Haruldased muldmetallidon asendamatud kõrgtehnoloogiliste, nagu uus energia ja materjalid, arendamiseks ning neil on lai kasutusväärtus sellistes valdkondades nagu lennundus, riigikaitse ja sõjatööstus. Kaasaegse sõja tulemused näitavad, et lahinguväljal domineerivad haruldased muldmetallid, haruldaste muldmetallide tehnoloogilised eelised kujutavad endast sõjatehnoloogilisi eeliseid ja ressursside olemasolu on tagatud. Seetõttu on haruldastest muldmetallidest saanud ka strateegilised ressursid, mille nimel konkureerivad suured majandused kogu maailmas, ning peamised toorainestrateegiad, nagu haruldased muldmetallid, tõusevad sageli riiklikeks strateegiateks. Euroopa, Jaapan, Ameerika Ühendriigid ning teised riigid ja piirkonnad pööravad suuremat tähelepanu sellistele võtmematerjalidele nagu haruldased muldmetallid. 2008. aastal loetles haruldased muldmetallid Ameerika Ühendriikide energeetikaministeeriumi põhimaterjalide strateegiaks; 2010. aasta alguses teatas Euroopa Liit haruldaste muldmetallide strateegilise varu loomisest; 2007. aastal olid Jaapani haridus-, kultuuri-, teadus- ja tehnoloogiaministeerium ning majandus-, tööstus- ja tehnoloogiaministeerium juba välja pakkunud "Elementide strateegiakava" ja "Haruldaste metallide alternatiivsete materjalide" kava. Nad on võtnud pidevaid meetmeid ja poliitikat ressursivarude, tehnoloogilise arengu, ressursside hankimise ja alternatiivsete materjalide otsimise vallas. Alates sellest artiklist tutvustab toimetaja üksikasjalikult nende haruldaste muldmetallide elementide olulisi ja isegi hädavajalikke ajaloolisi arenguülesandeid ja rolle.
Terbium kuulub raskete haruldaste muldmetallide kategooriasse, mille arvukus maakoores on väike, vaid 1,1 ppm.Terbiumoksiidmoodustab vähem kui 0,01% haruldaste muldmetallide koguarvust. Isegi kõrge ütriumioonide sisaldusega raske haruldaste muldmetallide maagis, mille terbiumisisaldus on kõrgeim, moodustab terbiumi sisaldus haruldaste muldmetallide koguhulgast vaid 1,1–1,2%, mis näitab, et see kuulub haruldaste muldmetallide elementide kategooriasse "üllas". Terbium on plastilisuse ja suhteliselt pehme tekstuuriga hõbehall metall, mida saab noaga lahti lõigata; Sulamistemperatuur 1360 ℃, keemistemperatuur 3123 ℃, tihedus 8229 4kg/m3. Rohkem kui 100 aastat alates terbiumi avastamisest 1843. aastal on selle nappus ja väärtus takistanud selle praktilist kasutamist pikka aega. Alles viimase 30 aasta jooksul on terbium näidanud oma ainulaadset annet.
Terbiumi avastamine
Samal perioodil, kuilantaanavastati, analüüsis rootslane Karl G. Mosander algselt avastatudütriumja avaldas 1842. aastal raporti, milles selgitas, et algselt avastatud ütriummuld ei olnud üks elementaarne oksiid, vaid kolme elemendi oksiid. 1843. aastal avastas Mossander ütriummulda uurides elemendi terbium. Ühte neist nimetas ta ikkagi ütriummaaks ja ühele neisterbiumoksiid. Alles 1877. aastal hakati seda ametlikult nimetama terbiumiks, elemendi sümboliga Tb. Selle nimi pärineb samast allikast kui ütrium, mis pärineb Rootsist Stockholmi lähedalt Ytterby külast, kus ütriumimaak esmakordselt avastati. Terbiumi ja veel kahe elemendi, lantaani ja erbiumi avastamine avas teise ukse haruldaste muldmetallide elementide avastamiseks, tähistades nende avastamise teist etappi. Seda puhastas esmakordselt G. Urban 1905. aastal.
Mossander
Terbiumi kasutamine
Taotlusterbiumhõlmab enamasti kõrgtehnoloogilisi valdkondi, mis on tehnoloogiamahukad ja teadmusmahukad tipptasemel projektid, aga ka olulise majandusliku kasuga projekte, millel on atraktiivsed arenguväljavaated. Peamised kasutusvaldkonnad on järgmised: (1) kasutatakse segatud haruldaste muldmetallide kujul. Näiteks kasutatakse seda põllumajanduses haruldaste muldmetallide liitväetisena ja söödalisandina. (2) Aktivaator rohelise pulbri jaoks kolmes primaarses fluorestseeruvas pulbris. Kaasaegsed optoelektroonilised materjalid nõuavad kolme põhivärvi fosforit, nimelt punast, rohelist ja sinist, mida saab kasutada erinevate värvide sünteesimiseks. Ja terbium on paljude kvaliteetsete roheliste fluorestseeruvate pulbrite asendamatu komponent. (3) Kasutatakse magnetoptilise salvestusmaterjalina. Amorfse metalli terbiumi siirdemetallisulamitest õhukesi kilesid on kasutatud suure jõudlusega magnetooptiliste ketaste valmistamiseks. (4) Magnetoptilise klaasi tootmine. Terbiumi sisaldav Faraday pöörlev klaas on lasertehnoloogia rotaatorite, isolaatorite ja tsirkulatsioonipumpade valmistamise võtmematerjal. (5) Terbium-düsproosiumi ferromagnetostriktiivse sulami (TerFenol) väljatöötamine ja arendamine on avanud terbiumi jaoks uusi rakendusi.
Põllumajandusele ja loomakasvatusele
Haruldaste muldmetallide terbiumvõib parandada põllukultuuride kvaliteeti ja suurendada fotosünteesi kiirust teatud kontsentratsioonivahemikus. Terbiumi kompleksidel on kõrge bioloogiline aktiivsus ning terbiumi kolmekomponentsetel kompleksidel Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O on hea antibakteriaalne ja bakteritsiidne toime Staphylococcus aureusele, Bacillus subtilisele ja Escherichia colile ning laia toimespektriga antibakteriaalne toime. omadused. Nende komplekside uurimine annab uue uurimissuuna tänapäevaste bakteritsiidsete ravimite jaoks.
Kasutatakse luminestsentsi valdkonnas
Kaasaegsed optoelektroonilised materjalid nõuavad kolme põhivärvi fosforit, nimelt punast, rohelist ja sinist, mida saab kasutada erinevate värvide sünteesimiseks. Ja terbium on paljude kvaliteetsete roheliste fluorestseeruvate pulbrite asendamatu komponent. Kui haruldaste muldmetallide värvilise TV-punase fluorestseeruva pulbri sünd on ärgitanud nõudlust ütriumi ja euroopiumi järele, siis terbiumi kasutamist ja arendamist on soodustanud haruldaste muldmetallide kolme põhivärvi roheline luminofoorpulber lampidele. 1980. aastate alguses leiutas Philips maailma esimese kompaktse energiasäästliku luminofoorlambi ja tutvustas seda kiiresti ülemaailmselt. Tb3+ioonid võivad kiirata rohelist valgust lainepikkusega 545nm ja peaaegu kõik haruldaste muldmetallide rohelised fluorestseeruvad pulbrid kasutavad aktivaatorina terbiumi.
Värvitelerite elektronkiiretorude (CRT) jaoks kasutatav roheline fluorestsentspulber on alati põhinenud peamiselt odaval ja tõhusal tsinksulfiidil, kuid projektsioonivärvi TV rohelise pulbrina on alati kasutatud terbiumipulbrit, näiteks Y2SiO5: Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+ ja LaOBr: Tb3+. Suure ekraaniga kõrglahutusega televisiooni (HDTV) väljatöötamisega töötatakse välja ka suure jõudlusega rohelisi fluorestsentspulbreid kineskoopseadmete jaoks. Näiteks on välismaal välja töötatud hübriidroheline fluorestseeruv pulber, mis koosneb Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+ ja Y2SiO5: Tb3+, millel on suure voolutiheduse juures suurepärane luminestsentsefektiivsus.
Traditsiooniline röntgenikiirguse fluorestseeruv pulber on kaltsiumvolframaat. 1970. ja 1980. aastatel töötati välja sensibiliseerivate ekraanide jaoks haruldaste muldmetallide fluorestseeruvad pulbrid, nagu terbium-aktiveeritud lantaansulfiidoksiid, terbium-aktiveeritud lantaanbromiidoksiid (roheliste ekraanide jaoks) ja terbium-aktiveeritud ütriumsulfiidoksiid. Võrreldes kaltsiumvolframaadiga võib haruldaste muldmetallide fluorestseeruv pulber vähendada patsientide röntgenikiirguse aega 80%, parandada röntgenkiirte eraldusvõimet, pikendada röntgentorude eluiga ja vähendada energiatarbimist. Terbiumi kasutatakse ka fluorestseeruva pulberaktivaatorina meditsiiniliste röntgenkiirte täiustamise ekraanide jaoks, mis võib oluliselt parandada röntgenikiirguse optilisteks kujutisteks muutmise tundlikkust, parandada röntgenfilmide selgust ja oluliselt vähendada röntgenkiirguse särituse annust. kiirtega inimkehasse (rohkem kui 50%).
Terbiumkasutatakse ka aktiveerijana valges LED-luminofooris, mida ergastab sinine valgus uue pooljuhtvalgustuse jaoks. Seda saab kasutada terbiumalumiiniumi magnetooptiliste kristallluminofooride tootmiseks, kasutades ergastusvalgusallikatena siniseid valgusdioode, ja tekitatud fluorestsents segatakse ergastusvalgusega puhta valge valguse saamiseks.
Terbiumist valmistatud elektroluminestseeruvad materjalid hõlmavad peamiselt tsinksulfiidi rohelist fluorestseeruvat pulbrit, mille aktivaatoriks on terbium. Ultraviolettkiirguse all võivad terbiumi orgaanilised kompleksid eraldada tugevat rohelist fluorestsentsi ja neid saab kasutada õhukese kile elektroluminestseeruvate materjalidena. Kuigi haruldaste muldmetallide orgaaniliste komplekssete elektroluminestseeruvate õhukeste kilede uurimisel on tehtud märkimisväärseid edusamme, on praktilisusest siiski teatud lõhe ning haruldaste muldmetallide orgaaniliste komplekssete elektroluminestseeruvate õhukeste kilede ja seadmete uurimine on endiselt sügav.
Terbiumi fluorestsentsomadusi kasutatakse ka fluorestsentssondidena. Ofloksatsiini terbiumi (Tb3+) kompleksi ja desoksüribonukleiinhappe (DNA) vahelist koostoimet uuriti fluorestsents- ja absorptsioonispektrite, näiteks ofloksatsiinterbiumi (Tb3+) fluorestsentssondi abil. Tulemused näitasid, et ofloksatsiini Tb3+ sond võib moodustada DNA molekulidega seonduva soone ja desoksüribonukleiinhape võib oluliselt suurendada ofloksatsiini Tb3+ süsteemi fluorestsentsi. Selle muutuse põhjal saab määrata desoksüribonukleiinhappe.
Magnetoptiliste materjalide jaoks
Faraday efektiga materjale, mida tuntakse ka magneto-optiliste materjalidena, kasutatakse laialdaselt laserites ja muudes optilistes seadmetes. Levinud on kahte tüüpi magnetoptilisi materjale: magnetoptilised kristallid ja magnetoptiline klaas. Nende hulgas on magneto-optilistel kristallidel (nt ütriumraudgranaat ja terbium-galliumgranaat) eeliseks reguleeritav töösagedus ja kõrge termiline stabiilsus, kuid need on kallid ja raskesti valmistatavad. Lisaks on paljudel kõrge Faraday pöördenurgaga magneto-optilistel kristallidel kõrge neeldumine lühikeses lainevahemikus, mis piirab nende kasutamist. Magnetoptiliste kristallidega võrreldes on magnetoptilise klaasi eeliseks kõrge läbilaskvus ja seda on lihtne teha suurteks plokkideks või kiududeks. Praegu on suure Faraday efektiga magnetoptilised klaasid peamiselt haruldaste muldmetallide ioonidega legeeritud klaasid.
Kasutatakse magnetoptiliste salvestusmaterjalide jaoks
Viimastel aastatel on multimeedia ja kontoriautomaatika kiire arenguga kasvanud nõudlus uute suure võimsusega magnetketaste järele. Amorfse metalli terbiumi siirdemetallisulamitest õhukesi kilesid on kasutatud suure jõudlusega magnetooptiliste ketaste valmistamiseks. Nende hulgas on TbFeCo sulamist õhuke kile parim jõudlus. Terbiumipõhiseid magnetoptilisi materjale on toodetud mastaapselt ning arvutisalvestuskomponentidena kasutatakse neist valmistatud magnetooptilisi plaate, mille salvestusmahtu on suurendatud 10-15 korda. Nende eeliseks on suur mahutavus ja kiire juurdepääsukiirus ning neid saab suure tihedusega optiliste ketaste puhul pühkida ja katta kümneid tuhandeid kordi. Need on olulised materjalid elektroonilises teabesalvestustehnoloogias. Kõige sagedamini kasutatav magnetooptiline materjal nähtavates ja lähiinfrapunaribades on Terbium Gallium Grannet (TGG) monokristall, mis on parim magnetooptiline materjal Faraday rotaatorite ja isolaatorite valmistamiseks.
Magnetoptilise klaasi jaoks
Faraday magneto optiline klaas on hea läbipaistvusega ja isotroopsusega nähtavas ja infrapuna piirkonnas ning võib moodustada erinevaid keerulisi kujundeid. Sellest on lihtne toota suuremahulisi tooteid ja seda saab tõmmata optilisteks kiududeks. Seetõttu on sellel laialdased kasutusvõimalused magnetoptilistes seadmetes, nagu magnetooptilised isolaatorid, magnetooptilised modulaatorid ja fiiberoptilised vooluandurid. Tänu suurele magnetmomendile ja väikesele neeldumistegurile nähtavas ja infrapunases piirkonnas on Tb3+ioonid muutunud magnetoptilistes klaasides laialt kasutatavateks haruldaste muldmetallide ioonideks.
Terbium-düsproosiumi ferromagnetostriktiivne sulam
20. sajandi lõpus, ülemaailmse tehnoloogilise revolutsiooni pideva süvenemisega, tekkisid kiiresti uued haruldaste muldmetallide rakendusmaterjalid. 1984. aastal tegid Iowa osariigi ülikool, USA energeetikaministeeriumi Amesi labor ja USA mereväe pinnarelvade uurimiskeskus (kust hiljem asutatud Edge Technology Corporationi (ET REMA) põhipersonal) koostööd, et töötada välja uus haruldane. maa intelligentne materjal, nimelt terbium-düsproosium ferromagnetiline magnetostriktiivne materjal. Sellel uuel intelligentsel materjalil on suurepärased omadused, mis muudavad elektrienergia kiiresti mehaaniliseks energiaks. Sellest hiiglaslikust magnetostriktiivsest materjalist valmistatud veealused ja elektroakustilised muundurid on edukalt konfigureeritud mereväe varustuses, naftakaevude tuvastamise kõlarites, müra- ja vibratsioonikontrollisüsteemides ning ookeanide uurimise ja maa-alustes sidesüsteemides. Seetõttu pälvis terbium-düsproosiumi raua hiiglaslik magnetostriktiivne materjal niipea, kui see materjal oli sündinud, laialdast tähelepanu tööstusriikides üle maailma. Edge Technologies Ameerika Ühendriikides alustas terbium-düsproosiumi raua hiiglaslike magnetostriktiivsete materjalide tootmist 1989. aastal ja andis neile nimeks Terfenol D. Seejärel töötasid Rootsis, Jaapanis, Venemaal, Ühendkuningriigis ja Austraalias välja ka terbiumdüsproosiumi raua hiiglaslikud magnetostriktiivsed materjalid.
Selle materjali väljatöötamise ajaloost Ameerika Ühendriikides on nii materjali leiutamine kui ka selle varajased monopoolsed rakendused otseselt seotud sõjatööstusega (näiteks mereväega). Kuigi Hiina sõjaväe- ja kaitseosakonnad tugevdavad järk-järgult oma arusaamist sellest materjalist. Kuid Hiina laiaulatusliku riikliku tugevuse olulise suurenemise tõttu on nõudlus 21. sajandi sõjalise konkurentsistrateegia saavutamise ja varustustaseme parandamise järele kindlasti väga pakiline. Seetõttu on terbium-düsproosiumi raua hiiglaslike magnetostriktiivsete materjalide laialdane kasutamine sõjaväe- ja riigikaitseosakondades ajalooliselt hädavajalik.
Lühidalt, paljud suurepärased omadusedterbiummuuta see paljude funktsionaalsete materjalide asendamatuks osaks ja asendamatuks positsiooniks mõnes kasutusvaldkonnas. Terbiumi kõrge hinna tõttu on aga uuritud, kuidas vältida ja minimeerida terbiumi kasutamist, et vähendada tootmiskulusid. Näiteks haruldaste muldmetallide magneto-optilistes materjalides tuleks võimalikult palju kasutada ka odavat düsproosium-raudkoobaltit või gadoliinium-terbiumkoobaltit; Püüdke vähendada terbiumi sisaldust rohelises fluorestseeruvas pulbris, mida tuleb kasutada. Hind on muutunud oluliseks teguriks, mis piirab terbiumi laialdast kasutamist. Kuid paljud funktsionaalsed materjalid ei saa ilma selleta hakkama, seega peame järgima põhimõtet "kasutada terale head terast" ja püüdma võimalikult palju säästa terbiumi kasutamist.
Postitusaeg: august 07-2023