Sjældne jordarters elementerer uundværlige for udviklingen af højteknologi, såsom ny energi og materialer, og har bred anvendelsesværdi inden for områder som rumfart, nationalt forsvar og militærindustri. Resultaterne af moderne krigsførelse indikerer, at sjældne jordarters våben dominerer slagmarken, sjældne jordarters teknologiske fordele repræsenterer militære teknologiske fordele, og at have ressourcer er garanteret. Derfor er sjældne jordarter også blevet strategiske ressourcer, som store økonomier rundt om i verden konkurrerer om, og centrale råstofstrategier som sjældne jordarter fører ofte til nationale strategier. Europa, Japan, USA og andre lande og regioner er mere opmærksomme på vigtige materialer som sjældne jordarter. I 2008 blev sjældne jordarters materialer opført som "nøglematerialestrategi" af United States Department of Energy; I begyndelsen af 2010 annoncerede Den Europæiske Union oprettelsen af en strategisk reserve af sjældne jordarter; I 2007 havde det japanske ministerium for undervisning, kultur, videnskab og teknologi samt ministeriet for økonomi, industri og teknologi allerede foreslået "Element Strategy Plan" og "Rare Metal Alternative Materials"-planen. De har truffet løbende foranstaltninger og politikker inden for ressourcereserver, teknologiske fremskridt, ressourceanskaffelse og søgen efter alternative materialer. Med udgangspunkt i denne artikel vil redaktøren i detaljer introducere de vigtige og endda uundværlige historiske udviklingsmissioner og roller for disse sjældne jordarters elementer.
Terbium tilhører kategorien tunge sjældne jordarter, med en lav overflod i jordskorpen på kun 1,1 ppm.Terbiumoxidtegner sig for mindre end 0,01% af de samlede sjældne jordarter. Selv i den tunge malm af sjældne jordarter med højt yttrium-iontype med det højeste indhold af terbium, udgør terbiumindholdet kun 1,1-1,2% af den samlede sjældne jordart, hvilket indikerer, at den tilhører den "ædle" kategori af sjældne jordarters grundstoffer. Terbium er et sølvgråt metal med duktilitet og forholdsvis blød tekstur, som kan skæres op med en kniv; Smeltepunkt 1360 ℃, kogepunkt 3123 ℃, massefylde 8229 4 kg/m3. I over 100 år siden opdagelsen af terbium i 1843, har dets knaphed og værdi forhindret dets praktiske anvendelse i lang tid. Det er først i de sidste 30 år, at terbium har vist sit unikke talent.
Opdagelsen af terbium
I samme periode hvorlanthanblev opdaget, analyserede Karl G. Mosander fra Sverige det oprindeligt opdagedeyttriumog udgav en rapport i 1842, der præciserede, at den oprindeligt opdagede yttriumjord ikke var et enkelt elementært oxid, men et oxid af tre grundstoffer. I 1843 opdagede Mossander grundstoffet terbium gennem sin forskning på yttriumjord. Han navngav stadig en af dem yttriumjord og en af demerbiumoxid. Det var først i 1877, at det officielt fik navnet terbium med grundstofsymbolet Tb. Dens navngivning kommer fra samme kilde som yttrium, der stammer fra landsbyen Ytterby nær Stockholm, Sverige, hvor yttriummalm først blev opdaget. Opdagelsen af terbium og to andre grundstoffer, lanthan og erbium, åbnede den anden dør til opdagelsen af sjældne jordarters grundstoffer, hvilket markerede anden fase af deres opdagelse. Det blev først renset af G. Urban i 1905.
Mossander
Anvendelse af terbium
Anvendelsen afterbiuminvolverer hovedsageligt højteknologiske områder, som er teknologitunge og videnintensive banebrydende projekter, samt projekter med betydelige økonomiske fordele med attraktive udviklingsmuligheder. De vigtigste anvendelsesområder omfatter: (1) at blive brugt i form af blandede sjældne jordarter. For eksempel bruges det som en sammensat gødning og fodertilsætningsstof til landbruget. (2) Aktivator til grønt pulver i tre primære fluorescerende pulvere. Moderne optoelektroniske materialer kræver brug af tre grundlæggende farver af fosfor, nemlig rød, grøn og blå, som kan bruges til at syntetisere forskellige farver. Og terbium er en uundværlig komponent i mange højkvalitets grønne fluorescerende pulvere. (3) Anvendes som et magneto-optisk lagermateriale. Amorft metal terbium overgangsmetallegering tynde film er blevet brugt til at fremstille højtydende magneto-optiske diske. (4) Fremstilling af magneto optisk glas. Faraday roterende glas indeholdende terbium er et nøglemateriale til fremstilling af rotatorer, isolatorer og cirkulatorer inden for laserteknologi. (5) Udviklingen og udviklingen af terbium dysprosium ferromagnetostriktiv legering (TerFenol) har åbnet op for nye anvendelser for terbium.
Til landbrug og husdyrhold
Sjælden jordart terbiumkan forbedre kvaliteten af afgrøder og øge fotosyntesehastigheden inden for et bestemt koncentrationsområde. Terbiumkomplekserne har høj biologisk aktivitet, og de ternære komplekser af terbium, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, har gode antibakterielle og bakteriedræbende virkninger på Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis og Escherichia coli, med bredspektret antibakteriel effekt. ejendomme. Studiet af disse komplekser giver en ny forskningsretning for moderne bakteriedræbende lægemidler.
Anvendes inden for luminescens
Moderne optoelektroniske materialer kræver brug af tre grundlæggende farver af fosfor, nemlig rød, grøn og blå, som kan bruges til at syntetisere forskellige farver. Og terbium er en uundværlig komponent i mange højkvalitets grønne fluorescerende pulvere. Hvis fødslen af rødt fluorescerende pulver til farve-tv med sjældne jordarter har stimuleret efterspørgslen efter yttrium og europium, så er anvendelsen og udviklingen af terbium blevet fremmet af sjældne jordarters tre primære grønt fluorescerende pulver til lamper. I begyndelsen af 1980'erne opfandt Philips verdens første kompakte energibesparende lysstofrør og promoverede den hurtigt globalt. Tb3+ioner kan udsende grønt lys med en bølgelængde på 545nm, og næsten alle sjældne jordarters grønne fluorescerende pulvere bruger terbium som aktivator.
Det grønne fluorescerende pulver brugt til farve-tv katodestrålerør (CRT'er) har altid hovedsageligt været baseret på billigt og effektivt zinksulfid, men terbiumpulver har altid været brugt som projektionsfarve-tv-grønt pulver, såsom Y2SiO5: Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5012: Tb3+ og LaOBr: Tb3+. Med udviklingen af storskærms high-definition tv (HDTV) udvikles også højtydende grønne fluorescerende pulvere til CRT'er. For eksempel er der udviklet et hybridt grønt fluorescerende pulver i udlandet, bestående af Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+ og Y2SiO5: Tb3+, som har fremragende luminescenseffektivitet ved høj strømtæthed.
Det traditionelle røntgenfluorescerende pulver er calciumwolframat. I 1970'erne og 1980'erne blev sjældne jordarters fluorescerende pulvere til sensibiliseringsskærme udviklet, såsom terbiumaktiveret lanthansulfidoxid, terbiumaktiveret lanthanbromidoxid (til grønne skærme) og terbiumaktiveret yttriumsulfidoxid. Sammenlignet med calciumwolframat kan sjældne jordarters fluorescerende pulver reducere tiden for røntgenbestråling for patienter med 80%, forbedre opløsningen af røntgenfilm, forlænge levetiden af røntgenrør og reducere energiforbruget. Terbium bruges også som en fluorescerende pulveraktivator til medicinske røntgenforbedringsskærme, som i høj grad kan forbedre følsomheden af røntgenkonvertering til optiske billeder, forbedre klarheden af røntgenfilm og i høj grad reducere eksponeringsdosis af røntgen- stråler til den menneskelige krop (med mere end 50%).
Terbiumbruges også som aktivator i den hvide LED-fosfor, der exciteres af blåt lys til ny halvlederbelysning. Det kan bruges til at producere terbium aluminium magneto optiske krystal phosphor, ved at bruge blåt lys emitterende dioder som excitationslyskilder, og den genererede fluorescens blandes med excitationslyset for at producere rent hvidt lys.
De elektroluminescerende materialer fremstillet af terbium omfatter hovedsageligt zinksulfidgrønt fluorescerende pulver med terbium som aktivator. Under ultraviolet bestråling kan organiske komplekser af terbium udsende stærk grøn fluorescens og kan bruges som tyndfilm elektroluminescerende materialer. Selvom der er gjort betydelige fremskridt i studiet af sjældne jordarters organiske komplekse elektroluminescerende tynde film, er der stadig et vist hul fra praktiske, og forskning i sjældne jordarters organiske komplekse elektroluminescerende tynde film og enheder er stadig i dybden.
Terbiums fluorescensegenskaber bruges også som fluorescensprober. Interaktionen mellem ofloxacinterbium (Tb3+)-kompleks og deoxyribonukleinsyre (DNA) blev undersøgt under anvendelse af fluorescens- og absorptionsspektre, såsom fluorescensproben for ofloxacinterbium (Tb3+). Resultaterne viste, at ofloxacin Tb3+-proben kan danne en rillebinding med DNA-molekyler, og deoxyribonukleinsyre kan signifikant forbedre fluorescensen af ofloxacin Tb3+-systemet. Baseret på denne ændring kan deoxyribonukleinsyre bestemmes.
Til magneto-optiske materialer
Materialer med Faraday-effekt, også kendt som magneto-optiske materialer, er meget udbredt i lasere og andre optiske enheder. Der er to almindelige typer af magneto-optiske materialer: magneto-optiske krystaller og magneto-optisk glas. Blandt dem har magneto-optiske krystaller (såsom yttriumjerngranat og terbiumgalliumgranat) fordelene ved justerbar driftsfrekvens og høj termisk stabilitet, men de er dyre og vanskelige at fremstille. Derudover har mange magneto-optiske krystaller med høje Faraday-rotationsvinkler høj absorption i kortbølgeområdet, hvilket begrænser deres anvendelse. Sammenlignet med magneto-optiske krystaller har magneto-optisk glas fordelen ved høj transmittans og er let at lave om til store blokke eller fibre. På nuværende tidspunkt er magneto-optiske briller med høj Faraday-effekt hovedsageligt sjældne jordarters ion-doterede briller.
Anvendes til magneto-optiske lagringsmaterialer
I de seneste år, med den hurtige udvikling af multimedie- og kontorautomatisering, har efterspørgslen efter nye højkapacitets magnetiske diske været stigende. Amorft metal terbium overgangsmetallegering tynde film er blevet brugt til at fremstille højtydende magneto-optiske diske. Blandt dem har TbFeCo-legerings tyndfilmen den bedste ydeevne. Terbiumbaserede magneto-optiske materialer er blevet produceret i stor skala, og magneto-optiske diske fremstillet af dem bruges som computerlagringskomponenter, med lagerkapaciteten øget med 10-15 gange. De har fordelene ved stor kapacitet og hurtig adgangshastighed og kan tørres og belægges titusindvis af gange, når de bruges til optiske diske med høj tæthed. De er vigtige materialer i elektronisk informationslagringsteknologi. Det mest almindeligt anvendte magneto-optiske materiale i de synlige og nær-infrarøde bånd er Terbium Gallium Garnet (TGG) enkeltkrystal, som er det bedste magneto-optiske materiale til fremstilling af Faraday rotatorer og isolatorer.
Til magneto optisk glas
Faraday magneto optisk glas har god gennemsigtighed og isotropi i de synlige og infrarøde områder og kan danne forskellige komplekse former. Det er nemt at producere store produkter og kan trækkes ind i optiske fibre. Derfor har det brede anvendelsesmuligheder i magneto-optiske enheder såsom magneto-optiske isolatorer, magneto-optiske modulatorer og fiberoptiske strømsensorer. På grund af dets store magnetiske moment og lille absorptionskoefficient i det synlige og infrarøde område, er Tb3+-ioner blevet almindeligt anvendte sjældne jordarters ioner i magneto-optiske briller.
Terbium dysprosium ferromagnetostriktiv legering
I slutningen af det 20. århundrede, med den kontinuerlige uddybning af verdens teknologiske revolution, dukkede nye materialer til anvendelse af sjældne jordarter hurtigt op. I 1984 samarbejdede Iowa State University, Ames Laboratory i US Department of Energy og US Navy Surface Weapons Research Center (hvorfra hovedpersonalet fra det senere etablerede Edge Technology Corporation (ET REMA) kom) om at udvikle en ny sjælden jord intelligent materiale, nemlig terbium dysprosium ferromagnetisk magnetostriktivt materiale. Dette nye intelligente materiale har fremragende egenskaber til hurtigt at omdanne elektrisk energi til mekanisk energi. De undervands- og elektroakustiske transducere lavet af dette gigantiske magnetostriktive materiale er blevet konfigureret med succes i flådeudstyr, oliebrøndsdetektionshøjttalere, støj- og vibrationskontrolsystemer og havudforskning og underjordiske kommunikationssystemer. Så snart det gigantiske magnetostriktive terbium dysprosium jernmateriale blev født, fik det derfor bred opmærksomhed fra industrialiserede lande rundt om i verden. Edge Technologies i USA begyndte at producere terbium dysprosium jern gigantiske magnetostriktive materialer i 1989 og kaldte dem Terfenol D. Efterfølgende udviklede Sverige, Japan, Rusland, Storbritannien og Australien også terbium dysprosium jern kæmpe magnetostriktive materialer.
Fra historien om udviklingen af dette materiale i USA er både opfindelsen af materialet og dets tidlige monopolistiske anvendelser direkte relateret til militærindustrien (såsom flåden). Selvom Kinas militær- og forsvarsafdelinger gradvist styrker deres forståelse af dette materiale. Men med den betydelige forbedring af Kinas omfattende nationale styrke, vil kravet om at opnå en militær konkurrencestrategi for det 21. århundrede og forbedre udstyrsniveauet absolut være meget presserende. Derfor vil den udbredte brug af terbium dysprosium jerngigantiske magnetostriktive materialer af militære og nationale forsvarsafdelinger være en historisk nødvendighed.
Kort sagt, de mange fremragende egenskaber vedterbiumgør det til et uundværligt element i mange funktionelle materialer og en uerstattelig position i nogle anvendelsesområder. Men på grund af den høje pris på terbium har folk undersøgt, hvordan man undgår og minimerer brugen af terbium for at reducere produktionsomkostningerne. For eksempel bør magneto-optiske materialer af sjældne jordarter også bruge billig dysprosiumjernkobolt eller gadoliniumterbiumkobolt så meget som muligt; Forsøg at reducere indholdet af terbium i det grønne fluorescerende pulver, der skal bruges. Prisen er blevet en vigtig faktor, der begrænser den udbredte anvendelse af terbium. Men mange funktionelle materialer kan ikke undvære det, så vi er nødt til at overholde princippet om at "bruge godt stål på bladet" og forsøge at spare brugen af terbium så meget som muligt.
Indlægstid: Aug-07-2023