مواد نظامی نادر زمین - Terbium نادر زمین

عناصر نادر زمینبرای توسعه فناوری پیشرفته مانند انرژی و مواد جدید ضروری است و در زمینه هایی مانند هوافضا ، دفاع ملی و صنعت نظامی ارزش کاربردی گسترده ای دارند. نتایج جنگ مدرن حاکی از آن است که سلاح های نادر زمین بر میدان نبرد حاکم است ، مزایای فناوری نادر زمین بیانگر مزایای فناوری نظامی است و داشتن منابع تضمین می شود. بنابراین ، زمین های نادر نیز به منابع استراتژیک تبدیل شده اند که اقتصادهای اصلی در سراسر جهان برای آن به رقابت می پردازند ، و استراتژی های کلیدی مواد اولیه مانند زمین های نادر اغلب به استراتژی های ملی می رسد. اروپا ، ژاپن ، ایالات متحده و سایر کشورها و مناطق بیشتر به مواد کلیدی مانند زمین نادر توجه می کنند. در سال 2008 ، مواد نادر زمین توسط وزارت انرژی ایالات متحده به عنوان "استراتژی کلیدی مواد" ذکر شد. در آغاز سال 2010 ، اتحادیه اروپا از ایجاد ذخیره استراتژیک زمین های نادر خبر داد. در سال 2007 ، وزارت آموزش و پرورش ، فرهنگ ، علوم و فناوری ژاپن و همچنین وزارت اقتصاد ، صنعت و فناوری قبلاً "برنامه استراتژی عناصر" و برنامه "مواد جایگزین نادر فلز" را پیشنهاد داده بود. آنها اقدامات و سیاستهای مداوم را در مورد ذخایر منابع ، پیشرفت فناوری ، دستیابی به منابع و جستجوی مواد جایگزین انجام داده اند. با شروع از این مقاله ، ویراستار به تفصیل مأموریت های مهم و حتی ضروری توسعه تاریخی و نقش های این عناصر نادر زمین را معرفی می کند.

تربیوم متعلق به دسته زمین های نادر سنگین است که وفور کم در پوسته زمین در 1.1 ppm است.اکسید تربیومکمتر از 0.01 ٪ از کل زمین های نادر را تشکیل می دهد. حتی در نوع یون یونی بالا ، سنگ معدن زمین سنگین سنگین با بالاترین محتوای تربیم ، محتوای Terbium فقط 1.1-1.2 ٪ از کل زمین نادر را تشکیل می دهد ، نشان می دهد که متعلق به دسته "نجیب" عناصر خاکی نادر است. Terbium یک فلز خاکستری نقره ای با انعطاف پذیری و بافت نسبتاً نرم است که می توان آن را با چاقو باز کرد. نقطه ذوب 1360 ℃ ، نقطه جوش 3123 ℃ ، چگالی 8229 4kg/m3. بیش از 100 سال از زمان کشف Terbium در سال 1843 ، کمبود و ارزش آن از کاربرد عملی آن برای مدت طولانی جلوگیری کرده است. فقط در 30 سال گذشته Terbium استعداد منحصر به فرد خود را نشان داده است.

کشف تربیم

در همان مدت زمانی کهلانتانکشف شد ، کارل جی. موساندر سوئد در ابتدا کشف شده را مورد تجزیه و تحلیل قرار دادیدتیمو گزارشی را در سال 1842 منتشر کرد ، و توضیح داد که زمین yttrium در ابتدا کشف شده یک اکسید عناصر منفرد نیست ، بلکه اکسید سه عنصر است. در سال 1843 ، Mossander عنصر Terbium را از طریق تحقیقات خود در مورد Yttrium Earth کشف کرد. او هنوز یکی از آنها را به زمین و یکی از آنها نامگذاری کرداکسید اربومبشر تا سال 1877 نگذشته بود که رسماً Terbium نامگذاری شده است ، با نماد عنصر سل. نامگذاری آن از همان منبع Yttrium ناشی می شود که از روستای Ytterby در نزدیکی استکهلم ، سوئد ، که در آن برای اولین بار سنگ معدن Yttrium کشف شد ، سرچشمه گرفته است. کشف Terbium و دو عنصر دیگر ، Lanthanum و Erbium ، درب دوم کشف عناصر نادر زمین را باز کرد و مرحله دوم کشف آنها را نشان داد. این نخستین بار توسط G. Urban در سال 1905 خالص شد.

ماساندر

استفاده از terbium

کاربردتربیومبیشتر شامل زمینه های فناوری پیشرفته است که پروژه های پیشرفته و فشرده ای از فناوری و دانش و همچنین پروژه هایی با فواید اقتصادی قابل توجه و دارای چشم انداز توسعه جذاب هستند. مناطق اصلی کاربرد عبارتند از: (1) مورد استفاده در قالب زمین های نادر مختلط. به عنوان مثال ، از آن به عنوان یک کود کمیاب ترکیب زمین و افزودنی خوراک برای کشاورزی استفاده می شود. (2) فعال کننده پودر سبز در سه پودر فلورسنت اولیه. مواد نوری مدرن نیاز به استفاده از سه رنگ اساسی فسفر ، یعنی قرمز ، سبز و آبی دارند که می تواند برای سنتز رنگ های مختلف استفاده شود. و Terbium یک مؤلفه ضروری در بسیاری از پودرهای فلورسنت سبز با کیفیت بالا است. (3) به عنوان یک ماده ذخیره سازی نوری مگنتو استفاده می شود. فیلمهای نازک آلیاژ فلزی فلزی آمورف برای ساخت دیسک های نوری مگنتو با کارایی بالا استفاده شده است. (4) ساخت شیشه نوری مگنتو. شیشه چرخشی Faraday حاوی Terbium یک ماده اصلی برای تولید روتاتورها ، انزوا کننده ها و گردش دهنده ها در فناوری لیزر است. (5) توسعه و توسعه آلیاژ فرومغناطیس تربیم دیسپروسیوم (Terfenol) برنامه های جدیدی را برای تربیم باز کرده است.

 برای کشاورزی و دامداری

Terbium نادر زمینمی تواند کیفیت محصولات زراعی را بهبود بخشد و میزان فتوسنتز را در یک محدوده غلظت خاصی افزایش دهد. مجتمع های Terbium دارای فعالیت بیولوژیکی بالایی هستند ، و مجتمع های سه گانه Terbium ، Tb (Ala) 3benim (CLO4) 3-3H2O ، دارای اثرات ضد باکتریایی و باکتری های خوب بر استافیلوکوکوس اورئوس ، باسیلوس Subtilis و Escherichia Coli ، با ویژگی های آنتی بادی وسیع و گسترده است. مطالعه این مجتمع ها جهت تحقیق جدیدی را برای داروهای باکتری کش مدرن ارائه می دهد.

در زمینه لومینسانس استفاده می شود

مواد نوری مدرن نیاز به استفاده از سه رنگ اساسی فسفر ، یعنی قرمز ، سبز و آبی دارند که می تواند برای سنتز رنگ های مختلف استفاده شود. و Terbium یک مؤلفه ضروری در بسیاری از پودرهای فلورسنت سبز با کیفیت بالا است. اگر تولد پودر فلورسنت قرمز رنگ به رنگ خاکی نادر تقاضا برای Yttrium و Europium را تحریک کند ، آنگاه کاربرد و توسعه تربیم توسط زمین نادر سه پودر فلورسنت سبز رنگ اولیه برای لامپ ها ترویج شده است. در اوایل دهه 1980 ، فیلیپس اولین لامپ فلورسنت صرفه جویی در مصرف انرژی جهان را اختراع کرد و به سرعت آن را در سطح جهان ارتقا داد. یونهای TB3+می توانند با طول موج 545 نانومتر ، چراغ سبز ساطع کنند و تقریباً تمام پودرهای فلورسنت سبز نادر زمین زمین از Terbium به عنوان یک فعال کننده استفاده می کنند.

پودر فلورسنت سبز مورد استفاده برای لوله های اشعه کاتد تلویزیون رنگی (CRT) همیشه به طور عمده مبتنی بر سولفید روی ارزان و کارآمد بوده است ، اما پودر تربیم همیشه به عنوان پودر رنگ سبز رنگ طرح مانند Y2Sio5: TB3+، Y3 (Al ، GA) 5O12: TB3+و Laobr: Tb3+استفاده شده است. با توسعه تلویزیون با کیفیت بالا (HDTV) صفحه نمایش بزرگ ، پودرهای فلورسنت سبز با کارایی بالا برای CRT ها نیز توسعه می یابند. به عنوان مثال ، یک پودر فلورسنت سبز ترکیبی در خارج از کشور توسعه یافته است ، متشکل از Y3 (AL ، GA) 5O12: TB3+، LAOCL: TB3+و Y2SIO5: TB3+، که دارای راندمان لومینسانس عالی در چگالی جریان بالا هستند.

پودر فلورسنت اشعه ایکس سنتی تونگستات کلسیم است. در دهه 1970 و 1980 ، پودرهای فلورسنت نادر زمین برای صفحه های حساسیت ایجاد شد ، مانند اکسید سولفید لانتانوم فعال شده با تربیم ، اکسید برمید لانتانوم فعال شده با تربیم (برای صفحه های سبز) و تربیم اکسید سولفید اکسید Yttrium را فعال کرد. در مقایسه با تنگستات کلسیم ، پودر فلورسنت زمین نادر زمین می تواند زمان تابش اشعه ایکس را برای بیماران 80 ٪ کاهش دهد ، وضوح فیلم های اشعه ایکس را بهبود بخشد ، طول عمر لوله های اشعه ایکس را افزایش داده و مصرف انرژی را کاهش دهد. Terbium همچنین به عنوان یک فعال کننده پودر فلورسنت برای صفحه های پیشرفته اشعه ایکس پزشکی مورد استفاده قرار می گیرد ، که می تواند حساسیت تبدیل اشعه ایکس را به تصاویر نوری بهبود بخشد ، وضوح فیلم های اشعه ایکس را بهبود بخشد و دوز قرار گرفتن در معرض اشعه ایکس را به بدن انسان کاهش دهد (بیش از 50 ٪).

تربیومهمچنین به عنوان یک فعال کننده در فسفر LED سفید که توسط Blue Light برای روشنایی نیمه هادی جدید هیجان زده است ، استفاده می شود. از این ماده می توان برای تولید فسفورهای کریستالی مگنتو آلومینیوم آلومینیوم استفاده کرد ، با استفاده از دیودهای ساطع کننده نور آبی به عنوان منابع نوری تحریک ، و فلورسانس تولید شده با نور تحریک مخلوط می شود تا نور سفید خالص تولید کند.

مواد الکترولومینسانس ساخته شده از Terbium به طور عمده شامل پودر فلورسنت سبز سولفید روی با تربیم به عنوان فعال کننده است. تحت تابش ماوراء بنفش ، مجتمع های آلی تربیم می توانند فلورسانس سبز قوی را ساطع کنند و می تواند به عنوان مواد الکترولومینسانس فیلم نازک استفاده شود. اگرچه پیشرفت چشمگیری در مطالعه فیلم های نازک الکترولومینسانس پیچیده ارگانیک زمین نادر حاصل شده است ، اما هنوز هم شکاف خاصی از عملی وجود دارد و تحقیقات در مورد فیلم های نازک الکترولومینیستی پیچیده ارگانیک زمین نادر هنوز در عمق است.

از خصوصیات فلورسانس تربیم نیز به عنوان پروب های فلورسانس استفاده می شود. تعامل بین تربم لوکساسین (TB3+) و اسید deoxyribonucleic (DNA) با استفاده از طیف های فلورسانس و جذب ، مانند پروب فلورسانس تربیوم افلوکساسین (TB3+) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که پروب لوکساسین TB3+می تواند با مولکولهای DNA یک شیار را تشکیل دهد ، و اسید دئوکسییریبونوکلئیک می تواند به طور قابل توجهی فلورسانس سیستم TB3 Ofloxacin را افزایش دهد. بر اساس این تغییر ، اسید deoxyribonucleic را می توان تعیین کرد.

برای مواد نوری مگنتو

موادی با اثر فارادی ، که به عنوان مواد مغناطیسی نیز شناخته می شوند ، در لیزرها و سایر دستگاه های نوری به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند. دو نوع متداول از مواد نوری مگنتو وجود دارد: کریستال های نوری مگنتو و شیشه نوری مگنتو. در میان آنها ، کریستال های مگنتو نوری (مانند گارنت آهن Yttrium و گالیم گالیم تربیم) مزایای فرکانس عملیاتی قابل تنظیم و پایداری حرارتی بالا را دارند ، اما ساخت آنها گران و دشوار است. علاوه بر این ، بسیاری از کریستال های مگنتو نوری با زاویه چرخش فارادی بالا در محدوده موج کوتاه جذب بالایی دارند که استفاده از آنها را محدود می کند. در مقایسه با کریستال های نوری مگنتو ، شیشه نوری مگنتو مزیت انتقال زیاد را دارد و به راحتی در بلوک ها یا الیاف بزرگ ساخته می شود. در حال حاضر ، لیوان های مگنتو نوری با اثر فرارادی بالا عمدتا عینک دوپ شده یونی خاکی هستند.

برای مواد ذخیره سازی نوری مگنتو استفاده می شود

در سالهای اخیر ، با توسعه سریع اتوماسیون چندرسانه ای و اداری ، تقاضا برای دیسک های مغناطیسی جدید با ظرفیت بالا در حال افزایش است. فیلمهای نازک آلیاژ فلزی فلزی آمورف برای ساخت دیسک های نوری مگنتو با کارایی بالا استفاده شده است. در میان آنها ، فیلم نازک آلیاژ Tbfeco بهترین عملکرد را دارد. مواد مغناطیس نوری مبتنی بر Terbium در مقیاس بزرگ تولید شده است و دیسک های مغناطیسی نوری که از آنها ساخته شده است به عنوان اجزای ذخیره سازی رایانه استفاده می شوند و ظرفیت ذخیره سازی 10-15 بار افزایش یافته است. آنها مزایای ظرفیت زیاد و سرعت دسترسی سریع را دارند و می توانند در هنگام استفاده از دیسک های نوری با چگالی بالا ، ده ها هزار بار از بین بروند. آنها مواد مهمی در فناوری ذخیره سازی اطلاعات الکترونیکی هستند. متداول ترین مواد مغناطیس نوری در نوارهای مرئی و نزدیک مادون قرمز ، کریستال تک گالیم گالیم گالیم (TGG) است که بهترین مواد مغناطیسی نوری برای ساخت روتاتورها و جدا کننده های فارادی است.

برای شیشه نوری مگنتو

شیشه نوری Faraday Magneto در مناطق قابل مشاهده و مادون قرمز شفافیت و ایزوتروپی خوبی دارد و می تواند شکل های پیچیده مختلفی را تشکیل دهد. تولید محصولات با اندازه بزرگ آسان است و می تواند به الیاف نوری کشیده شود. بنابراین ، چشم انداز کاربرد گسترده ای در دستگاه های نوری مگنتو مانند جداکننده های نوری مگنتو ، تعدیل کننده های نوری مگنتو و سنسورهای جریان فیبر نوری دارد. با توجه به لحظه بزرگ مغناطیسی و ضریب جذب کوچک در محدوده مرئی و مادون قرمز ، یونهای TB3+معمولاً از یونهای خاکی نادر در عینک نوری مگنتو استفاده می شوند.

آلیاژ فرومغناطیس تربیم دیسپروزیوم

در اواخر قرن بیستم ، با تعمیق مداوم انقلاب فناوری جهانی ، مواد جدید کاربردی نادر زمین به سرعت در حال ظهور بودند. در سال 1984 ، دانشگاه ایالتی آیووا ، آزمایشگاه آمس وزارت انرژی ایالات متحده و مرکز تحقیقات سلاح های سطح نیروی دریایی ایالات متحده (که از آن پرسنل اصلی شرکت فناوری لبه بعدی (ET Rema) آمدند) برای تهیه یک ماده هوشمند جدید نادر زمین ، یعنی مواد مغذی مغز دیسپروسیم. این ماده هوشمند جدید از ویژگی های بسیار خوبی برای تبدیل سریع انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی برخوردار است. مبدل های زیر آب و الکترو آکوستیک ساخته شده از این ماده مغناطیسی غول پیکر با موفقیت در تجهیزات دریایی ، بلندگوهای تشخیص چاه روغن ، سیستم های کنترل سر و صدا و لرزش ، و اکتشاف اقیانوس و سیستم های ارتباطی زیرزمینی پیکربندی شده اند. بنابراین ، به محض تولد مواد مغناطیسی غول آهن Terbium Dysprosium ، توجه گسترده ای را از کشورهای صنعتی در سراسر جهان به خود جلب کرد. فن آوری های Edge در ایالات متحده تولید مواد مغناطیسی غول پیکر آهن Terbium Dysprosium را در سال 1989 آغاز کردند و آنها را Terfenol D. نامگذاری کردند. متعاقباً ، سوئد ، ژاپن ، روسیه ، انگلستان و همچنین مواد مغناطیسی غول آهن تربیم دیسپروزیوم را تولید کردند.

از تاریخ توسعه این ماده در ایالات متحده ، هم اختراع مواد و هم برنامه های اولیه انحصار آن به طور مستقیم با صنعت نظامی (مانند نیروی دریایی) مرتبط است. اگرچه ادارات نظامی و دفاعی چین به تدریج درک آنها از این ماده را تقویت می کنند. با این حال ، با افزایش قابل توجه قدرت جامع ملی چین ، تقاضا برای دستیابی به یک استراتژی رقابتی نظامی قرن بیست و یکم و بهبود سطح تجهیزات قطعاً بسیار فوری خواهد بود. بنابراین ، استفاده گسترده از مواد مغناطیسی غول پیکر آهن Terbium Dysprosium توسط ادارات نظامی و دفاعی ملی یک ضرورت تاریخی خواهد بود.

به طور خلاصه ، بسیاری از خواص عالی ازتربیومآن را به یک عضو ضروری در بسیاری از مواد کاربردی و یک موقعیت غیر قابل تعویض در برخی از زمینه های کاربردی تبدیل کنید. با این حال ، به دلیل قیمت بالای تربیم ، مردم در حال مطالعه چگونگی جلوگیری و به حداقل رساندن استفاده از تربیم به منظور کاهش هزینه های تولید هستند. به عنوان مثال ، مواد نادر مگنتو نوری زمین نیز باید از کبالت آهن دیسپروزیوم کم هزینه یا کبالت گادولینیوم تاربیم تا حد ممکن استفاده کنند. سعی کنید محتوای Terbium را در پودر فلورسنت سبز که باید استفاده شود ، کاهش دهید. قیمت به یک عامل مهم در محدود کردن استفاده گسترده از Terbium تبدیل شده است. اما بسیاری از مواد کاربردی بدون آن نمی توانند انجام دهند ، بنابراین ما باید به اصل "استفاده از فولاد خوب روی تیغه" پایبند باشیم و سعی کنیم تا حد امکان استفاده از تربیم را ذخیره کنیم.