Elementos de tierras rarasson indispensables para el desarrollo de alta tecnología, como la nueva energía y los materiales, y tienen un amplio valor de aplicación en campos como la industria aeroespacial, la defensa nacional y la industria militar. Los resultados de la guerra moderna indican que las armas de tierras raras dominan el campo de batalla, las ventajas tecnológicas de tierras raras representan ventajas tecnológicas militares y se garantiza recursos. Por lo tanto, las tierras raras también se han convertido en recursos estratégicos por los que compiten las principales economías del mundo, y las estrategias clave de las materias primas, como las tierras raras, a menudo aumentan las estrategias nacionales. Europa, Japón, Estados Unidos y otros países y regiones prestan más atención a materiales clave como la tierra rara. En 2008, el Departamento de Energía de los Estados Unidos enumeró los materiales de tierras raras como "estrategia de materiales clave"; A principios de 2010, la Unión Europea anunció el establecimiento de una reserva estratégica de tierras raras; En 2007, el Ministerio de Educación, Cultura, Ciencia y Tecnología de Japón, así como el Ministerio de Economía, Industria y Tecnología, ya había propuesto el "Plan de estrategia de elementos" y el plan de "Materiales alternativas de metal raros". Han tomado medidas y políticas continuas en reservas de recursos, progreso tecnológico, adquisición de recursos y la búsqueda de materiales alternativos. A partir de este artículo, el editor presentará en detalle las importantes e incluso indispensables misiones y roles de desarrollo histórico de estos elementos de tierras raras.
Terbio pertenece a la categoría de tierras raras pesadas, con una baja abundancia en la corteza terrestre a solo 1.1 ppm.Óxido de terbiorepresenta menos del 0.01% del total de tierras raras. Incluso en el alto tipo de tierra rara de iones de iones de itrio con el contenido más alto de Terbium, el contenido de Terbium solo representa el 1.1-1.2% del total de tierras raras, lo que indica que pertenece a la categoría "noble" de elementos de tierras raras. Terbium es un metal gris plateado con ductilidad y textura relativamente suave, que se puede abrir con un cuchillo; Punto de fusión 1360 ℃, punto de ebullición 3123 ℃, densidad 8229 4kg/m3. Durante más de 100 años desde el descubrimiento de Terbium en 1843, su escasez y valor han impedido su aplicación práctica durante mucho tiempo. Es solo en los últimos 30 años que Terbium ha demostrado su talento único.
El descubrimiento de Terbium
Durante el mismo período cuandolantanofue descubierto, Karl G. Mosander de Suecia analizó el inicialmente descubiertoitrioy publicó un informe en 1842, aclarando que la tierra de itrio descubierta inicialmente no era un solo óxido elemental, sino un óxido de tres elementos. En 1843, Mossander descubrió el elemento Terbium a través de su investigación sobre Yttrium Earth. Todavía nombró a uno de ellos Yttrium Earth y uno de ellosóxido de erbio. No fue sino hasta 1877 que se llamaba oficialmente Terbium, con el símbolo del elemento TB. Su nombramiento proviene de la misma fuente que el itrio, originado por el pueblo de Ytterby cerca de Estocolmo, Suecia, donde se descubrió por primera vez el mineral de itrio. El descubrimiento de Terbium y otros dos elementos, Lanthanum y Erbium, abrieron la segunda puerta al descubrimiento de elementos de tierras raras, marcando la segunda etapa de su descubrimiento. Primero fue purificado por G. Urban en 1905.
Musgo
Aplicación de Terbium
La aplicación deterbioLa mayoría de los cuales implican campos de alta tecnología, que son proyectos intensivos en tecnología y de vanguardia intensivos en conocimiento, así como proyectos con importantes beneficios económicos, con atractivas perspectivas de desarrollo. Las principales áreas de aplicación incluyen: (1) ser utilizada en forma de tierras raras mixtas. Por ejemplo, se usa como un fertilizante compuesto de tierras raras y un aditivo de alimentación para la agricultura. (2) Activador para polvo verde en tres polvos fluorescentes primarios. Los materiales optoelectrónicos modernos requieren el uso de tres colores básicos de fósforos, a saber, rojo, verde y azul, que se pueden usar para sintetizar varios colores. Y Terbium es un componente indispensable en muchos polvos fluorescentes verdes de alta calidad. (3) utilizado como material de almacenamiento óptico magneto. Se han utilizado películas delgadas de aleación de metal de transición de metal de metal amorfo para fabricar discos ópticos magneto de alto rendimiento. (4) Vidrio óptico magneto de fabricación. El vidrio rotatorio de Faraday que contiene terbio es un material clave para la fabricación de rotadores, aisladores y circuladores en la tecnología láser. (5) El desarrollo y el desarrollo de la aleación ferromagnetectrictiva del disprosio de Terbium (terfenol) ha abierto nuevas aplicaciones para Terbium.
Para agricultura y cría de animales
Terbio de tierras raraspuede mejorar la calidad de los cultivos y aumentar la tasa de fotosíntesis dentro de un cierto rango de concentración. Los complejos de Terbium tienen una alta actividad biológica, y los complejos ternarios de Terbium, TB (ALA) 3Benim (CLO4) 3-3H2O, tienen buenos efectos antibacterianos y bactericidas en Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis y Escherichia coli, con propiedades antibacterianas brotesplautor. El estudio de estos complejos proporciona una nueva dirección de investigación para las drogas bactericidas modernas.
Utilizado en el campo de la luminiscencia
Los materiales optoelectrónicos modernos requieren el uso de tres colores básicos de fósforos, a saber, rojo, verde y azul, que se pueden usar para sintetizar varios colores. Y Terbium es un componente indispensable en muchos polvos fluorescentes verdes de alta calidad. Si el nacimiento del polvo fluorescente rojo de TV de color raro ha estimulado la demanda de ittrium y europium, entonces la aplicación y el desarrollo de Terbium han sido promovidos por el polvo fluorescente verde de color raro tierras de color raro para las lámparas. A principios de la década de 1980, Philips inventó la primera lámpara fluorescente de ahorro de energía compacta del mundo y la promovió rápidamente a nivel mundial. Los iones Tb3+pueden emitir luz verde con una longitud de onda de 545 nm, y casi todos los polvos fluorescentes verdes de tierras raras usan terbio como activador.
El polvo fluorescente verde utilizado para los tubos de rayos de cátodo de TV en color (CRT) siempre se ha basado principalmente en sulfuro de zinc barato y eficiente, pero el polvo de Terbium siempre se ha utilizado como polvo verde de TV de proyección, como Y2SIO5: TB3+, Y3 (AL, GA) 5O12: TB3+y LAOBR: TB3+. Con el desarrollo de televisión de alta definición de pantalla grande (HDTV), también se están desarrollando polvos fluorescentes verdes de alto rendimiento para CRT. Por ejemplo, se ha desarrollado un polvo fluorescente verde híbrido en el extranjero, que consiste en Y3 (Al, GA) 5O12: TB3+, LAOCL: TB3+e Y2SIO5: TB3+, que tienen una excelente eficiencia de luminiscencia a alta densidad de corriente.
El polvo fluorescente tradicional de rayos X es el tungstate de calcio. En las décadas de 1970 y 1980, se desarrollaron polvos fluorescentes de tierras raras para pantallas de sensibilización, como el óxido de sulfuro de lantano activado por terbio, óxido de bromuro de lantano activado por terbio (para pantallas verdes) y óxido de sulfuro de ittrium activado por terbio. En comparación con el tungstate de calcio, el polvo fluorescente de tierras raras puede reducir el tiempo de irradiación de rayos X para los pacientes en un 80%, mejorar la resolución de las películas de rayos X, extender la vida útil de los tubos de rayos X y reducir el consumo de energía. Terbium también se usa como activador de polvo fluorescente para pantallas de mejora de rayos X médicos, lo que puede mejorar en gran medida la sensibilidad de la conversión de rayos X en imágenes ópticas, mejorar la claridad de las películas de rayos X y reducir en gran medida la dosis de exposición de los rayos X al cuerpo humano (en más del 50%).
TerbioTambién se usa como activador en el fósforo LED blanco excitado por la luz azul para la nueva iluminación de semiconductores. Se puede usar para producir fósforos de cristal magneto -óptico de aluminio terbio, utilizando diodos emisores de luz azul como fuentes de luz de excitación, y la fluorescencia generada se mezcla con la luz de excitación para producir luz blanca pura.
Los materiales electroluminiscentes hechos de terbio incluyen principalmente polvo fluorescente verde de sulfuro de zinc con terbio como activador. Bajo irradiación ultravioleta, los complejos orgánicos de Terbium pueden emitir una fuerte fluorescencia verde y pueden usarse como materiales electroluminiscentes de película delgada. Aunque se han realizado un progreso significativo en el estudio de películas delgadas electroluminiscentes de complejo orgánico de tierras raras, todavía hay una cierta brecha de la practicidad, y la investigación sobre películas y dispositivos delgados electroluminiscentes de complejo orgánico de tierras raras aún está en profundidad.
Las características de fluorescencia del terbio también se utilizan como sondas de fluorescencia. La interacción entre el complejo de ofloxacina terbio (Tb3+) y el ácido desoxirribonucleico (ADN) se estudió utilizando espectros de fluorescencia y absorción, como la sonda de fluorescencia de la ofloxacina terbio (TB3+). Los resultados mostraron que la sonda de Ofloxacina Tb3+puede formar una ranura de unión con moléculas de ADN, y el ácido desoxirribonucleico puede mejorar significativamente la fluorescencia del sistema de Ofloxacina Tb3+. Según este cambio, se puede determinar el ácido desoxirribonucleico.
Para materiales ópticos magneto
Los materiales con efecto Faraday, también conocidos como materiales magneto-ópticos, se usan ampliamente en láseres y otros dispositivos ópticos. Hay dos tipos comunes de materiales ópticos magneto: cristales ópticos magneto y vidrio óptico magneto. Entre ellos, los cristales magneto-ópticos (como el granate de hierro Yttrium y el granate de galio Terbium) tienen las ventajas de la frecuencia de operación ajustable y la alta estabilidad térmica, pero son caros y difíciles de fabricar. Además, muchos cristales magnetoópticos con ángulos de rotación de Faraday altos tienen una alta absorción en el rango de onda corta, lo que limita su uso. En comparación con los cristales ópticos magneto, el vidrio óptico magneto tiene la ventaja de una alta transmitancia y es fácil de convertir en bloques o fibras grandes. En la actualidad, las gafas magnetoópticas con un alto efecto Faraday son principalmente gafas de iones de tierras raras.
Utilizado para materiales de almacenamiento óptico magneto
En los últimos años, con el rápido desarrollo de multimedia y automatización de oficinas, la demanda de nuevos discos magnéticos de alta capacidad ha aumentado. Se han utilizado películas delgadas de aleación de metal de transición de metal de metal amorfo para fabricar discos ópticos magneto de alto rendimiento. Entre ellos, la película delgada TBFECO Aloy tiene la mejor actuación. Se han producido materiales magneto-ópticos a base de terbio a gran escala, y los discos magneto-ópticos hechos de ellos se utilizan como componentes de almacenamiento de computadora, con capacidad de almacenamiento aumentada en 10-15 veces. Tienen las ventajas de gran capacidad y velocidad de acceso rápida, y pueden limpiarse y recubrir decenas de miles de veces cuando se usan para discos ópticos de alta densidad. Son materiales importantes en la tecnología de almacenamiento de información electrónica. El material magneto-óptico más utilizado en las bandas visibles e infrarrojas cercanas es el cristal único de granate de Gallium (TGG) de Terbium, que es el mejor material magnetoóptico para hacer rotadores y aisladores de Faraday.
Para vidrio óptico magneto
El vidrio óptico magneto de Faraday tiene buena transparencia e isotropía en las regiones visibles e infrarrojas, y puede formar varias formas complejas. Es fácil producir productos de gran tamaño y se puede dibujar en fibras ópticas. Por lo tanto, tiene amplias perspectivas de aplicación en dispositivos ópticos magneto como aisladores ópticos magneto, moduladores ópticos magneto y sensores de corriente óptica de fibra. Debido a su gran momento magnético y un pequeño coeficiente de absorción en el rango visible e infrarrojo, los iones Tb3+se han utilizado comúnmente en los iones de tierras raras en las gafas ópticas magneto.
Aleación ferromagnetectrictiva de disprosio terbium
A finales del siglo XX, con la continua profundización de la revolución tecnológica mundial, los nuevos materiales de aplicación de tierras raras estaban surgiendo rápidamente. En 1984, la Universidad Estatal de Iowa, el Laboratorio AMES del Departamento de Energía de los EE. UU. Y el Centro de Investigación de Armas Surful de la Marina de los EE. UU. (Desde el cual llegó el personal principal de la Corporación de Tecnología Edge de Edge (ET REMA) posterior) colaboró para desarrollar un nuevo material inteligente de tierras raras, a saber, material magnetoestrictivo ferromagnético de Terbium disprosio. Este nuevo material inteligente tiene excelentes características de convertir rápidamente la energía eléctrica en energía mecánica. Los transductores submarinos y electroacústicos hechos de este material magnetoestrictivo gigante se han configurado con éxito en equipos navales, altavoces de detección de pozos de petróleo, sistemas de control de ruido y vibración, y sistemas de exploración y comunicación subterránea de océano. Por lo tanto, tan pronto como nació el material magnetoestrictivo gigante de hierro de Terbium, recibió una atención generalizada de los países industrializados de todo el mundo. Las tecnologías de borde en los Estados Unidos comenzaron a producir materiales magnetostrictivos gigantes de hierro de hierro de Terbium en 1989 y los nombraron terfenol D. Posteriormente, Suecia, Japón, Rusia, el Reino Unido y Australia también desarrollaron materiales magnetostrictivos gigantes de hierro de hierro de hierro de Terbium.
A partir de la historia del desarrollo de este material en los Estados Unidos, tanto la invención del material como sus primeras aplicaciones monopolísticas están directamente relacionadas con la industria militar (como la Marina). Aunque los departamentos militares y de defensa de China están fortaleciendo gradualmente su comprensión de este material. Sin embargo, con la mejora significativa de la fuerza nacional integral de China, la demanda de lograr una estrategia competitiva militar del siglo XXI y mejorar los niveles de equipo definitivamente será muy urgente. Por lo tanto, el uso generalizado de los materiales magnetostrictivos gigantes de hierro de Terbium Disprosium por los departamentos de defensa militar y nacional será una necesidad histórica.
En resumen, las muchas excelentes propiedades deterbioConviértalo en un miembro indispensable de muchos materiales funcionales y una posición insustituible en algunos campos de aplicación. Sin embargo, debido al alto precio de Terbium, las personas han estado estudiando cómo evitar y minimizar el uso de Terbium para reducir los costos de producción. Por ejemplo, los materiales magneto-ópticos de tierras raras también deberían usar recoal de hierro de bajo costo de hierro o cobalto de terbio gadolinio tanto como sea posible; Intente reducir el contenido de terbio en el polvo fluorescente verde que debe usarse. El precio se ha convertido en un factor importante que restringe el uso generalizado de Terbium. Pero muchos materiales funcionales no pueden prescindir de él, por lo que tenemos que adherirnos al principio de "usar un buen acero en la cuchilla" e intentar guardar el uso de Terbium tanto como sea posible.
Tiempo de publicación: agosto-07-2023