
Mossander
Primjena terbija
Primjena odterbijumuglavnom uključuje visokotehnološke oblasti, a to su tehnološki intenzivni i najsavremeniji projekti sa intenzivnim znanjem, kao i projekti sa značajnim ekonomskim prednostima, sa atraktivnim razvojnim izgledima. Glavna područja primjene uključuju: (1) korištenje u obliku miješanih rijetkih zemalja. Na primjer, koristi se kao složeno gnojivo rijetkih zemalja i dodatak stočnoj hrani za poljoprivredu. (2) Aktivator za zeleni prah u tri primarna fluorescentna praha. Moderni optoelektronski materijali zahtijevaju korištenje tri osnovne boje fosfora, odnosno crvene, zelene i plave, koje se mogu koristiti za sintezu različitih boja. A terbijum je nezaobilazna komponenta u mnogim visokokvalitetnim zelenim fluorescentnim prahovima. (3) Koristi se kao magnetno optički materijal za skladištenje. Tanki filmovi od legure prelaznog metala amorfnog metala terbija korišćeni su za proizvodnju magneto optičkih diskova visokih performansi. (4) Proizvodnja magneto optičkog stakla. Faraday rotacijsko staklo koje sadrži terbijum je ključni materijal za proizvodnju rotatora, izolatora i cirkulatora u laserskoj tehnologiji. (5) Razvoj i razvoj feromagnetostriktivne legure terbijum disprozijum (TerFenol) otvorio je nove primene terbija.
Za poljoprivredu i stočarstvo
Rijetka zemlja terbijummože poboljšati kvalitet usjeva i povećati brzinu fotosinteze unutar određenog raspona koncentracije. Kompleksi terbija imaju visoku biološku aktivnost, a ternarni kompleksi terbija, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, imaju dobro antibakterijsko i baktericidno dejstvo na Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis i Escherichia coli, sa antibakterijskim širokim spektrom delovanja. svojstva. Proučavanje ovih kompleksa daje novi smjer istraživanja za moderne baktericidne lijekove.
Koristi se u oblasti luminiscencije
Moderni optoelektronski materijali zahtijevaju korištenje tri osnovne boje fosfora, odnosno crvene, zelene i plave, koje se mogu koristiti za sintezu različitih boja. A terbijum je nezaobilazna komponenta u mnogim visokokvalitetnim zelenim fluorescentnim prahovima. Ako je rođenje TV crvenog fluorescentnog praha u boji rijetkih zemalja podstaklo potražnju za itrijumom i europijumom, onda je primjenu i razvoj terbija promovirao zeleni fluorescentni prah tri primarne boje rijetke zemlje za lampe. Početkom 1980-ih, Philips je izumio prvu kompaktnu štedljivu fluorescentnu lampu na svijetu i brzo je promovirao na globalnoj razini. Tb3+ joni mogu emitovati zeleno svjetlo s talasnom dužinom od 545 nm, a gotovo svi zeleni fluorescentni prahovi rijetkih zemalja koriste terbijum kao aktivator.
Zeleni fluorescentni prah koji se koristi za katodne cijevi za TV u boji (CRT) oduvijek se uglavnom bazirao na jeftinom i efikasnom cink sulfidu, ali terbijum prah se oduvijek koristio kao projekcijski TV zeleni prah u boji, kao što je Y2SiO5: Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, i LaOBr: Tb3+. Sa razvojem televizije visoke definicije velikog ekrana (HDTV), razvijaju se i zeleni fluorescentni prahovi visokih performansi za CRT. Na primjer, u inostranstvu je razvijen hibridni zeleni fluorescentni prah koji se sastoji od Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+ i Y2SiO5: Tb3+, koji imaju odličnu efikasnost luminiscencije pri visokoj gustini struje.
Tradicionalni rendgenski fluorescentni prah je kalcijum volframat. Tokom 1970-ih i 1980-ih, razvijeni su fluorescentni praškovi rijetkih zemalja za senzibilizirajuće zaslone, kao što su terbijumom aktivirani lantan sulfid oksid, terbijumom aktivirani lantan bromid oksid (za zelene ekrane) i terbijem aktiviran itrijum sulfid oksid. U poređenju s kalcijum volfratomom, fluorescentni prah rijetkih zemalja može smanjiti vrijeme zračenja pacijenata za 80%, poboljšati rezoluciju rendgenskih filmova, produžiti vijek trajanja rendgenskih cijevi i smanjiti potrošnju energije. Terbij se također koristi kao fluorescentni praškasti aktivator za medicinske ekrane za poboljšanje rendgenskih zraka, što može uvelike poboljšati osjetljivost pretvaranja rendgenskih zraka u optičke slike, poboljšati jasnoću rendgenskih filmova i uvelike smanjiti dozu ekspozicije X-zraka. zraka na ljudsko tijelo (za više od 50%).
Terbijumse također koristi kao aktivator u bijelom LED fosforu pobuđenom plavom svjetlošću za novu poluvodičku rasvjetu. Može se koristiti za proizvodnju terbijum aluminijskih magneto optičkih kristalnih fosfora, koristeći diode koje emituju plavo svjetlo kao izvore pobudnog svjetla, a generirana fluorescencija se miješa sa ekscitacijskim svjetlom kako bi se proizvela čista bijela svjetlost.
Elektroluminiscentni materijali napravljeni od terbija uglavnom uključuju cink sulfid zeleni fluorescentni prah s terbijumom kao aktivatorom. Pod ultraljubičastim zračenjem, organski kompleksi terbija mogu emitovati jaku zelenu fluorescenciju i mogu se koristiti kao tankoslojni elektroluminiscentni materijali. Iako je napravljen značajan napredak u proučavanju elektroluminiscentnih tankih filmova organskog kompleksa rijetkih zemalja, još uvijek postoji određeni jaz u pogledu praktičnosti, a istraživanja elektroluminiscentnih tankih filmova i uređaja rijetkih zemalja organskog kompleksa su još uvijek dubina.
Karakteristike fluorescencije terbija se takođe koriste kao fluorescentne sonde. Interakcija između kompleksa ofloksacin terbijuma (Tb3+) i deoksiribonukleinske kiseline (DNK) proučavana je korištenjem spektra fluorescencije i apsorpcije, kao što je fluorescentna sonda ofloksacin terbija (Tb3+). Rezultati su pokazali da ofloxacin Tb3+sonda može formirati žljeb vezivanja sa DNK molekulima, a deoksiribonukleinska kiselina može značajno pojačati fluorescenciju ofloxacin Tb3+ sistema. Na osnovu ove promjene može se odrediti deoksiribonukleinska kiselina.
Za magneto optičke materijale
Materijali sa Faradayjevim efektom, poznati i kao magneto-optički materijali, široko se koriste u laserima i drugim optičkim uređajima. Postoje dvije uobičajene vrste magneto optičkih materijala: magneto optički kristali i magneto optičko staklo. Među njima, magneto-optički kristali (kao što su itrij željezni granat i terbijum galijev granat) imaju prednosti podesive radne frekvencije i visoke termičke stabilnosti, ali su skupi i teški za proizvodnju. Osim toga, mnogi magneto-optički kristali s velikim Faradayevim uglovima rotacije imaju visoku apsorpciju u kratkovalnom opsegu, što ograničava njihovu upotrebu. U poređenju sa magneto optičkim kristalima, magneto optičko staklo ima prednost visoke propusnosti i lako se pravi u velike blokove ili vlakna. Trenutno su magnetno-optička stakla sa visokim Faradayjevim efektom uglavnom stakla dopirana jonima rijetke zemlje.
Koristi se za magneto optičke materijale za skladištenje
Posljednjih godina, s brzim razvojem multimedije i automatizacije ureda, potražnja za novim magnetnim diskovima velikog kapaciteta raste. Tanki filmovi od legure prelaznog metala amorfnog metala terbija korišćeni su za proizvodnju magneto optičkih diskova visokih performansi. Među njima, tanki film od legure TbFeCo ima najbolje performanse. Magneto-optički materijali na bazi terbijuma se proizvode u velikom obimu, a magnetno-optički diskovi napravljeni od njih se koriste kao komponente za skladištenje računara, sa kapacitetom skladištenja povećanom za 10-15 puta. Imaju prednosti velikog kapaciteta i velike brzine pristupa, a mogu se brisati i premazati desetine hiljada puta kada se koriste za optičke diskove visoke gustine. Oni su važni materijali u tehnologiji elektroničkog skladištenja informacija. Najčešći magnetno-optički materijal u vidljivom i bliskom infracrvenom opsegu je monokristal Terbium Gallium Garnet (TGG), koji je najbolji magneto-optički materijal za izradu Faradejevih rotatora i izolatora.
Za magnetno optičko staklo
Faraday magneto optičko staklo ima dobru transparentnost i izotropiju u vidljivom i infracrvenom području, te može formirati različite složene oblike. Lako je proizvoditi proizvode velikih dimenzija i mogu se uvući u optička vlakna. Stoga ima široku perspektivu primjene u magneto optičkim uređajima kao što su magneto optički izolatori, magneto optički modulatori i optički senzori struje. Zbog svog velikog magnetnog momenta i malog koeficijenta apsorpcije u vidljivom i infracrvenom opsegu, joni Tb3+ su postali uobičajeni joni rijetkih zemalja u magneto optičkim staklima.
Terbijum disprozijum feromagnetostriktivna legura
Krajem 20. stoljeća, uz kontinuirano produbljivanje svjetske tehnološke revolucije, brzo su se pojavili novi materijali za primjenu rijetkih zemalja. Godine 1984., Državni univerzitet Iowa, Laboratorij Ames Ministarstva energetike SAD i Centar za istraživanje površinskog oružja američke mornarice (iz kojeg je poteklo glavno osoblje kasnije osnovane Edge Technology Corporation (ET REMA)) sarađivali su na razvoju novog rijetkog zemaljski inteligentni materijal, odnosno terbijum disprozijum feromagnetni magnetostriktivni materijal. Ovaj novi inteligentni materijal ima odlične karakteristike brzog pretvaranja električne energije u mehaničku energiju. Podvodni i elektro-akustični pretvarači napravljeni od ovog gigantskog magnetostriktivnog materijala uspješno su konfigurisani u pomorskoj opremi, zvučnicima za detekciju naftnih bušotina, sistemima za kontrolu buke i vibracija, te sistemima za istraživanje okeana i podzemne komunikacije. Stoga, čim se rodio džinovski magnetostriktivni materijal terbijum disprozijum gvožđa, dobio je široku pažnju industrijalizovanih zemalja širom sveta. Edge Technologies u Sjedinjenim Državama je 1989. godine počeo proizvoditi terbijum disprozijum gvožđe gigantske magnetostriktivne materijale i nazvao ih Terfenol D. Kasnije su Švedska, Japan, Rusija, Ujedinjeno Kraljevstvo i Australija takođe razvile terbijum disprozijum gvožđe gigantske magnetostriktivne materijale.
Iz istorije razvoja ovog materijala u Sjedinjenim Državama, i pronalazak materijala i njegova rana monopolistička primena direktno su povezani sa vojnom industrijom (kao što je mornarica). Iako kineska vojna i odbrambena odeljenja postepeno jačaju svoje razumevanje ovog materijala. Međutim, sa značajnim povećanjem sveobuhvatne nacionalne snage Kine, zahtjev za postizanjem vojne konkurentske strategije 21. stoljeća i poboljšanjem nivoa opreme definitivno će biti vrlo hitan. Stoga će široka upotreba terbijum disprozijum gvozdenih gigantskih magnetostriktivnih materijala od strane vojnih i nacionalnih odeljenja odbrane biti istorijska potreba.
Ukratko, mnoga odlična svojstvaterbijumčine ga nezamjenjivim članom mnogih funkcionalnih materijala i nezamjenjivom pozicijom u nekim poljima primjene. Međutim, zbog visoke cijene terbija, ljudi su proučavali kako izbjeći i minimizirati upotrebu terbija kako bi se smanjili troškovi proizvodnje. Na primjer, magneto-optički materijali rijetkih zemalja također bi trebali koristiti jeftin disprozijum željezo kobalt ili gadolinijum terbijum kobalt što je više moguće; Pokušajte smanjiti sadržaj terbija u zelenom fluorescentnom prahu koji se mora koristiti. Cijena je postala važan faktor koji ograničava široku upotrebu terbija. Ali mnogi funkcionalni materijali ne mogu bez toga, pa se moramo pridržavati principa "koristeći dobar čelik na oštrici" i pokušati uštedjeti upotrebu terbija što je više moguće.
Vrijeme objave: 07.08.2023