Harvinaiset maametallitovat välttämättömiä korkean teknologian, kuten uuden energian ja materiaalien, kehittämisessä, ja niillä on laaja sovellusarvo aloilla, kuten ilmailu-, kansallinen puolustus ja sotilasteollisuus. Nykyaikaisen sodankäynnin tulokset osoittavat, että harvinaisten maametallien aseet hallitsevat taistelukentällä, harvinaisten maametallien teknologiset edut edustavat sotilaallisia teknisiä etuja ja resursseja taataan. Siksi harvoista maametallista on tullut myös strategisia resursseja, joista suuret taloudet ympäri maailmaa kilpailevat, ja tärkeimmät raaka -ainestrategiat, kuten harvinaiset maametallit, nousevat usein kansallisiin strategioihin. Eurooppa, Japani, Yhdysvallat ja muut maat ja alueet kiinnittävät enemmän huomiota tärkeimpiin materiaaleihin, kuten harvinaiseen maamyytä. Vuonna 2008 Yhdysvaltain energiaministeriö lueteltiin harvinaisia maamateriaaleja "keskeisiksi materiaalistrategiaksi"; Vuoden 2010 alussa Euroopan unioni ilmoitti harvinaisten maametallien strategisen varannon perustamisesta; Vuonna 2007 Japanin opetus-, kulttuuri-, tiede- ja tekniikkaministeriö sekä talous-, teollisuus- ja teknologiaministeriö oli jo ehdottanut "Element Strategy Plan" ja "harvinaisia metallivaihtoehtoisten materiaalien" suunnitelmaa. He ovat ryhtyneet jatkuviin toimenpiteisiin ja politiikkoihin resurssivarannoista, teknologisesta kehityksestä, resurssien hankkimisesta ja vaihtoehtoisten materiaalien etsinnästä. Tästä artikkelista alkaen toimittaja esittelee yksityiskohtaisesti näiden harvinaisten maametallien elementtien tärkeät ja jopa välttämättömät historialliset kehitysmatkat ja roolit.
Terbiumi kuuluu raskaiden harvinaisten maametallien luokkaan, ja maapallon kuoressa on vähän runsaasti vain 1,1 ppm.Terbiumoksidiosuus on alle 0,01% harvinaisista maametallista. Jopa korkean yttrium-ionityypin raskaan harvinaisten maametallien malmissa, joilla on suurin terbiumin pitoisuus, terbiumipitoisuus on vain 1,1-1,2% harvinaisesta maametallista, mikä osoittaa, että se kuuluu harvinaisten maametallien elementtien "jalo" -luokkaan. Terbium on hopeaharmaa metalli, jolla on taipuisuus ja suhteellisen pehmeä tekstuuri, joka voidaan leikata veitsellä; Sulamispiste 1360 ℃, kiehumispiste 3123 ℃, tiheys 8229 4kg/m3. Yli 100 vuotta terbiumin löytämisestä vuonna 1843 sen niukkuus ja arvo ovat estäneet sen käytännön soveltamisen pitkään. Vasta viimeisen 30 vuoden aikana terbium on osoittanut ainutlaatuisen kykynsä.
Terbiumin löytö
Samalla ajanjaksolla, jolloinlanthanumlöydettiin, Ruotsin Karl G. Mosander analysoi alun perin löydetytyttriumja julkaisi raportin vuonna 1842, selventäen, että alun perin löydetty yttrium -maa ei ollut yksi alkuainioksidi, vaan kolmen elementin oksidi. Vuonna 1843 Mossander löysi elementin terbiumin tutkimuksensa kautta Yttrium -maata. Hän nimitti edelleen yhden heistä YTTRIUM -MAA JA YKSI heistäerbiumoksidi. Vasta vuonna 1877 se nimettiin virallisesti terbiumiksi, elementti -symbolilla TB. Sen nimeäminen tulee samasta lähteestä kuin Yttrium, joka on peräisin Ytterby -kylästä lähellä Tukholmaa, Ruotsia, missä yttriummalmi ensin löydettiin. Terbiumin ja kahden muun elementin, Lanthanumin ja Erbiumin, löytö avasivat toisen oven harvinaisten maametallien elementtien löytämiselle, mikä merkitsi heidän löytönsä toista vaihetta. G. Urban puhdisti sen ensin vuonna 1905.
Sammalsi
Terbiumin levitys
SoveltaminenterbiumiEnimmäkseen sisältyy korkean teknologian kentät, jotka ovat tekniikan intensiivisiä ja tietointensiivisiä huippuluokan hankkeita sekä hankkeita, joilla on merkittäviä taloudellisia etuja, joilla on houkuttelevia kehitysnäkymiä. Tärkeimpiä sovellusalueita ovat: (1) käytettynä harvinaisten maametallien muodossa. Sitä käytetään esimerkiksi harvinaisena maametallilannoitteena ja syötteen lisäaineena maataloudelle. (2) Vihreän jauheen aktivaattori kolmessa primaarisessa fluoresoivassa jauheessa. Nykyaikaiset optoelektroniset materiaalit vaativat kolmen fosforin perusvärin, nimittäin punaisen, vihreän ja sinisen, käyttöä, joita voidaan käyttää erilaisten värien syntetisoimiseen. Ja terbium on välttämätön komponentti monissa korkealaatuisissa vihreissä fluoresoivissa jauheissa. (3) käytetään magneto -optisena säilytysmateriaalina. Amorfisia metalliterbiumsiirtymän metalliseoksen ohutkalvoja on käytetty korkean suorituskyvyn magneto-optisten levyjen valmistukseen. (4) Magneto -optinen lasi. Terbiumia sisältävä Faraday -kiertolasit ovat avainmateriaali rotaattorien, eristysten ja kiertolaitteiden valmistukseen lasertekniikassa. (5) Terbium dysprosium ferromagnetostriktiiviseoksen (terfenoli) kehittäminen ja kehittäminen on avannut uusia sovelluksia terbiumille.
Maatalouden ja karjankasvatuksen kannalta
Harvinainen maametalliterbiumVoi parantaa viljelykasvien laatua ja lisätä fotosynteesin nopeutta tietyllä pitoisuusalueella. Terbiumin komplekseilla on korkea biologinen aktiivisuus, ja terbiumin, TB: n (ALA) 3Benim (CLO4) 3-3H2O: n (CLO4) 3-3H2O: n kolmikomplekseilla on hyvät antibakteeriset ja bakterisidiset vaikutukset Staphylococcus aureus-, Bacillus Subtilisiin ja Escherichia coli -sovelluksiin, joissa on laaja-spectrum-anti-abakteeriset ominaisuudet. Näiden kompleksien tutkimus tarjoaa uuden tutkimussuunnan nykyaikaisille bakteereihin.
Käytetään luminesenssin alalla
Nykyaikaiset optoelektroniset materiaalit vaativat kolmen fosforin perusvärin, nimittäin punaisen, vihreän ja sinisen, käyttöä, joita voidaan käyttää erilaisten värien syntetisoimiseen. Ja terbium on välttämätön komponentti monissa korkealaatuisissa vihreissä fluoresoivissa jauheissa. Jos harvinaisten maapallon väri -TV: n punaisen fluoresoivan jauheen syntymä on stimuloinut yttriumin ja europiumin kysyntää, harvinaisten maametallien levittäminen ja kehitys on edistänyt lamppujen kolmen primaarisen värien vihreän fluoresoivan jauheen. 1980-luvun alkupuolella Philips keksi maailman ensimmäisen kompaktin energiaa säästävän loisteputken ja edisti sitä nopeasti maailmanlaajuisesti. TB3+-ionit voivat lähettää vihreää valoa aallonpituudella 545 nm, ja melkein kaikki harvinaiset maametallit vihreät fluoresoivat jauheet käyttävät terbiumia aktivaattorina.
Väri -tv -katodisäteputkissa (CRT) käytetty vihreä fluoresoiva jauhe on aina perustunut pääasiassa halpaan ja tehokkaaseen sinkkisulfidiin, mutta terbiumjauhetta on aina käytetty projektiona väri -TV Green -jauheena, kuten Y2SIO5: TB3+, Y3 (AL, GA) 5O12: TB3+ja Laobr: TB3+. Kehitetään myös suuren näytön teräväpiirtotelevisio (HDTV), CRTS: lle kehitetään myös korkean suorituskyvyn vihreitä fluoresoivia jauheita. Esimerkiksi ulkomaille on kehitetty hybridi vihreä fluoresoiva jauhe, joka koostuu Y3 (AL, GA) 5O12: TB3+, LAOCL: TB3+ja Y2SIO5: TB3+, joilla on erinomainen luminesenssitehokkuus korkealla virrantiheydellä.
Perinteinen röntgenfluoresoiva jauhe on kalsium volgstate. 1970- ja 1980 -luvuilla kehitettiin harvinaisia maametallien fluoresoivia jauheita, kuten terbium -aktivoitu lantanum -sulfidioksidi, terbium -aktivoitu lanthanum -bromidioksidi (vihreälle seuloille) ja terbium -aktivoidut yttriumsulfidioksidit. Verrattuna kalsiumvoimiin, harvinainen maapallon fluoresoiva jauhe voi lyhentää potilaiden röntgensäteilytyksen aikaa 80%, parantaa röntgenkalvojen resoluutiota, pidentää röntgenputkien käyttöikää ja vähentää energiankulutusta. Terbiumia käytetään myös fluoresoivana jauheen aktivaattorina lääketieteellisille röntgenparannusnäytöille, jotka voivat parantaa huomattavasti röntgenmuunnoksen herkkyyttä optisiksi kuviksi, parantaa röntgenkalvojen selkeyttä ja vähentää huomattavasti ihmiskehon röntgenanalto-annosta (yli 50%).
Terbiumikäytetään myös aktivaattorina valkoisessa LED -fosforissa, joka herättää sinisen valon uudelle puolijohdevalaistukselle. Sitä voidaan käyttää terbiumin alumiinimagneto -optisten kidefosforien tuottamiseen, käyttämällä sinistä valoa, joka emittoi diodeja viritysvalonlähteinä, ja muodostettu fluoresenssi sekoitetaan viritysvalon kanssa puhdasta valkoista valoa.
Terbiumista valmistetut elektroluminesoivat materiaalit sisältävät pääasiassa sinkkisulfidiherraa fluoresoivaa jauhetta, jonka aktivaattori on terbiumi. Ultraviolettien säteilytyksessä terbiumin orgaaniset kompleksit voivat säteillä voimakasta vihreää fluoresenssia ja niitä voidaan käyttää ohutkalvojen elektroluminesoivina materiaaleina. Vaikka harvinaisten maametallien orgaanisten kompleksien elektroluminesenttien ohutkalvojen tutkimuksessa on tapahtunut merkittävää edistystä, käytännöllisyydestä on edelleen tietty aukko, ja harvinaisten maametallien orgaanisten kompleksien elektroluminesoivien ohutkalvojen ja laitteiden tutkimus on edelleen syvällinen.
Terbiumin fluoresenssiominaisuuksia käytetään myös fluoresenssikoettimina. Ofloksasiiniterbium (TB3+) -kompleksin ja deoksihiobonukleiinihapon (DNA) välistä vuorovaikutusta tutkittiin käyttämällä fluoresenssi- ja absorptiospektrejä, kuten ofloksasiiniterbiumin fluoresenssikoetinta (TB3+). Tulokset osoittivat, että Ofloxacin TB3+-anturi voi muodostaa uran sitoutumisen DNA -molekyyleillä ja deoksihiobonukleiinihappo voi merkittävästi parantaa loksasiinin TB3+-järjestelmän fluoresenssia. Tämän muutoksen perusteella voidaan määrittää deoksyyribonukleiinihappo.
Magneto -optisiin materiaaleihin
Materiaaleja, joilla on Faraday-vaikutusta, joka tunnetaan myös nimellä magneto-optiset materiaalit, käytetään laajasti laserissa ja muissa optisissa laitteissa. Magneto -optisia materiaaleja on kahta yleistä tyyppiä: magneto -optiset kiteet ja magneto -optiset lasit. Niistä magneto-optisilla kiteillä (kuten yttriumrautagranaatti ja terbium gallium granaatti) on säädettävän käyttötaajuuden ja korkean lämpöstabiilisuuden edut, mutta ne ovat kalliita ja vaikeat valmistaa. Lisäksi monilla magneto-optisilla kiteillä, joilla on korkeat faraday-kiertokulmat, on korkea absorptio lyhyellä aaltoalueella, mikä rajoittaa niiden käyttöä. Magneto -optisiin kiteisiin verrattuna magneto -optisella lasilla on korkea läpäisevyys, ja se on helppo tehdä suuriksi lohkoiksi tai kuiduiksi. Tällä hetkellä magneto-optiset lasit, joilla on korkea Faraday-vaikutus, ovat pääasiassa harvinaisia maametalli-ionin seostettuja laseja.
Käytetään magneto -optisiin säilytysmateriaaleihin
Viime vuosina multimedia- ja toimistoautomaation nopea kehityksen myötä uusien korkean kapasiteetin magneettikielien kysyntä on lisääntynyt. Amorfisia metalliterbiumsiirtymän metalliseoksen ohutkalvoja on käytetty korkean suorituskyvyn magneto-optisten levyjen valmistukseen. Niistä TBFECO -seos ohutkalvolla on paras esitys. Terbiumpohjaisia magneto-optisia materiaaleja on tuotettu suuressa mittakaavassa, ja niistä valmistettuja magneto-optisia levyjä käytetään tietokoneen säilytyskomponentteina, ja säilytyskapasiteetti kasvaa 10-15 kertaa. Heillä on suuren kapasiteetin ja nopean pääsyn nopeuden edut, ja ne voidaan pyyhkiä ja päällystää kymmeniä tuhansia kertoja, kun niitä käytetään korkean tiheyden optisiin levyihin. Ne ovat tärkeitä materiaaleja sähköisen tiedon tallennustekniikassa. Yleisimmin käytetty magneto-optinen materiaali näkyvissä ja lähi-infrapunakaistaissa on terbium gallium-granaatti (TGG) yksi kide, joka on paras magneto-optinen materiaali Faraday-rotaattorien ja eristäjien valmistamiseksi.
Magneto -optiseen lasiin
Faradayn magneto -optisella lasilla on hyvä läpinäkyvyys ja isotropia näkyvissä ja infrapuna -alueilla, ja se voi muodostaa erilaisia monimutkaisia muotoja. Suurten tuotteiden tuottaminen on helppo ja se voidaan piirtää optisiin kuituihin. Siksi sillä on laajat sovellusnäkymät magneto -optisissa laitteissa, kuten magneto -optiset eristimet, magneto -optiset modulaattorit ja kuituoptiset virran anturit. Suuren magneettisen momentinsa ja pienen imeytymiskertoimen vuoksi näkyvällä ja infrapuna -alueella TB3+-ioneista on tullut yleisesti käytettyjä harvinaisia maametalli -ioneja magneto -optisissa lasissa.
Terbium dysprosium ferromagnetostriktive seos
1900 -luvun lopulla maailman teknologisen vallankumouksen jatkuvan syventäessä uusia harvinaisten maametallien käyttömateriaaleja syntyi nopeasti. Vuonna 1984 Iowan osavaltion yliopisto, Yhdysvaltain energiaministeriön Ames -laboratorio ja Yhdysvaltain merivoimien pinta -aseiden tutkimuskeskus (josta myöhemmän vakiintuneen reunateknologiayrityksen (ET -rema) päähenkilöstö teki yhteistyötä kehittääkseen uuden harvinaisen maamaisen älykkään materiaalin, nimittäin terbiumin dysprosiumferromagneettisen magneettisen materiaalin. Tällä uudella älykkäällä materiaalilla on erinomaiset ominaisuudet muuttaa sähköenergiaa nopeasti mekaaniseksi energiaksi. Tästä jättiläisestä magnetostriktiivimateriaalista valmistetut vedenalaiset ja elektro-akustiset muuntimet on määritetty onnistuneesti merivoimien laitteisiin, öljykaivojen kaiuttimiin, melu- ja tärinänhallintajärjestelmiin sekä valtameren etsintä- ja maanalaisiin viestintäjärjestelmiin. Siksi heti kun terbium dysprosium rauta jättiläinen magnetostriktiivimateriaali syntyi, se sai laajaa huomiota teollisuusmaista ympäri maailmaa. Edge Technologies Yhdysvalloissa alkoi tuottaa terbiumin dysprisium -rautajättiläisiä magnetostriktiivisiä materiaaleja vuonna 1989 ja nimitti ne Terfenol D. Myöhemmin Ruotsin, Japanin, Venäjän, Yhdistyneen kuningaskunnan ja Australian kehittyessä myös terbiumin dysprosium -rauta jättiläismagnettostriktiiviset materiaalit.
Tämän materiaalin kehityksen historiasta Yhdysvalloissa sekä materiaalin keksintö että sen varhaiset monopolistiset sovellukset liittyvät suoraan sotilasteollisuuteen (kuten merivoimiin). Vaikka Kiinan armeija- ja puolustusosastot vahvistavat vähitellen heidän ymmärrystään tästä materiaalista. Kiinan kattavan kansallisen voiman huomattavan paranemisen myötä 2000 -luvun sotilaallisen kilpailustrategian saavuttamisen ja laitetason parantamisen kysyntä on kuitenkin ehdottomasti erittäin kiireellinen. Siksi armeijan ja kansallisten puolustusosastojen terbium dysprosium -rautajättiläisten magnetostriktiomateriaalien laaja käyttö on historiallinen välttämättömyys.
Lyhyesti sanottuna, monet erinomaiset ominaisuudetterbiumiTee siitä välttämätön jäsen monien funktionaalisten materiaalien ja korvaamattoman sijainnin joissakin sovelluskenttiissä. Terbiumin korkean hinnan vuoksi ihmiset ovat kuitenkin tutkineet terbiumin käytön välttämistä ja minimointia tuotantokustannusten vähentämiseksi. Esimerkiksi harvinaisten maametallien magneto-optisten materiaalien tulisi käyttää myös edullisia dysprosium-rautakoboltti- tai gadoliniumterbiumkoboltia niin paljon kuin mahdollista; Yritä vähentää terbiumin pitoisuutta vihreässä fluoresoivassa jauheessa, jota on käytettävä. Hinnasta on tullut tärkeä tekijä, joka rajoittaa terbiumin laajaa käyttöä. Mutta monet funktionaaliset materiaalit eivät voi tehdä ilman sitä, joten meidän on noudatettava periaatetta "hyvän terästen käyttäminen terällä" ja yritettävä säästää terbiumin käyttöä mahdollisimman paljon.
Viestin aika: elokuu-07-2023