Στοιχεία σπάνιων γαιώνείναι απαραίτητες για την ανάπτυξη υψηλής τεχνολογίας, όπως η νέα ενέργεια και τα υλικά, και έχουν ευρεία αξία εφαρμογής σε τομείς όπως η αεροδιαστημική, η εθνική άμυνα και η στρατιωτική βιομηχανία. Τα αποτελέσματα του σύγχρονου πολέμου δείχνουν ότι τα όπλα σπάνιων γαιών κυριαρχούν στο πεδίο της μάχης, τα τεχνολογικά πλεονεκτήματα των σπάνιων γαιών αντιπροσωπεύουν τα στρατιωτικά τεχνολογικά πλεονεκτήματα και η κατοχή πόρων είναι εγγυημένα. Ως εκ τούτου, οι σπάνιες γη έχουν επίσης γίνει στρατηγικοί πόροι που ανταγωνίζονται οι μεγάλες οικονομίες σε όλο τον κόσμο και βασικές στρατηγικές πρώτων υλών, όπως οι σπάνιες γαιοκτήμονες, συχνά ανέρχονται σε εθνικές στρατηγικές. Η Ευρώπη, η Ιαπωνία, οι Ηνωμένες Πολιτείες και άλλες χώρες και περιοχές δίνουν μεγαλύτερη προσοχή σε βασικά υλικά όπως η σπάνια γη. Το 2008, τα υλικά σπάνιων γαιών αναφέρθηκαν ως "βασική στρατηγική υλικών" από το Υπουργείο Ενέργειας των Ηνωμένων Πολιτειών. Στις αρχές του 2010, η Ευρωπαϊκή Ένωση ανακοίνωσε τη δημιουργία στρατηγικού αποθεματικού των σπάνιων γαιών. Το 2007, το Υπουργείο Παιδείας, Πολιτισμού, Επιστημών και Τεχνολογίας της Ιαπωνίας, καθώς και το Υπουργείο Οικονομίας, Βιομηχανίας και Τεχνολογίας, είχαν ήδη προτείνει το σχέδιο "Στρατηγικής Στοιχείων" και το σχέδιο "σπάνιων μεταλλικών εναλλακτικών υλικών". Έχουν λάβει συνεχή μέτρα και πολιτικές σε αποθεματικά πόρων, τεχνολογική πρόοδο, απόκτηση πόρων και αναζήτηση εναλλακτικών υλικών. Ξεκινώντας από αυτό το άρθρο, ο συντάκτης θα εισαγάγει λεπτομερώς τις σημαντικές και ακόμη απαραίτητες ιστορικές αποστολές ανάπτυξης και τους ρόλους αυτών των στοιχείων σπάνιων γαιών.
Τέρβιο ανήκει στην κατηγορία των βαρέων σπάνιων γαιών, με χαμηλή αφθονία στο φλοιό της γης σε μόλις 1,1 ppm.Οξείδιο του τερβίουαντιπροσωπεύει λιγότερο από το 0,01% των συνολικών σπάνιων γαιών. Ακόμη και στο υψηλό yttrium ιόντος τύπου βαριά σπάνια γη με το υψηλότερο περιεχόμενο του terbium, η περιεκτικότητα σε τέρβιο αντιπροσωπεύει μόνο το 1,1-1,2% της συνολικής σπάνιας γης, υποδεικνύοντας ότι ανήκει στην κατηγορία "ευγενών" στοιχείων σπάνιων γαιών. Το Terbium είναι ένα ασημένιο γκρι μέταλλο με ολκιμότητα και σχετικά μαλακή υφή, η οποία μπορεί να κοπεί με ένα μαχαίρι. Σημείο τήξης 1360 ℃, σημείο βρασμού 3123 ℃, πυκνότητα 8229 4kg/m3. Για πάνω από 100 χρόνια από την ανακάλυψη του Terbium το 1843, η έλλειψη και η αξία του εμπόδισαν την πρακτική του εφαρμογή για μεγάλο χρονικό διάστημα. Μόνο τα τελευταία 30 χρόνια είναι ότι το Terbium έχει δείξει το μοναδικό του ταλέντο.
Η ανακάλυψη του terbium
Κατά την ίδια περίοδο ότανλανθάνιοανακαλύφθηκε, ο Karl G. Mosander της Σουηδίας ανέλυσε το αρχικά ανακαλύφθηκεύττριοκαι δημοσίευσε μια έκθεση το 1842, διευκρινίζοντας ότι η αρχικά ανακάλυψε Yttrium Earth δεν ήταν ένα ενιαίο στοιχειώδες οξείδιο, αλλά ένα οξείδιο τριών στοιχείων. Το 1843, ο Mossander ανακάλυψε το στοιχείο Terbium μέσω της έρευνάς του στο Yttrium Earth. Ονομάστηκε ακόμα ένα από αυτά γη yttrium και ένα από αυτάοξείδιο του σέρβου. Μόλις το 1877 ονομάστηκε επίσημα Terbium, με το σύμβολο του στοιχείου TB. Η ονομασία του προέρχεται από την ίδια πηγή με το Yttrium, που προέρχεται από το χωριό Ytterby κοντά στη Στοκχόλμη της Σουηδίας, όπου ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά ο μεταλλεύματος Yttrium. Η ανακάλυψη του terbium και δύο άλλων στοιχείων, Lanthanum και Erbium, άνοιξε τη δεύτερη πόρτα στην ανακάλυψη στοιχείων σπάνιων γαιών, σηματοδοτώντας το δεύτερο στάδιο της ανακάλυψής τους. Καθαρίστηκε για πρώτη φορά από τον G. Urban το 1905.
Βρώος
Εφαρμογή τερβίου
Την εφαρμογή τουτέρβιοΠεριλαμβάνει κυρίως πεδία υψηλής τεχνολογίας, τα οποία είναι έντονα τεχνολογικά εντατικά έργα αιχμής, καθώς και έργα με σημαντικά οικονομικά οφέλη, με ελκυστικές αναπτυξιακές προοπτικές. Οι κύριοι τομείς εφαρμογής περιλαμβάνουν: (1) που χρησιμοποιείται με τη μορφή μικτών σπάνιων γαιών. Για παράδειγμα, χρησιμοποιείται ως λίπασμα ένωσης σπάνιων γαιών και πρόσθετο τροφοδοσίας για τη γεωργία. (2) ενεργοποιητής για πράσινη σκόνη σε τρεις πρωτογενείς φθορίζουσες σκόνες. Τα σύγχρονα οπτικοηλεκτρονικά υλικά απαιτούν τη χρήση τριών βασικών χρωμάτων φωσφόρου, δηλαδή κόκκινα, πράσινα και μπλε, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη σύνταξη διαφόρων χρωμάτων. Και το Terbium είναι ένα απαραίτητο συστατικό σε πολλές υψηλής ποιότητας πράσινες φθορίζουσες σκόνες. (3) Χρησιμοποιείται ως υλικό οπτικής αποθήκευσης Magneto. Οι λεπτές μεμβράνες από κράμα μετάλλου με άμορφη μετάλλου έχουν χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή οπτικών δίσκων μαγνητικών δίσκων υψηλής απόδοσης. (4) Κατασκευή Magneto Optical Glass. Το περιστροφικό γυαλί Faraday που περιέχει terbium είναι ένα κλειδί για την κατασκευή περιστροφών, απομονωτών και κυκλοφορητών στην τεχνολογία λέιζερ. (5) Η ανάπτυξη και ανάπτυξη του κράματος Ferromagnetostrictive Dysprosium (Terfenol) έχει ανοίξει νέες εφαρμογές για το Terbium.
Για γεωργία και κτηνοτροφία
Σπάνιο γη terbiumμπορεί να βελτιώσει την ποιότητα των καλλιεργειών και να αυξήσει τον ρυθμό της φωτοσύνθεσης σε ένα συγκεκριμένο εύρος συγκεντρώσεων. Τα σύμπλοκα του terbium έχουν υψηλή βιολογική δραστηριότητα και τα τριμερή σύμπλοκα του terbium, της TB (ALA) 3Benim (CLO4) 3-3H2O, έχουν καλές αντιβακτηριακές και βακτηριοκτόνες επιδράσεις στον Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis και Escherichia coli, με ευρύτερο-spectrum antibacterial Properties. Η μελέτη αυτών των συμπλοκών παρέχει μια νέα κατεύθυνση έρευνας για τα σύγχρονα βακτηριοκτόνα φάρμακα.
Χρησιμοποιείται στον τομέα της φωταύγειας
Τα σύγχρονα οπτικοηλεκτρονικά υλικά απαιτούν τη χρήση τριών βασικών χρωμάτων φωσφόρου, δηλαδή κόκκινα, πράσινα και μπλε, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη σύνταξη διαφόρων χρωμάτων. Και το Terbium είναι ένα απαραίτητο συστατικό σε πολλές υψηλής ποιότητας πράσινες φθορίζουσες σκόνες. Εάν η γέννηση της σκόνης με κόκκινη φθορίζουσα σκόνη έγχρωμης γης έγχρωμης έκτασης έχει διεγείρει τη ζήτηση για Yttrium και Europium, τότε η εφαρμογή και η ανάπτυξη του terbium έχουν προωθηθεί από τη σπάνια γη τρεις πρωταρχικές χρωματικές πράσινες φθορίζουσες σκόνης για λαμπτήρες. Στις αρχές της δεκαετίας του 1980, η Philips εφευρέθηκε ο πρώτος συμπαγής λαμπτήρας φθορισμού στον κόσμο και την προώθησε γρήγορα παγκοσμίως. Τα ιόντα ΤΒ3+μπορούν να εκπέμπουν πράσινο φως με μήκος κύματος 545nm και σχεδόν όλες οι σκόνες φθορίζουσας πράσινης γης χρησιμοποιούν το terbium ως ενεργοποιητή.
Η πράσινη φθορίζουσα σκόνη που χρησιμοποιείται για τους σωλήνες ακτίνων κάθου τηλεόρασης (CRTS) ήταν πάντα βασισμένη κυρίως σε φθηνό και αποτελεσματικό σουλφίδιο ψευδαργύρου, αλλά η σκόνη terbium χρησιμοποιήθηκε πάντοτε ως έγχρωμη τηλεοπτική σκόνη προβολής, όπως το Y2SIO5: TB3+, Y3 (AL, GA) 5O12: TB3+και LaOBR: TB3+. Με την ανάπτυξη της μεγάλης οθόνης τηλεόρασης υψηλής ευκρίνειας (HDTV), αναπτύσσονται επίσης πράσινες φθορίζουσες σκόνες υψηλής απόδοσης για CRTs. Για παράδειγμα, έχει αναπτυχθεί μια υβριδική πράσινη φθορίζουσα σκόνη στο εξωτερικό, που αποτελείται από Y3 (AL, GA) 5O12: TB3+, LAOCL: TB3+και Y2SIO5: TB3+, οι οποίες έχουν εξαιρετική απόδοση φωταύρου σε υψηλή πυκνότητα ρεύματος.
Η παραδοσιακή σκόνη φθορισμού ακτίνων Χ είναι βολφραμίου ασβεστίου. Στη δεκαετία του 1970 και του 1980, αναπτύχθηκαν σκόνες φθορίζουσας σπάνιας γης για οθόνες ευαισθητοποίησης, όπως το οξείδιο του θειούχου ενεργοποιημένου με yttrium του τερβίου, το οξείδιο βρωμίου ενεργοποιημένου με τερβίου (για πράσινες οθόνες). Σε σύγκριση με τη βολφράμιο του ασβεστίου, η σκόνη φθορισμού σπάνιων γαιών μπορεί να μειώσει τον χρόνο ακτίνων ακτίνων Χ για τους ασθενείς κατά 80%, να βελτιώσει την ανάλυση των μεμβρανών ακτίνων Χ, να επεκτείνει τη διάρκεια ζωής των σωλήνων ακτίνων Χ και να μειώσει την κατανάλωση ενέργειας. Το Terbium χρησιμοποιείται επίσης ως ενεργοποιητής φθορισμού σκόνης για ιατρικές οθόνες βελτίωσης ακτίνων Χ, οι οποίες μπορούν να βελτιώσουν σημαντικά την ευαισθησία της μετατροπής ακτίνων Χ σε οπτικές εικόνες, να βελτιώσουν τη σαφήνεια των μεμβρανών ακτίνων Χ και να μειώνουν σημαντικά τη δόση έκθεσης των ακτίνων Χ στο ανθρώπινο σώμα (περισσότερο από 50%).
ΤέρβιοΧρησιμοποιείται επίσης ως ενεργοποιητής στο λευκό LED φωσφόρο που διεγείρεται από μπλε φως για νέο φωτισμό ημιαγωγών. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή φωσφόρου οπτικού κρυστάλλου αλουμινίου Terbium, χρησιμοποιώντας διόδους εκπομπής μπλε φωτός ως πηγές φωτός διέγερσης και ο παραγόμενος φθορισμός αναμιγνύεται με το φως διέγερσης για να παράγει καθαρό λευκό φως.
Τα υλικά ηλεκτροφωταύγειας που κατασκευάζονται από terbium περιλαμβάνουν κυρίως πράσινη φθορίζουσα σκόνη θειούχου ψευδαργύρου με terbium ως ενεργοποιητή. Κάτω από την υπεριώδη ακτινοβολία, τα οργανικά σύμπλοκα του terbium μπορούν να εκπέμπουν ισχυρό πράσινο φθορισμό και μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως υλικά ηλεκτροφωταύγειας λεπτής μεμβράνης. Παρόλο που έχει σημειωθεί σημαντική πρόοδος στη μελέτη των λεπτών λεπτών μεμβράνων με ηλεκτροσυροφωγή με σπάνια γη, εξακολουθεί να υπάρχει ένα ορισμένο χάσμα από την πρακτικότητα και η έρευνα για τα οργανικά σύνθετα σύνθετα ηλεκτροσυροφωλάτα και οι συσκευές των ηλεκτροσυροφωρετών εξακολουθούν να είναι σε βάθος.
Τα χαρακτηριστικά φθορισμού του terbium χρησιμοποιούνται επίσης ως ανιχνευτές φθορισμού. Η αλληλεπίδραση μεταξύ του συμπλόκου Ofloxacin terbium (ΤΒ3+) και του δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος (DNA) μελετήθηκε χρησιμοποιώντας φάσματα φθορισμού και απορρόφησης, όπως ο ανιχνευτής φθορισμού της τελεβίου της λλοξασίνης (ΤΒ3+). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο ανιχνευτής της Ofloxacin TB3+μπορεί να σχηματίσει μια δέσμευση αυλάκωσης με μόρια DNA και το δεοξυριβονουκλεϊνικό οξύ μπορεί να ενισχύσει σημαντικά τον φθορισμό του συστήματος Ofloxacin Tb3+. Με βάση αυτή την αλλαγή, μπορεί να προσδιοριστεί δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ.
Για οπτικά υλικά Magneto
Τα υλικά με φαινόμενο Faraday, γνωστά και ως μαγνητο-οπτικά υλικά, χρησιμοποιούνται ευρέως σε λέιζερ και άλλες οπτικές συσκευές. Υπάρχουν δύο συνηθισμένοι τύποι οπτικών υλικών Magneto: Magneto Optical Crystals και Magneto Optical Glass. Μεταξύ αυτών, οι μαγνητο-οπτικοί κρύσταλλοι (όπως το γρανάτη σιδήρου Yttrium και το γρανίτη του γαλλίου Terbium) έχουν τα πλεονεκτήματα της ρυθμιζόμενης συχνότητας λειτουργίας και της υψηλής θερμικής σταθερότητας, αλλά είναι δαπανηρά και δύσκολο να κατασκευαστούν. Επιπλέον, πολλοί μαγνητο-οπτικοί κρύσταλλοι με υψηλές γωνίες περιστροφής Faraday έχουν υψηλή απορρόφηση στο εύρος μικρού κύματος, γεγονός που περιορίζει τη χρήση τους. Σε σύγκριση με τους οπτικούς κρυστάλλους Magneto, το Magneto Optical Glass έχει το πλεονέκτημα της υψηλής μετάδοσης και είναι εύκολο να γίνει σε μεγάλα μπλοκ ή ίνες. Επί του παρόντος, τα μαγνητο-οπτικά γυαλιά με υψηλή επίδραση Faraday είναι κυρίως γυαλιά με δοχεία ιόντων σπάνιων γαιών.
Χρησιμοποιείται για υλικά οπτικής αποθήκευσης Magneto
Τα τελευταία χρόνια, με την ταχεία ανάπτυξη πολυμέσων και αυτοματισμού γραφείων, η ζήτηση για νέους μαγνητικούς δίσκους υψηλής χωρητικότητας αυξάνεται. Οι λεπτές μεμβράνες από κράμα μετάλλου με άμορφη μετάλλου έχουν χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή οπτικών δίσκων μαγνητικών δίσκων υψηλής απόδοσης. Μεταξύ αυτών, το λεπτό φιλμ TBFECO κράμα έχει την καλύτερη απόδοση. Τα μαγνητο-οπτικά υλικά που βασίζονται σε τέρβιο έχουν παραχθεί σε μεγάλη κλίμακα και οι μαγνητο-οπτικοί δίσκοι που κατασκευάζονται από αυτούς χρησιμοποιούνται ως εξαρτήματα αποθήκευσης υπολογιστών, με χωρητικότητα αποθήκευσης να αυξάνεται κατά 10-15 φορές. Έχουν τα πλεονεκτήματα της μεγάλης χωρητικότητας και της ταχύτητας γρήγορης πρόσβασης και μπορούν να σκουπιστούν και να επικαλυφθούν δεκάδες χιλιάδες φορές όταν χρησιμοποιούνται για οπτικούς δίσκους υψηλής πυκνότητας. Είναι σημαντικά υλικά στην ηλεκτρονική τεχνολογία αποθήκευσης πληροφοριών. Το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο μαγνητο-οπτικό υλικό στις ορατές και πλησίον της υπέρυθρες ζώνες είναι το ενιαίο κρύσταλλο Gallium Gallium (TGG), το οποίο είναι το καλύτερο μαγνητο-οπτικό υλικό για την κατασκευή περιστροφικών και απομονωτών του Faraday.
Για το Magneto Optical Glass
Το οπτικό γυαλί Faraday Magneto έχει καλή διαφάνεια και ισοτροπία στις ορατές και υπέρυθρες περιοχές και μπορεί να σχηματίσει διάφορα σύνθετα σχήματα. Είναι εύκολο να παραχθούν προϊόντα μεγάλου μεγέθους και να μπορούν να τραβηχτούν σε οπτικές ίνες. Ως εκ τούτου, διαθέτει ευρείες προοπτικές εφαρμογής σε οπτικές συσκευές Magneto, όπως οπτικά απομονωτές μαγνητών, οπτικούς διαμορφωτές μαγνητών και αισθητήρες οπτικών ινών. Λόγω της μεγάλης μαγνητικής του ροπής και του μικρού συντελεστή απορρόφησης στην ορατή και υπέρυθρη περιοχή, τα ιόντα ΤΒ3+έχουν χρησιμοποιηθεί συνήθως ιόντα σπάνιων γαιών σε οπτικά γυαλιά μαγνητών.
Κράμα σιδηρομαγνητέτου θερμάτου terbium
Στα τέλη του 20ου αιώνα, με τη συνεχή εμβάθυνση της παγκόσμιας τεχνολογικής επανάστασης, τα νέα υλικά εφαρμογής σπάνιων γαιών αναδύθηκαν γρήγορα. Το 1984, το κρατικό πανεπιστήμιο της Αϊόβα, το Εργαστήριο Ames του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ και το Κέντρο Έρευνας για τα Βαλαικά Ναυτικά (από το οποίο ήρθε το κύριο προσωπικό του μεταγενέστερου εδραιωμένου Edge Technology Corporation (ET REMA)) συνεργάστηκε για να αναπτύξει ένα νέο ευφυές υλικό σπάνιας γης, δηλαδή το Terbium Dysprosium Ferromagnetic Magnettictive Material. Αυτό το νέο έξυπνο υλικό έχει εξαιρετικά χαρακτηριστικά της ταχείας μετατροπής της ηλεκτρικής ενέργειας σε μηχανική ενέργεια. Οι υποβρύχια και ηλεκτροκουστικοί μορφοτροπείς από αυτό το γιγαντιαίο μαγνητοσυστολικό υλικό έχουν ρυθμιστεί με επιτυχία σε ναυτικό εξοπλισμό, ηχεία ανίχνευσης πετρελαίου, συστήματα ελέγχου θορύβου και κραδασμών και συστήματα επικοινωνίας με υπόγειας επικοινωνίας. Ως εκ τούτου, μόλις γεννηθεί το υλικό του Terbium Dysprosium Iron Giant Magnetostrictive, έλαβε ευρεία προσοχή από βιομηχανικές χώρες σε όλο τον κόσμο. Οι τεχνολογίες Edge στις Ηνωμένες Πολιτείες άρχισαν να παράγουν το Terbium Dysprosium Iron Giant Magnetostrictive Materials το 1989 και τους ονόμασαν Terfenol D. Στη συνέχεια, η Σουηδία, η Ιαπωνία, η Ρωσία, το Ηνωμένο Βασίλειο και η Αυστραλία επίσης ανέπτυξαν υλικά μαγνητοποιητικών Magnetostrictive του Dysprosium.
Από την ιστορία της ανάπτυξης αυτού του υλικού στις Ηνωμένες Πολιτείες, τόσο η εφεύρεση του υλικού όσο και οι πρώιμες μονοπωλιακές του εφαρμογές σχετίζονται άμεσα με τη στρατιωτική βιομηχανία (όπως το Πολεμικό Ναυτικό). Αν και τα στρατιωτικά και αμυντικά τμήματα της Κίνας ενισχύουν σταδιακά την κατανόησή τους για αυτό το υλικό. Ωστόσο, με τη σημαντική ενίσχυση της ολοκληρωμένης εθνικής δύναμης της Κίνας, η ζήτηση για την επίτευξη στρατιωτικής ανταγωνιστικής στρατηγικής του 21ου αιώνα και η βελτίωση των επιπέδων εξοπλισμού θα είναι σίγουρα πολύ επείγουσα. Ως εκ τούτου, η ευρεία χρήση του σιδερένιου μαγνητοσυστολικού υλικού από το Terbium Dysprosium από στρατιωτικά και εθνικά αμυντικά τμήματα θα είναι ιστορική αναγκαιότητα.
Εν ολίγοις, οι πολλές εξαιρετικές ιδιότητες τουτέρβιοΚάντε το απαραίτητο μέλος πολλών λειτουργικών υλικών και μια αναντικατάστατη θέση σε ορισμένα πεδία εφαρμογών. Ωστόσο, λόγω της υψηλής τιμής του terbium, οι άνθρωποι έχουν μελετήσει πώς να αποφύγουν και να ελαχιστοποιήσουν τη χρήση του terbium για να μειώσουν το κόστος παραγωγής. Για παράδειγμα, τα μαγνητο-οπτικά υλικά σπάνιας γης θα πρέπει επίσης να χρησιμοποιούν το κοβάλτιο σιδήρου χαμηλού κόστους ή το κοβάλτιο του γαδολινίου τερβίου όσο το δυνατόν περισσότερο. Προσπαθήστε να μειώσετε το περιεχόμενο του terbium στην πράσινη φθορίζουσα σκόνη που πρέπει να χρησιμοποιηθεί. Η τιμή έχει γίνει ένας σημαντικός παράγοντας που περιορίζει την ευρεία χρήση του terbium. Αλλά πολλά λειτουργικά υλικά δεν μπορούν να κάνουν χωρίς αυτό, οπότε πρέπει να τηρήσουμε την αρχή της "χρήσης του καλού χάλυβα στη λεπίδα" και να προσπαθήσουμε να σώσουμε τη χρήση του terbium όσο το δυνατόν περισσότερο.
Χρόνος δημοσίευσης: Αυγ-07-2023