Matériaux militaires de terres rares - terbium de terres rares

Éléments de terres raressont indispensables pour le développement de haute technologie tels que de nouvelles énergies et de matériaux, et ont une large valeur d'application dans des domaines tels que l'aérospatiale, la défense nationale et l'industrie militaire. Les résultats de la guerre moderne indiquent que les armes de terres rares dominent le champ de bataille, les avantages technologiques des terres rares représentent des avantages technologiques militaires et avoir des ressources est garantie. Par conséquent, les terres rares sont également devenues des ressources stratégiques pour lesquelles les grandes économies du monde entier sont en concurrence et les stratégies clés des matières premières telles que les terres rares atteignent souvent des stratégies nationales. L'Europe, le Japon, les États-Unis et d'autres pays et régions accordent plus d'attention à des matériaux clés tels que les terres rares. En 2008, les matériaux de terres rares ont été répertoriés comme «stratégie des matériaux clés» par le ministère de l'Énergie des États-Unis; Début 2010, l'Union européenne a annoncé la création d'une réserve stratégique de terres rares; En 2007, le ministère japonais de l'éducation, de la culture, des sciences et de la technologie, ainsi que le ministère de l'économie, de l'industrie et de la technologie, avaient déjà proposé le "plan de stratégie d'élément" et le plan de "matériaux alternatifs métalliques rares". Ils ont pris des mesures et des politiques continues dans les réserves de ressources, les progrès technologiques, l'acquisition des ressources et la recherche de matériaux alternatifs. À partir de cet article, l'éditeur présentera en détail les missions de développement historiques importantes et même indispensables de ces éléments de terres rares.

Terbium appartient à la catégorie des terres rares lourdes, avec une faible abondance dans la croûte terrestre à seulement 1,1 ppm.Oxyde de terbiumreprésente moins de 0,01% des terres rares totales. Même dans le minerai de terres rares de type à ions à haut yttrium avec la plus haute teneur en terbium, la teneur en terbium ne représente que 1,1 à 1,2% de la Terre Rare Terre, indiquant qu'elle appartient à la catégorie "noble" d'éléments de terres rares. Le terbium est un métal gris argenté avec ductilité et une texture relativement douce, qui peut être coupée avec un couteau; Point de fusion 1360 ℃, point d'ébullition 3123 ℃, densité 8229 4kg / m3. Depuis plus de 100 ans depuis la découverte du terbium en 1843, sa rareté et sa valeur ont empêché son application pratique pendant longtemps. Ce n'est qu'au cours des 30 dernières années que Terbium a montré son talent unique.

La découverte du terbium

Pendant la même période oùlanthanea été découvert, Karl G. Mosander de Suède a analysé les initialement découvertsyttriumet a publié un rapport en 1842, précisant que la Terre de Yttrium découverte initialement n'était pas un seul oxyde élémentaire, mais un oxyde de trois éléments. En 1843, Mossander a découvert l'élément terbium grâce à ses recherches sur la terre de Yttrium. Il a toujours nommé l'un d'eux Yttrium Earth et l'un d'euxoxyde de erbium. Ce n'est qu'en 1877 qu'il a été officiellement nommé terbium, avec le symbole d'élément TB. Sa dénomination vient de la même source que Yttrium, provenant du village de Ytterby près de Stockholm, en Suède, où le minerai de Yttrium a été découvert pour la première fois. La découverte de terbium et de deux autres éléments, Lanthanum et Erbium, a ouvert la deuxième porte à la découverte d'éléments de terres rares, marquant la deuxième étape de leur découverte. Il a d'abord été purifié par G. Urban en 1905.

Mossâtre

Application de terbium

L'application deterbiumImplique principalement des champs de haute technologie, qui sont des projets de pointe à forte intensité de technologie et à des connaissances, ainsi que des projets ayant des avantages économiques importants, avec des perspectives de développement attrayantes. Les principales zones d'application comprennent: (1) être utilisé sous la forme de terres rares mixtes. Par exemple, il est utilisé comme un engrais à composé rare et un additif d'alimentation pour l'agriculture. (2) Activateur de la poudre verte dans trois poudres fluorescentes primaires. Les matériaux optoélectroniques modernes nécessitent l'utilisation de trois couleurs de base des phosphores, à savoir le rouge, le vert et le bleu, qui peuvent être utilisés pour synthétiser diverses couleurs. Et le terbium est un composant indispensable dans de nombreuses poudres fluorescentes vertes de haute qualité. (3) utilisé comme matériau de stockage optique magnéto. Transition métallique amorphe en alliage en alliage en alliage métallique a été utilisé pour fabriquer des disques optiques à magnéto à haute performance. (4) Fabrication de verre optique magnéto. Le verre rotatoire Faraday contenant du terbium est un matériau clé pour la fabrication de rotateurs, d'isolateurs et de circulateurs dans la technologie laser. (5) Le développement et le développement de l'alliage de ferromagnetostrictif du terbium (terfénol) ont ouvert de nouvelles applications pour le terbium.

 Pour l'agriculture et l'élevage

Terbium rarePeut améliorer la qualité des cultures et augmenter le taux de photosynthèse dans une certaine plage de concentration. Les complexes du terbium ont une activité biologique élevée, et les complexes ternaires du terbium, du TB (ALA) 3BENIM (CLO4) 3-3H2O, ont de bons effets antibactériens et bactéricide sur Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis, et Escherichia coli, avec des étendues anticactarriales à large vitesse. L'étude de ces complexes fournit une nouvelle direction de recherche pour les médicaments bactéricide modernes.

Utilisé dans le domaine de la luminescence

Les matériaux optoélectroniques modernes nécessitent l'utilisation de trois couleurs de base des phosphores, à savoir le rouge, le vert et le bleu, qui peuvent être utilisés pour synthétiser diverses couleurs. Et le terbium est un composant indispensable dans de nombreuses poudres fluorescentes vertes de haute qualité. Si la naissance de la poudre fluorescente rouge de couleur rare terriens a stimulé la demande d'yttrium et d'europium, l'application et le développement du terbium ont été promus par la terre rare trois couleurs primaires de poudre fluorescente pour les lampes. Au début des années 1980, Philips a inventé la première lampe fluorescente à économie d'énergie compacte au monde et l'a rapidement promue à l'échelle mondiale. Les ions Tb3 + peuvent émettre un feu vert avec une longueur d'onde de 545 nm, et presque toutes les poudres fluorescentes vertes de terres rares utilisent le terbium comme activateur.

La poudre fluorescente verte utilisée pour les tubes à rayons cathodiques en couleur (CRTS) a toujours été principalement basée sur du sulfure de zinc bon marché et efficace, mais la poudre de terbium a toujours été utilisée comme poudre verte de projection couleur TV, comme Y2SIO5: TB3 +, Y3 (AL, GA) 5O12: TB3 + et LAOBR: TB3 +. Avec le développement de la télévision à haute définition à grand écran (TVHD), des poudres fluorescentes vertes à haute performance pour les CRT sont également en cours de développement. Par exemple, une poudre fluorescente verte hybride a été développée à l'étranger, composée de Y3 (AL, GA) 5O12: TB3 +, LAOCL: TB3 + et Y2SIO5: TB3 +, qui ont une excellente efficacité de luminescence à une densité de courant élevée.

La poudre fluorescente à rayons X traditionnelle est le tungstate de calcium. Dans les années 1970 et 1980, des poudres fluorescentes de terres rares pour les écrans de sensibilisation ont été développées, telles que l'oxyde de sulfure de lanthane activé au terbium, l'oxyde de bromure de lanthane activé au terbium (pour les écrans verts) et l'oxyde de sulfure d'yttrium activé au terbium. Par rapport à la tungstate de calcium, la poudre fluorescente de terres rares peut réduire le temps d'irradiation des rayons X pour les patients de 80%, améliorer la résolution des films aux rayons X, prolonger la durée de vie des tubes aux rayons X et réduire la consommation d'énergie. Le terbium est également utilisé comme activateur de poudre fluorescent pour les écrans d'amélioration des rayons X médicaux, ce qui peut considérablement améliorer la sensibilité de la conversion des rayons X en images optiques, améliorer la clarté des films aux rayons X et réduire considérablement la dose d'exposition des rayons X au corps humain (de plus de 50%).

Terbiumest également utilisé comme activateur dans le phosphore à LED blanc excité par la lumière bleue pour un nouvel éclairage semi-conducteur. Il peut être utilisé pour produire des phosphores de cristal optiques de terbium en aluminium en aluminium, en utilisant des diodes émettrices de lumière bleue comme sources de lumière d'excitation, et la fluorescence générée est mélangée avec la lumière d'excitation pour produire de la lumière blanche pure.

Les matériaux électroluminescents fabriqués à partir de terbium comprennent principalement une poudre fluorescente verte sulfure de zinc avec du terbium comme activateur. Sous irradiation ultraviolette, les complexes organiques du terbium peuvent émettre une forte fluorescence verte et peuvent être utilisés comme matériaux électroluminescents à couches minces. Bien que des progrès significatifs aient été réalisés dans l'étude des films minces électroluminescents du complexe de terres rares, il y a encore un certain écart de la praticité, et la recherche sur les films et les dispositifs minces électroluminescents du complexe de terres rares est toujours en profondeur.

Les caractéristiques de fluorescence du terbium sont également utilisées comme sondes de fluorescence. L'interaction entre le complexe d'ofloxacine terbium (Tb3 +) et l'acide désoxyribonucléique (ADN) a été étudiée en utilisant des spectres de fluorescence et d'absorption, tels que la sonde de fluorescence du terbium de l'ofloxacine (TB3 +). Les résultats ont montré que la sonde de l'ofloxacine Tb3 + peut former une liaison de rainure avec des molécules d'ADN, et l'acide désoxyribonucléique peut améliorer considérablement la fluorescence du système Ofloxacine Tb3 +. Sur la base de ce changement, l'acide désoxyribonucléique peut être déterminé.

Pour les matériaux optiques magnéto

Les matériaux à effet Faraday, également appelés matériaux magnéto-optiques, sont largement utilisés dans les lasers et autres dispositifs optiques. Il existe deux types communs de matériaux optiques magnéto: les cristaux optiques magnéto et le verre optique magnéto. Parmi eux, les cristaux magnéto-optiques (tels que le grenat de fer Yttrium et le grenat terbium gallium) ont les avantages de la fréquence de fonctionnement réglable et de la stabilité thermique élevée, mais elles sont coûteuses et difficiles à fabriquer. De plus, de nombreux cristaux magnéto-optiques avec des angles de rotation de Faraday élevés ont une absorption élevée dans la plage d'onde courte, ce qui limite leur utilisation. Par rapport aux cristaux optiques magnéto, le verre optique magnéto a l'avantage d'une transmittance élevée et est facile à faire en gros blocs ou fibres. À l'heure actuelle, les verres magnéto-optiques avec un effet Faraday élevé sont principalement des verres dopés à ions de terres rares.

Utilisé pour les matériaux de stockage optique magnéto

Ces dernières années, avec le développement rapide du multimédia et de l'automatisation de bureau, la demande de nouveaux disques magnétiques à haute capacité a augmenté. Transition métallique amorphe en alliage en alliage en alliage métallique a été utilisé pour fabriquer des disques optiques à magnéto à haute performance. Parmi eux, le film mince en alliage TBFECO a la meilleure performance. Des matériaux magnéto-optiques à base de terbium ont été produits à grande échelle, et les disques magnéto-optiques fabriqués à partir d'eux sont utilisés comme composants de stockage informatique, avec une capacité de stockage augmentée de 10 à 15 fois. Ils ont les avantages d'une grande capacité et d'une vitesse d'accès rapide, et peuvent être essuyés et enduits de dizaines de milliers de fois lorsqu'ils sont utilisés pour les disques optiques à haute densité. Ce sont des matériaux importants dans la technologie de stockage électronique des informations. Le matériau magnéto-optique le plus couramment utilisé dans les bandes visibles et proches infrarouges est le monocristal de grenat terbium gallium (TGG), qui est le meilleur matériau magnéto-optique pour fabriquer des rotateurs et des isolateurs de Faraday.

Pour le verre optique magnéto

Le verre optique de Faraday Magneto a une bonne transparence et isotropie dans les régions visibles et infrarouges, et peut former diverses formes complexes. Il est facile de produire des produits de grande taille et peut être entraîné dans des fibres optiques. Par conséquent, il a de larges perspectives d'application dans les dispositifs optiques magnéto tels que les isolateurs optiques magnéto, les modulateurs optiques magnéto et les capteurs de courant de fibre optique. En raison de son grand moment magnétique et de son petit coefficient d'absorption dans la plage visible et infrarouge, les ions TB3 + sont devenus des ions de terres rares couramment utilisés dans les lunettes optiques magnéto.

Alliage de ferromagnetostrictif du terromagnetostrictif du terbium

À la fin du 20e siècle, avec l'approvisionnement continu de la révolution technologique mondiale, de nouveaux matériaux d'application des terres rares émergeaient rapidement. En 1984, l'Iowa State University, le Laboratoire d'Ames du Département d'Énergie américain et le US Navy Surface Armes Research Center (à partir duquel le personnel principal de la plus récente Corporation Technology Edge Technology (ET Rema) est venu) pour développer un nouveau matériau intelligent de terromagnétique rare. Ce nouveau matériau intelligent a d'excellentes caractéristiques de convertir rapidement l'énergie électrique en énergie mécanique. Les transducteurs sous-marine et électro-acoustique composé de ce matériau magnétostrictif géant ont été configurés avec succès dans l'équipement naval, les haut-parleurs de détection de puits de pétrole, les systèmes de contrôle du bruit et des vibrations et les systèmes d'exploration de l'océan et de communication souterraine. Par conséquent, dès que le matériau magnétostrictif géant de la dysprosium du terbium est né, il a reçu une large attention des pays industrialisés du monde entier. Les technologies Edge aux États-Unis ont commencé à produire des matériaux magnétostrictifs géants en fer du terbium en 1989 et leur ont nommé Terfenol D. Par la suite, la Suède, le Japon, la Russie, le Royaume-Uni et l'Australie ont également développé des matériaux magnétostrictifs en fer de terbium dysprosium du terbium.

De l'histoire du développement de ce matériel aux États-Unis, l'invention du matériel et ses premières applications monopolistiques sont directement liées à l'industrie militaire (comme la Marine). Bien que les services militaires et de défense de la Chine renforcent progressivement leur compréhension de ce matériel. Cependant, avec l'amélioration significative de la force nationale complète de la Chine, la demande de réalisation d'une stratégie concurrentielle militaire du 21e siècle et d'amélioration des niveaux d'équipement sera certainement très urgente. Par conséquent, l'utilisation généralisée des matériaux magnétostrictifs géants du dysprosium terbium par les services militaires et de défense nationale sera une nécessité historique.

Bref, les nombreuses excellentes propriétés deterbiumFaites-en un membre indispensable de nombreux matériaux fonctionnels et une position irremplaçable dans certains champs d'application. Cependant, en raison du prix élevé du terbium, les gens ont étudié comment éviter et minimiser l'utilisation du terbium afin de réduire les coûts de production. Par exemple, les matériaux magnéto-optiques des terres rares devraient également utiliser autant que possible le cobalt en fer à dysprosium à faible coût ou le gadolinium terbium cobalt; Essayez de réduire la teneur en terbium dans la poudre fluorescente verte qui doit être utilisée. Le prix est devenu un facteur important restreignant l'utilisation généralisée du terbium. Mais de nombreux matériaux fonctionnels ne peuvent pas s'en passer, nous devons donc adhérer au principe "en utilisant un bon acier sur la lame" et essayer de sauver l'utilisation du terbium autant que possible.