Elfennau prin y ddaearyn anhepgor ar gyfer datblygu uwch-dechnoleg megis ynni a deunyddiau newydd, ac mae ganddynt werth cymhwysiad eang mewn meysydd megis awyrofod, amddiffyn cenedlaethol, a diwydiant milwrol. Mae canlyniadau rhyfela modern yn nodi bod arfau daear prin yn dominyddu maes y gad, mae manteision technolegol daear prin yn cynrychioli manteision technolegol milwrol, ac mae cael adnoddau wedi'i warantu. Felly, mae daearoedd prin hefyd wedi dod yn adnoddau strategol y mae economïau mawr ledled y byd yn cystadlu amdanynt, ac mae strategaethau deunydd crai allweddol fel daearoedd prin yn aml yn codi i strategaethau cenedlaethol. Mae Ewrop, Japan, yr Unol Daleithiau a gwledydd a rhanbarthau eraill yn talu mwy o sylw i ddeunyddiau allweddol fel daear prin. Yn 2008, rhestrwyd deunyddiau daear prin fel "strategaeth deunyddiau allweddol" gan Adran Ynni yr Unol Daleithiau; Ar ddechrau 2010, cyhoeddodd yr Undeb Ewropeaidd sefydlu cronfa strategol wrth gefn o ddaearoedd prin; Yn 2007, roedd Gweinyddiaeth Addysg, Diwylliant, Gwyddoniaeth a Thechnoleg Japan, yn ogystal â'r Weinyddiaeth Economi, Diwydiant a Thechnoleg, eisoes wedi cynnig y "Cynllun Strategaeth Elfennau" a'r cynllun "Deunyddiau Amgen Metel Prin". Maent wedi cymryd mesurau a pholisïau parhaus mewn cronfeydd adnoddau, cynnydd technolegol, caffael adnoddau, a chwilio am ddeunyddiau amgen. Gan ddechrau o'r erthygl hon, bydd y golygydd yn cyflwyno'n fanwl deithiau datblygu hanesyddol pwysig a hyd yn oed anhepgor a rolau'r elfennau daear prin hyn.
Terbium yn perthyn i'r categori o ddaearoedd prin trwm, gyda digonedd isel yng nghramen y Ddaear ar 1.1 ppm yn unig.Terbium ocsidyn cyfrif am lai na 0.01% o gyfanswm y priddoedd prin. Hyd yn oed yn y math ïon yttrium uchel mwyn rare earth trwm gyda'r cynnwys uchaf o terbium, mae'r cynnwys terbium ond yn cyfrif am 1.1-1.2% o gyfanswm y ddaear prin, sy'n nodi ei fod yn perthyn i'r categori "bonheddig" o elfennau daear prin. Mae terbium yn fetel llwyd arian gyda hydwythedd a gwead cymharol feddal, y gellir ei dorri'n agored gyda chyllell; Pwynt toddi 1360 ℃, berwbwynt 3123 ℃, dwysedd 8229 4kg/m3. Am dros 100 mlynedd ers darganfod terbium ym 1843, mae ei brinder a'i werth wedi atal ei gymhwyso'n ymarferol ers amser maith. Dim ond yn y 30 mlynedd diwethaf y mae terbium wedi dangos ei dalent unigryw.
Darganfod Terbium
Yn ystod yr un cyfnod panlanthanumei ddarganfod, dadansoddodd Karl G. Mosander o Sweden y darganfuwyd yn wreiddiolyttriuma chyhoeddodd adroddiad yn 1842, yn egluro nad oedd y ddaear yttrium a ddarganfuwyd yn wreiddiol yn un elfen ocsid, ond yn ocsid o dair elfen. Ym 1843, darganfu Mossander yr elfen terbium trwy ei ymchwil ar yttrium earth. Efe a enwir o hyd un o honynt yttrium daear ac un o honynterbium ocsid. Nid tan 1877 y cafodd ei enwi'n swyddogol yn terbium, gyda'r elfen symbol Tb. Daw ei henw o'r un ffynhonnell ag yttrium, sy'n tarddu o bentref Ytterby ger Stockholm, Sweden, lle darganfuwyd mwyn yttrium gyntaf. Agorodd darganfod terbium a dwy elfen arall, lanthanum ac erbium, yr ail ddrws i ddarganfod elfennau daear prin, gan nodi ail gam eu darganfyddiad. Fe'i purwyd gyntaf gan G. Urban yn 1905 .
Mossander
Cymhwyso terbium
Mae cais oterbiumyn bennaf yn ymwneud â meysydd uwch-dechnoleg, sy'n dechnoleg-ddwys a phrosiectau blaengar gwybodaeth, yn ogystal â phrosiectau â buddion economaidd sylweddol, gyda rhagolygon datblygu deniadol. Mae'r prif feysydd cais yn cynnwys: (1) yn cael ei ddefnyddio ar ffurf priddoedd prin cymysg. Er enghraifft, fe'i defnyddir fel gwrtaith cyfansawdd daear prin ac ychwanegyn bwyd anifeiliaid ar gyfer amaethyddiaeth. (2) Activator ar gyfer powdr gwyrdd mewn tri powdr fflwroleuol cynradd. Mae deunyddiau optoelectroneg modern yn gofyn am ddefnyddio tri lliw sylfaenol o ffosfforiaid, sef coch, gwyrdd a glas, y gellir eu defnyddio i syntheseiddio lliwiau amrywiol. Ac mae terbium yn elfen anhepgor mewn llawer o bowdrau fflwroleuol gwyrdd o ansawdd uchel. (3) Defnyddir fel deunydd storio optegol magneto. Defnyddiwyd ffilmiau tenau aloi metel trawsnewid terbium metel amorffaidd i gynhyrchu disgiau magneto optegol perfformiad uchel. (4) Gweithgynhyrchu gwydr optegol magneto. Mae gwydr cylchdro Faraday sy'n cynnwys terbium yn ddeunydd allweddol ar gyfer gweithgynhyrchu rotators, ynysyddion a chylchredwyr mewn technoleg laser. (5) Mae datblygu a datblygu aloi terbium dysprosium ferromagnetostrictive (TerFenol) wedi agor ceisiadau newydd ar gyfer terbium.
Ar gyfer amaethyddiaeth a hwsmonaeth anifeiliaid
Terbium daear prinyn gallu gwella ansawdd y cnydau a chynyddu cyfradd ffotosynthesis o fewn ystod crynodiad penodol. Mae gan gyfadeiladau terbium weithgaredd biolegol uchel, ac mae gan gyfadeiladau teiran terbium, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, effeithiau gwrthfacterol a bactericidal da ar Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis, ac Escherichia coli, gyda gwrthfacterol sbectrwm eang. eiddo. Mae astudiaeth o'r cyfadeiladau hyn yn darparu cyfeiriad ymchwil newydd ar gyfer cyffuriau bactericidal modern.
Defnyddir ym maes goleuedd
Mae deunyddiau optoelectroneg modern yn gofyn am ddefnyddio tri lliw sylfaenol o ffosfforiaid, sef coch, gwyrdd a glas, y gellir eu defnyddio i syntheseiddio lliwiau amrywiol. Ac mae terbium yn elfen anhepgor mewn llawer o bowdrau fflwroleuol gwyrdd o ansawdd uchel. Os yw genedigaeth powdr fflwroleuol coch teledu lliw daear prin wedi ysgogi'r galw am yttrium a europium, yna mae cymhwyso a datblygu terbium wedi'u hyrwyddo gan bowdr fflwroleuol gwyrdd lliw cynradd prin y ddaear tri ar gyfer lampau. Yn gynnar yn yr 1980au, dyfeisiodd Philips lamp fflwroleuol gryno arbed ynni cyntaf y byd a'i hyrwyddo'n gyflym yn fyd-eang. Gall ïonau Tb3+ allyrru golau gwyrdd gyda thonfedd o 545nm, ac mae bron pob powdr fflwroleuol gwyrdd daear prin yn defnyddio terbium fel actifydd.
Mae'r powdr fflwroleuol gwyrdd a ddefnyddir ar gyfer tiwbiau pelydr cathod teledu lliw (CRTs) bob amser wedi bod yn seiliedig yn bennaf ar sylffid sinc rhad ac effeithlon, ond mae powdr terbium bob amser wedi'i ddefnyddio fel powdr gwyrdd teledu lliw taflunio, megis Y2SiO5: Tb3 +, Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, a LaOBr: Tb3+. Gyda datblygiad teledu manylder uwch sgrin fawr (HDTV), mae powdrau fflwroleuol gwyrdd perfformiad uchel ar gyfer CRTs hefyd yn cael eu datblygu. Er enghraifft, mae powdr fflwroleuol gwyrdd hybrid wedi'i ddatblygu dramor, sy'n cynnwys Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+, ac Y2SiO5: Tb3+, sydd ag effeithlonrwydd goleuedd rhagorol ar ddwysedd cyfredol uchel.
Y powdr fflwroleuol pelydr-X traddodiadol yw tungstate calsiwm. Yn y 1970au a'r 1980au, datblygwyd powdrau fflwroleuol daear prin ar gyfer sgriniau sensiteiddio, megis lanthanum sulfide ocsid wedi'i actifadu terbium, lanthanum ocsid bromid wedi'i actifadu gan terbium (ar gyfer sgriniau gwyrdd), a terbium activated yttrium sulfide ocsid. O'i gymharu â tungstate calsiwm, gall powdr fflwroleuol daear prin leihau amser arbelydru pelydr-X i gleifion 80%, gwella datrysiad ffilmiau pelydr-X, ymestyn oes tiwbiau pelydr-X, a lleihau'r defnydd o ynni. Mae terbium hefyd yn cael ei ddefnyddio fel actifydd powdr fflwroleuol ar gyfer sgriniau gwella pelydr-X meddygol, a all wella sensitifrwydd trosi pelydr-X yn ddelweddau optegol yn fawr, gwella eglurder ffilmiau pelydr-X, a lleihau'r dos amlygiad o X- yn fawr. pelydrau i'r corff dynol (gan fwy na 50%).
Terbiumhefyd yn cael ei ddefnyddio fel activator yn y ffosffor LED gwyn cyffroi gan olau glas ar gyfer goleuadau lled-ddargludyddion newydd. Gellir ei ddefnyddio i gynhyrchu ffosfforau grisial magneto optegol terbium alwminiwm, gan ddefnyddio deuodau allyrru golau glas fel ffynonellau golau cyffro, ac mae'r fflworoleuedd a gynhyrchir yn cael ei gymysgu â'r golau cyffro i gynhyrchu golau gwyn pur.
Mae'r deunyddiau electroluminescent a wneir o terbium yn bennaf yn cynnwys powdr fflwroleuol gwyrdd sinc sylffid gyda terbium fel yr actifydd. O dan arbelydru uwchfioled, gall cyfadeiladau organig terbium allyrru fflworoleuedd gwyrdd cryf a gellir eu defnyddio fel deunyddiau electroluminescent ffilm tenau. Er bod cynnydd sylweddol wedi'i wneud yn yr astudiaeth o ffilmiau tenau electroluminescent cymhleth organig daear prin, mae bwlch penodol o hyd o ymarferoldeb, ac mae ymchwil ar ffilmiau a dyfeisiau tenau electroluminescent cymhleth organig daear prin yn dal i fod yn fanwl.
Mae nodweddion fflworoleuedd terbium hefyd yn cael eu defnyddio fel chwilwyr fflworoleuedd. Astudiwyd y rhyngweithio rhwng cymhlyg ofloxacin terbium (Tb3+) ac asid deocsiriboniwcleig (DNA) gan ddefnyddio fflworoleuedd ac sbectra amsugno, megis chwiliwr fflworoleuedd ofloxacin terbium (Tb3+). Dangosodd y canlyniadau y gall y stiliwr ofloxacin Tb3+ ffurfio rhigol sy'n rhwymo â moleciwlau DNA, a gall asid deocsiriboniwcleig wella fflworoleuedd y system ofloxacin Tb3+ yn sylweddol. Yn seiliedig ar y newid hwn, gellir pennu asid deoxyriboniwcleig.
Ar gyfer deunyddiau magneto optegol
Defnyddir deunyddiau ag effaith Faraday, a elwir hefyd yn ddeunyddiau magneto-optegol, yn eang mewn laserau a dyfeisiau optegol eraill. Mae dau fath cyffredin o ddeunyddiau optegol magneto: crisialau optegol magneto a gwydr magneto optegol. Yn eu plith, mae gan grisialau magneto-optegol (fel garnet haearn yttrium a garnet terbium gallium) fanteision amlder gweithredu addasadwy a sefydlogrwydd thermol uchel, ond maent yn ddrud ac yn anodd eu cynhyrchu. Yn ogystal, mae gan lawer o grisialau magneto-optegol ag onglau cylchdro Faraday uchel amsugno uchel yn yr ystod tonnau byr, sy'n cyfyngu ar eu defnydd. O'i gymharu â chrisialau optegol magneto, mae gan wydr magneto optegol y fantais o drosglwyddiad uchel ac mae'n hawdd ei wneud yn flociau neu'n ffibrau mawr. Ar hyn o bryd, mae sbectol magneto-optegol ag effaith Faraday uchel yn sbectol doped ïon daear prin yn bennaf.
Defnyddir ar gyfer deunyddiau storio optegol magneto
Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, gyda datblygiad cyflym amlgyfrwng ac awtomeiddio swyddfa, mae'r galw am ddisgiau magnetig gallu uchel newydd wedi bod yn cynyddu. Defnyddiwyd ffilmiau tenau aloi metel trawsnewid terbium metel amorffaidd i gynhyrchu disgiau magneto optegol perfformiad uchel. Yn eu plith, mae gan ffilm denau aloi TbFeCo y perfformiad gorau. Mae deunyddiau magneto-optegol terbium wedi'u cynhyrchu ar raddfa fawr, a defnyddir disgiau magneto-optegol a wneir ohonynt fel cydrannau storio cyfrifiadurol, gyda chynhwysedd storio wedi cynyddu 10-15 gwaith. Mae ganddynt fanteision gallu mawr a chyflymder mynediad cyflym, a gellir eu sychu a'u gorchuddio ddegau o filoedd o weithiau pan gânt eu defnyddio ar gyfer disgiau optegol dwysedd uchel. Maent yn ddeunyddiau pwysig mewn technoleg storio gwybodaeth electronig. Y deunydd magneto-optegol a ddefnyddir amlaf yn y bandiau gweladwy a bron-goch yw grisial sengl Terbium Gallium Garnet (TGG), sef y deunydd magneto-optegol gorau ar gyfer gwneud cylchdroyddion ac ynysyddion Faraday.
Ar gyfer gwydr optegol magneto
Mae gan wydr optegol magneto Faraday dryloywder ac isotropi da yn y rhanbarthau gweladwy ac isgoch, a gall ffurfio siapiau cymhleth amrywiol. Mae'n hawdd cynhyrchu cynhyrchion maint mawr a gellir eu tynnu i mewn i ffibrau optegol. Felly, mae ganddo ragolygon cymhwysiad eang mewn dyfeisiau optegol magneto megis ynysyddion optegol magneto, modulators optegol magneto, a synwyryddion cerrynt ffibr optig. Oherwydd ei foment magnetig fawr a'i gyfernod amsugno bach yn yr ystod weladwy ac isgoch, mae ïonau Tb3 + wedi dod yn ïonau daear prin a ddefnyddir yn gyffredin mewn sbectol optegol magneto.
Aloi ferromagnetostrictive dysprosium terbium
Ar ddiwedd yr 20fed ganrif, gyda dyfnhau parhaus chwyldro technolegol y byd, roedd deunyddiau cymhwyso daear prin newydd yn dod i'r amlwg yn gyflym. Ym 1984, cydweithiodd Prifysgol Talaith Iowa, Labordy Ames Adran Ynni yr Unol Daleithiau, a Chanolfan Ymchwil Arfau Arwyneb Llynges yr Unol Daleithiau (y daeth prif bersonél y Gorfforaeth Technoleg Edge (ET REMA) a sefydlwyd yn ddiweddarach) i ddatblygu un prin newydd. deunydd deallus y ddaear, sef deunydd magnetostrictive terbium dysprosium ferromagnetic. Mae gan y deunydd deallus newydd hwn nodweddion rhagorol o drawsnewid ynni trydanol yn ynni mecanyddol yn gyflym. Mae'r trawsddygiaduron tanddwr ac electro-acwstig a wneir o'r deunydd magnetostrigol anferth hwn wedi'u ffurfweddu'n llwyddiannus mewn offer llyngesol, seinyddion canfod ffynnon olew, systemau rheoli sŵn a dirgryniad, a systemau archwilio cefnfor a chyfathrebu tanddaearol. Felly, cyn gynted ag y ganwyd y deunydd magnetostrictive cawr haearn terbium dysprosium, cafodd sylw eang gan wledydd diwydiannol ledled y byd. Dechreuodd Edge Technologies yn yr Unol Daleithiau gynhyrchu deunyddiau magnetostrictive cawr haearn terbium dysprosium ym 1989 a'u henwi yn Terfenol D. Yn dilyn hynny, datblygodd Sweden, Japan, Rwsia, y Deyrnas Unedig, ac Awstralia hefyd ddeunyddiau magnetostrictive cawr haearn terbium dysprosium.
O hanes datblygiad y deunydd hwn yn yr Unol Daleithiau, mae dyfeisio'r deunydd a'i gymwysiadau monopolaidd cynnar yn uniongyrchol gysylltiedig â'r diwydiant milwrol (fel y llynges). Er bod adrannau milwrol ac amddiffyn Tsieina yn cryfhau eu dealltwriaeth o'r deunydd hwn yn raddol. Fodd bynnag, gyda gwelliant sylweddol o gryfder cenedlaethol cynhwysfawr Tsieina, bydd y galw am gyflawni strategaeth gystadleuol milwrol yr 21ain ganrif a gwella lefelau offer yn bendant yn frys iawn. Felly, bydd y defnydd eang o ddeunyddiau magnetostrictive mawr haearn terbium dysprosium gan adrannau amddiffyn milwrol a chenedlaethol yn anghenraid hanesyddol.
Yn fyr, mae'r nodweddion rhagorol niferus oterbiumei wneud yn aelod anhepgor o lawer o ddeunyddiau swyddogaethol ac yn sefyllfa anadferadwy mewn rhai meysydd cais. Fodd bynnag, oherwydd pris uchel terbium, mae pobl wedi bod yn astudio sut i osgoi a lleihau'r defnydd o terbium er mwyn lleihau costau cynhyrchu. Er enghraifft, dylai deunyddiau magneto-optegol daear prin hefyd ddefnyddio cobalt haearn dysprosium cost isel neu gadolinium terbium cobalt gymaint â phosibl; Ceisiwch leihau cynnwys terbium yn y powdr fflwroleuol gwyrdd y mae'n rhaid ei ddefnyddio. Mae pris wedi dod yn ffactor pwysig sy'n cyfyngu ar y defnydd eang o terbium. Ond ni all llawer o ddeunyddiau swyddogaethol wneud hebddo, felly mae'n rhaid i ni gadw at yr egwyddor o "ddefnyddio dur da ar y llafn" a cheisio arbed y defnydd o terbium cymaint â phosib.
Amser postio: Awst-07-2023