Haruldaste muldmetallide elemendidon hädavajalikud kõrgtehnoloogia, näiteks uue energia ja materjalide arendamisel, ning neil on laialdased rakenduslikud väärtused sellistes valdkondades nagu lennundus, riigikaitse ja sõjaväetööstus. Kaasaegse sõjapidamise tulemused näitavad, et lahinguväljal domineerivad haruldaste maapealsete relvad, haruldaste muldmetallide tehnoloogilised eelised tähistavad sõjalisi tehnoloogilisi eeliseid ja ressursside olemasolu on tagatud. Seetõttu on haruldaste muldmike muutunud ka strateegilisteks ressurssideks, mille nimel konkureerivad suured majandused kogu maailmas, ja peamised toorainestrateegiad, näiteks haruldased muldmetallid, tõusevad sageli riiklike strateegiateni. Euroopa, Jaapan, Ameerika Ühendriigid ja muud riigid ja piirkonnad pööravad rohkem tähelepanu sellistele võtmematerjalidele nagu haruldased muldmetallid. 2008. aastal loetles Ameerika Ühendriikide energeetikaosakond haruldaste muldmetallide materjalid kui "võtmematerjalide strateegia"; 2010. aasta alguses teatas Euroopa Liit haruldaste muldmetallide strateegilise reservi loomisest; 2007. aastal oli Jaapani haridus-, kultuuri-, teadus- ja tehnoloogiaministeerium ning majandus-, tööstus- ja tehnoloogiaministeerium juba välja pakkunud "elementide strateegiaplaani" ja "haruldaste metalli alternatiivsete materjalide" kava. Nad on võtnud pidevaid meetmeid ja poliitikat ressursireservide, tehnoloogiliste edusammude, ressursside omandamise ja alternatiivsete materjalide otsimisel. Alates sellest artiklist tutvustab toimetaja üksikasjalikult nende haruldaste muldmetallide elementide olulisi ja isegi hädavajalikke ajaloolisi arengumissioone ja rolle.
Terbium kuulub raskete haruldaste muldmetallide kategooriasse, Maa koorikus on madal arvukus vaid 1,1 ppm.Terbiumoksiidmoodustab vähem kui 0,01% kogu haruldaste muldmetallidest. Isegi kõrge yttrium-ioonitüübi raske haruldaste muldmetallide maagis, millel on kõrgeim terbiumi sisaldus, moodustab terbiumi sisaldus ainult 1,1–1,2% kogu haruldaste muldmetallide kogust, mis näitab, et see kuulub haruldaste muldmetallide elementide "üllas" kategooriasse. Terbium on hõbedane hall metall, millel on elastsus ja suhteliselt pehme tekstuur, mida saab noaga lahti lõigata; Sulamispunkt 1360 ℃, keemispunkt 3123 ℃, tihedus 8229 4kg/m3. Üle 100 aasta jooksul pärast Terbiumi avastamist 1843. aastal on selle nappus ja väärtus takistanud selle praktilist rakendamist pikka aega. Alles viimase 30 aasta jooksul on Terbium näidanud oma ainulaadset talenti.
Terbiumi avastamine
Samal perioodil, kuilantaanavastati, Rootsi Karl G. Mosander analüüsis algselt avastatudyttriumja avaldas 1842. aastal raporti, selgitades, et algselt avastatud Yttrium Earth ei olnud üksik elemendioksiid, vaid kolme elemendi oksiid. Aastal 1843 avastas Mossander Yttrium Earthi uurimise kaudu elemendi terbiumi. Ta nimetas ikka ühe neist yttrium Earth ja ühe neisterbiumoksiid. Alles 1877. aastal nimetati seda ametlikult terbiumiks koos elemendi sümboliga TB. Selle nimetamine pärineb samast allikast nagu Yttrium, mis pärineb Rootsis Stockholmi lähedal Ytterby külast, kus esmakordselt avastati Yttrium maagi. Terbiumi ja kahe muu elemendi, Lanthanumi ja Erbiumi avastamine avasid haruldaste muldmetallide elementide avastamise teise ukse, tähistades nende avastuse teist etappi. Selle puhastas G. Urban esmakordselt 1905. aastal.
Moosar
Terbiumi rakendamine
RakendamineterbiumEnamasti hõlmab kõrgtehnoloogilisi valdkondi, mis on tehnoloogia intensiivsed ja teadmiste intensiivsed tipptasemel projektid, aga ka oluliste majanduslike eelistega projektid, millel on atraktiivsed arenguväljavaated. Peamised rakenduspiirkonnad hõlmavad: (1) neid kasutatakse segatud haruldaste muldmetallide kujul. Näiteks kasutatakse seda haruldaste muldmetallide ühendväetisena ja põllumajanduse sööda lisandina. (2) Rohelise pulbri aktivaator kolmes primaarses fluorestsentspulbris. Kaasaegsed optoelektroonilised materjalid nõuavad kolme fosfori, nimelt punase, rohelise ja sinise kasutamist, mida saab kasutada erinevate värvide sünteesimiseks. Ja terbium on hädavajalik komponent paljudes kvaliteetsetes roheliste fluorestsentspulbrites. (3) kasutatakse magneto optilise salvestusmaterjalina. Suure jõudlusega magneto optiliste ketaste valmistamiseks on kasutatud amorfseid metalli terbium-siirde metallisulami õhukesi kileid. (4) Magneto optilise klaasi tootmine. Terbiumit sisaldav Faraday pöörlev klaas on peamine materjal rotaatorite, isolaatori ja ringlejate tootmiseks lasertehnoloogias. (5) Terbiumi düsprosium ferromagnetostriktiivse sulami (terfenool) väljatöötamine ja arendamine on avanud uusi rakendusi terbiumi jaoks.
Põllumajanduse ja loomakasvatuse jaoks
Haruldane terbiumsaab parandada põllukultuuride kvaliteeti ja suurendada fotosünteesi kiirust teatud kontsentratsioonivahemikus. Terbiumi kompleksidel on kõrge bioloogiline toime ja terbiumi, TB (ALA) 3Benim (CLO4) 3-3H2O kolmekompleks on hea antibakteriaalne ja bakteritsiidne toime Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis ja Escherichia coli, laia-spacerial Antibacteriga. Nende komplekside uurimine pakub tänapäevaste bakteritsiidsete ravimite jaoks uut uurimissuunda.
Kasutatakse luminestsentsi valdkonnas
Kaasaegsed optoelektroonilised materjalid nõuavad kolme fosfori, nimelt punase, rohelise ja sinise kasutamist, mida saab kasutada erinevate värvide sünteesimiseks. Ja terbium on hädavajalik komponent paljudes kvaliteetsetes roheliste fluorestsentspulbrites. Kui haruldase muinasjutulise televisiooni sündi punane fluorestsentspulber on stimuleerinud nõudlust yttriumi ja euroopiumi järele, on terbiumi kasutamist ja arengut soodustanud haruldaste muldmetallide kolme primaarvärvi roheline fluorestsentspulber lampidele. 1980ndate alguses leiutas Philips maailma esimese kompaktse energiasäästliku fluorestsentslampi ja propageeris seda kiiresti kogu maailmas. TB3+ioonid võivad eraldada rohelist tulet lainepikkusega 545nm ja peaaegu kõik haruldased rohelised fluorestsentspulbrid kasutavad aktivaatorina terbiumit.
Värviliste telesaadete katoodkiiretorude (CRT) jaoks kasutatav roheline fluorestsentspulber on alati põhinenud peamiselt odavatel ja tõhusatel tsingisulfiidil, kuid terbiumipulbrit on alati kasutatud projektsioonina Color TV rohelise pulbrina, näiteks Y2SIO5: TB3+, Y3 (AL, GA) 5O12: TB3+ja LaoBR: TB3+. Suure ekraaniga kõrglahutusega televisiooni (HDTV) väljatöötamisega töötatakse välja ka CRT-de suure jõudlusega rohelise fluorestsentspulbrid. Näiteks on välismaal välja töötatud hübriidroheline fluorestsentspulber, mis koosneb Y3 (AL, GA) 5O12: TB3+, LaoCL: TB3+ja Y2SIO5: TB3+, millel on suurepärane luminestsentsi efektiivsus kõrge voolutiheduse korral.
Traditsiooniline röntgenikiirgusfluorestsentspulber on kaltsiumvärv. 1970ndatel ja 1980ndatel töötati välja sensibiliseerimise ekraanide haruldaste muldmetallide fluorestsentspulbrid, näiteks terbiumiga aktiveeritud lantaansulfiidioksiid, terbiumi aktiveeritud lantaan bromiidoksiid (roheliste ekraanide jaoks) ja terbium aktiveeritud ytriumsulfiidioksiid. Võrreldes kaltsiumhunnitaatiga võib haruldaste muinasjutuliste fluorestsentspulber vähendada patsientide röntgenikiirguse aega 80%, parandada röntgenkilede eraldusvõimet, pikendada röntgenitorude eluiga ja vähendada energiatarbimist. Terbiumit kasutatakse ka fluorestsentspulbri aktivaatorina meditsiiniliste röntgenikiirguse suurendamise ekraanide jaoks, mis võib oluliselt parandada röntgenikiirguse muundamise tundlikkust optilisteks piltideks, parandada röntgenikiliks selgust ja vähendada suuresti röntgenkiirte kokkupuuteannust inimkehale (rohkem kui 50%).
Terbiumkasutatakse uue pooljuhtide valgustuse jaoks ka sinise valguse ergastatud valge LED -fosforina aktivaatorina. Seda saab kasutada terbiumi alumiiniummagneto optiliste kristallfosforite tootmiseks, kasutades ergutusvalguse allikatena sinist valgust kiirgavaid dioode, ja genereeritud fluorestsents segatakse ergutusvalgusega, et saada puhast valget valgust.
Terbiumist valmistatud elektroluminestsentsmaterjalid hõlmavad peamiselt tsinksulfiidi rohelist fluorestsentspulbrit, mille aktivaator on terbium. Ultraviolettkiirguse kiiritamise korral võivad terbiumi orgaanilised kompleksid eraldada tugevat rohelist fluorestsentsi ja neid saab kasutada õhukese kilega elektroluminestsentsmaterjalidena. Ehkki haruldaste muldmetallide orgaaniliste komplekside elektroluminestsentsitud õhukeste kilede uurimisel on tehtud olulisi edusamme, on praktilisusest siiski teatav lõhe ning haruldaste muldmetallide orgaaniliste komplekside elektroluminestsentsitud õhukeste kilede ja seadmete uurimine on endiselt põhjalik.
Terbiumi fluorestsentsomadusi kasutatakse ka fluorestsentsondidena. Ofloksatsiini terbiumi (TB3+) kompleksi ja deoksüribonukleiinhappe (DNA) interaktsiooni uuriti fluorestsentsi ja neeldumisspektrite abil, näiteks ofloksatsiini terbiumi (TB3+) fluorestsentsondi abil. Tulemused näitasid, et ofloksatsiini TB3+sond võib moodustada soone seondumise DNA molekulidega ja desoksüribonukleiinhape võib märkimisväärselt suurendada ofloksatsiini TB3+süsteemi fluorestsentsi. Selle muutuse põhjal saab kindlaks määrata desoksüribonukleiinhappe.
Magneto optiliste materjalide jaoks
Faraday efektiga materjale, mida tuntakse ka kui magneto-optilisi materjale, kasutatakse laialdaselt laserites ja muudes optilistes seadmetes. Magneto optilisi materjale on kahte tüüpi: magneto optilised kristallid ja magneto optiline klaas. Nende hulgas on magneto-optilistel kristallidel (näiteks yttrium raua granaat ja terbium gallium granaat) reguleeritava töösageduse ja kõrge termilise stabiilsuse eelised, kuid need on kallid ja seda on keeruline valmistada. Lisaks on paljudel kõrge faraday pöörlemisnurgaga magneto-optilistel kristallidel kõrge imendumine lühikese laine vahemikus, mis piirab nende kasutamist. Võrreldes magneto optiliste kristallidega on magneto optilise klaasi eeliseks kõrge läbilaskvus ja seda on lihtne teha suurteks plokkideks või kiududeks. Praegu on kõrge faraday efektiga magneto-optilised klaasid peamiselt haruldaste ioonide legeeritud klaasid.
Kasutatakse magneto optiliste ladustamismaterjalide jaoks
Viimastel aastatel, multimeedium- ja kontoriautomaatika kiire arenguga, on kasvanud nõudlus uute suure võimsusega magnetiliste ketaste järele. Suure jõudlusega magneto optiliste ketaste valmistamiseks on kasutatud amorfseid metalli terbium-siirde metallisulami õhukesi kileid. Nende hulgas on TBFECO Allay Thin Filmil parim esinemine. Terbiumipõhiseid magneto-optilisi materjale on toodetud suures mahus ja nendest valmistatud magneto-optilisi plaate kasutatakse arvutisalvestuskomponentidena, salvestusmaht suureneb 10-15 korda. Neil on suure mahutavuse ja kiire juurdepääsu kiiruse eelised ning neid saab suure tihedusega optiliste ketaste jaoks kümneid tuhandeid kordi pühkida. Need on olulised materjalid elektroonilise teabe ladustamise tehnoloogias. Kõige sagedamini kasutatav magneto-optiline materjal nähtavates ja infrapuna ribades on terbium gallium granaat (TGG) ühekristall, mis on parim magneto-optiline materjal Faraday rotaatorite ja isolaatori valmistamiseks.
Magneto optilise klaasi jaoks
Faraday magneto optilise klaasi on hea läbipaistvus ja isotroopia nähtavates ja infrapunapiirkondades ning see võib moodustada mitmesuguseid keerulisi kujusid. Suuremahulisi tooteid on lihtne toota ja seda saab tõmmata optilisteks kiududeks. Seetõttu on sellel laialdased rakenduse väljavaated magneto optilistes seadmetes, nagu magneto optilised isolaatorid, magneto optilised modulaatorid ja kiudoptilised voolu andurid. Suure magnetilise momendi ja väikese neeldumisteguri tõttu nähtavas ja infrapunavahemikus on TB3+ioonid muutunud magneto optiliste klaasides tavaliselt haruldaste muldmetallide ioonide kasutamiseks.
Terbiumi düsprosium ferromagnetostriktiivne sulam
20. sajandi lõpus tekkis kiiresti maailma tehnoloogilise revolutsiooni pideva süvenemisega uued haruldaste muldmetallide rakendusmaterjalid kiiresti. 1984. aastal tegid Iowa Riikliku Ülikool, AMESi USA energeetikaosakonna labor ja USA mereväe pinnarelvade uurimiskeskus (kust tulid hilisema Edge Technology Corporationi (ET Rema) peamised töötajad) koostööd uue haruldase maakera intelligentse materjali väljatöötamiseks, nimelt terbium düsprosium ferromagnetilise magnetostriveeriva materjali väljatöötamiseks. Sellel uuel intelligentsel materjalil on suurepärased omadused elektrienergia kiireks muundamiseks mehaaniliseks energiaks. Sellest hiiglaslikust magnetostriktiivsest materjalist valmistatud veealused ja elektroakustilised muundurid on edukalt konfigureeritud mereväeseadmetes, naftakaevude tuvastamise kõlarites, müra- ja vibratsioonikontrollisüsteemides ning ookeanide uurimisel ja maa-aluste sidesüsteemides. Seetõttu, niipea kui Terbiumi düsprosiumi rauahiiglane magnetostriktiivne materjal sündis, pälvis see laialt levinud tähelepanu tööstusriikidelt kogu maailmas. Ameerika Ühendriikide Edge Technologies hakkasid 1989. aastal tootma terbiumi düsprosiumi hiiglaslikke magnetostriktiivseid materjale ja nimetasid neid Terfenol D. hiljem arendasid Rootsi, Jaapani, Venemaa, Ühendkuningriigi ja Austraalia välja ka terbiumi düsprosium -rauast hiiglaslikud magnetostriktiivsed materjalid.
Selle materjali arengu ajaloost Ameerika Ühendriikides on nii materjali leiutamine kui ka selle varased monopolistlikud rakendused otseselt seotud sõjaväelise tööstuse (näiteks merevägi). Kuigi Hiina sõjaväe- ja kaitseosakonnad tugevdavad järk -järgult oma arusaamist sellest materjalist. Hiina põhjaliku riikliku tugevuse märkimisväärse parandamise korral on 21. sajandi sõjalise konkurentsistrateegia saavutamise ja seadmete taseme parandamise nõudmine kindlasti väga kiireloomuline. Seetõttu on ajalooline vajadus terbiumi düsprosiumi rauast hiiglaslike magnetostriktiivsete materjalide laialdane kasutamine.
Lühidalt öeldesterbiumTehke sellest paljude funktsionaalsete materjalide asendamatu liige ja mõnes rakendusväljal asendamatu positsioon. Terbiumi kõrge hinna tõttu on inimesed uurinud, kuidas vältida ja minimeerida terbiumi kasutamist tootmiskulude vähendamiseks. Näiteks peaksid haruldaste muldmetallide magneto-optilised materjalid kasutama nii palju kui võimalik odavat düsprosiumkoobalti või gadoliinium terbiumkoobalti; Proovige vähendada terbiumi sisaldust rohelises fluorestsentspulbris, mida tuleb kasutada. Hind on muutunud oluliseks teguriks, mis piirab terbiumi laialdast kasutamist. Kuid ilma selleta ei saa paljud funktsionaalsed materjalid teha, seetõttu peame järgima põhimõtet "hea terase kasutamine tera peal" ja proovima päästa terbiumi kasutamist nii palju kui võimalik.
Postiaeg: 107.-20121 august