Materiais militares da Terra rara - Terbio da Terra rara

Elementos da Terra rarason imprescindibles para o desenvolvemento de alta tecnoloxía como a nova enerxía e os materiais e teñen un amplo valor de aplicación en campos como aeroespacial, defensa nacional e industria militar. Os resultados da guerra moderna indican que as armas da Terra rara dominan o campo de batalla, as vantaxes tecnolóxicas da Terra rara representan vantaxes tecnolóxicas militares, e ter recursos está garantido. Polo tanto, as terras raras tamén se converteron en recursos estratéxicos que compiten as principais economías de todo o mundo e as estratexias clave de materias primas como as terras raras adoitan subir a estratexias nacionais. Europa, Xapón, Estados Unidos e outros países e rexións prestan máis atención a materiais clave como a terra rara. En 2008, os materiais da Terra rara foron listados como "estratexia clave de materiais" polo Departamento de Enerxía dos Estados Unidos; A principios de 2010, a Unión Europea anunciou a creación dunha reserva estratéxica de terras raras; En 2007, o Ministerio de Educación, Cultura, Ciencia e Tecnoloxía xaponesa, así como o Ministerio de Economía, Industria e Tecnoloxía, xa propuxeron o "Plan de estratexia de elementos" e o plan de "materiais alternativos de metal raro". Tomaron medidas e políticas continuas en reservas de recursos, progreso tecnolóxico, adquisición de recursos e busca de materiais alternativos. A partir deste artigo, o editor introducirá en detalle as importantes e incluso indispensables misións de desenvolvemento histórico e roles destes elementos da Terra rara.

Terbio pertence á categoría de terras raras pesadas, cunha abundancia baixa na codia terrestre a só 1,1 ppm.Óxido de terbiorepresenta menos do 0,01% do total de terras raras. Incluso no mineral de terra raras de alto tipo yttrium con maior contido de terbio, o contido de terbio só representa o 1,1-1,2% da terra rara total, o que indica que pertence á categoría "nobre" de elementos da terra rara. O terbio é un metal gris de prata con ductilidade e textura relativamente suave, que se pode cortar cun coitelo; Punto de fusión 1360 ℃, punto de ebulición 3123 ℃, densidade 8229 4kg/m3. Durante máis de 100 anos desde o descubrimento de Terbium en 1843, a súa escaseza e valor impediron a súa aplicación práctica durante moito tempo. É só nos últimos 30 anos que Terbium demostrou o seu talento único.

O descubrimento de Terbium

Durante o mesmo período candolantánfoi descuberto, Karl G. Mosander de Suecia analizou o descuberto inicialmenteyttriume publicou un informe en 1842, aclarando que o Yttrium Earth inicialmente descuberto non era un único óxido elemental, senón un óxido de tres elementos. En 1843, Mossander descubriu o elemento Terbium a través da súa investigación sobre Yttrium Earth. Aínda chamou a un deles yttrium terra e un delesóxido de erbio. Non foi ata 1877 que foi nomeado oficialmente Terbium, co símbolo do elemento TB. A súa denominación provén da mesma fonte que Yttrium, orixinaria da aldea de Ytterby, preto de Estocolmo, Suecia, onde se descubriu por primeira vez o mineral de Yttrium. O descubrimento de Terbium e outros dous elementos, Lanthanum e Erbium, abriu a segunda porta ao descubrimento de elementos da Terra rara, marcando a segunda etapa do seu descubrimento. Primeiro foi purificado por G. Urban en 1905.

Mossander

Aplicación de Terbium

A aplicación deTerbioInclúe principalmente campos de alta tecnoloxía, que son proxectos de punta de punta intensivos e intensivos en tecnoloxía, así como proxectos con importantes beneficios económicos, con atractivas perspectivas de desenvolvemento. As principais áreas de aplicación inclúen: (1) que se utilizan en forma de terras raras mixtas. Por exemplo, úsase como fertilizante composto de terra rara e aditivo para a agricultura. (2) Activador para po verde en tres polvos fluorescentes primarios. Os materiais optoelectrónicos modernos requiren o uso de tres cores básicas de fósfores, é dicir, vermello, verde e azul, que se pode usar para sintetizar varias cores. E Terbium é un compoñente indispensable en moitos po fluorescentes de alta calidade. (3) usado como material de almacenamento óptico Magneto. Utilizáronse películas de aliaxes de metal de transición de terbio amorfo para fabricar discos ópticos Magneto de alto rendemento. (4) Fabricación de vidro óptico Magneto. O vidro rotatorio de Faraday que contén terbio é un material clave para os rotadores de fabricación, illantes e circuladores en tecnoloxía láser. (5) O desenvolvemento e desenvolvemento da aleación ferromagnetostrictiva do disprosio de terbio (terfenol) abriu novas aplicacións para Terbium.

 Para a agricultura e a gandería

Terbio da Terra rarapode mellorar a calidade dos cultivos e aumentar a taxa de fotosíntese dentro dun determinado rango de concentración. Os complexos de terbio teñen unha alta actividade biolóxica, e os complexos ternarios de terbio, TB (ALA) 3benim (CLO4) 3-3H2O, teñen bos efectos antibacterianos e bactericidas sobre estafilococcus aureus, bacillus subtilises e eschericia coli, con amplo aureus, bacillus. O estudo destes complexos proporciona unha nova dirección de investigación para os medicamentos bactericidas modernos.

Usado no campo da luminiscencia

Os materiais optoelectrónicos modernos requiren o uso de tres cores básicas de fósfores, é dicir, vermello, verde e azul, que se pode usar para sintetizar varias cores. E Terbium é un compoñente indispensable en moitos po fluorescentes de alta calidade. Se o nacemento de po de cor vermella en cor vermella en cor vermella estimulou a demanda de yttrium e europium, entón a aplicación e o desenvolvemento de terbio foron promovidos por Rare Terra Tres primeiras cor verde en po verde para lámpadas. A principios dos anos 80, Philips inventou a primeira lámpada fluorescente de aforro de enerxía compacta do mundo e promoveuna rapidamente a nivel mundial. Os ións TB3+poden emitir luz verde cunha lonxitude de onda de 545 nm, e case todos os polvos fluorescentes verdes da terra rara usan o terbio como activador.

O po fluorescente verde usado para tubos de raios de cátodo de TV en cor (CRTs) sempre se baseou principalmente en sulfuro de cinc barato e eficiente, pero o po de terbio sempre se usou como proxección en po verde de TV en cor, como Y2SIO5: TB3+, Y3 (Al, GA) 5O12: TB3+, e LAOBR: TB3+.. Co desenvolvemento de televisión de alta definición de gran pantalla (HDTV), tamén se están a desenvolver polvos fluorescentes de alto rendemento para CRT. Por exemplo, desenvolveuse un po fluorescente híbrido verde no estranxeiro, composto por Y3 (AL, GA) 5O12: TB3+, LAOCL: TB3+e Y2SIO5: TB3+, que teñen unha excelente eficiencia de luminiscencia a alta densidade de corrente.

O po fluorescente tradicional de raios X é o tungstate de calcio. Na década de 1970 e 1980 desenvolvéronse polvos fluorescentes fluorescentes para as pantallas de sensibilización, como o óxido de sulfuro de lantán activado con terbio, o óxido de bromuro de lantán activado con terbio (para pantallas verdes) e o óxido de sulfuro de Yttrium activado con terbio. En comparación co tungstato de calcio, o po fluorescente da terra rara pode reducir o tempo de irradiación de raios X para os pacientes nun 80%, mellorar a resolución de películas de raios X, ampliar a vida útil dos tubos de raios X e reducir o consumo de enerxía. Terbium tamén se usa como activador de po fluorescente para pantallas de mellora de raios X médicos, o que pode mellorar enormemente a sensibilidade da conversión de raios X en imaxes ópticas, mellorar a claridade das películas de raios X e reducir enormemente a dose de exposición de raios X ao corpo humano (por máis dun 50%).

TerbioTamén se usa como activador no fósforo LED branco excitado pola luz azul para a nova iluminación de semiconductores. Pódese usar para producir fósfores de cristal óptico de aluminio terbio, empregando diodos emisores de luz azul como fontes de luz de excitación, e a fluorescencia xerada mestúrase coa luz de excitación para producir luz branca pura.

Os materiais electroluminescentes feitos a partir de terbio inclúen principalmente po fluorescente verde de sulfuro de cinc con terbio como activador. Baixo a irradiación ultravioleta, os complexos orgánicos de terbio poden emitir unha forte fluorescencia verde e poden usarse como materiais electroluminescentes de película fina. Aínda que se avanzaron significativamente no estudo das películas finas electroluminescentes complexas de complexo orgánico da Terra rara, aínda hai unha certa fenda da práctica e a investigación sobre películas e dispositivos delgados electroluminescentes de complexo orgánico de terra rara aínda está en profundidade.

As características de fluorescencia do terbio tamén se usan como sondas de fluorescencia. A interacción entre o complexo de terbio de ofloxacina (TB3+) e o ácido desoxiribonucleico (ADN) estudouse usando espectros de fluorescencia e absorción, como a sonda de fluorescencia de terbio de ofloxacina (TB3+). Os resultados demostraron que a sonda TB3+de Ofloxacin pode formar unha unión de rañuras con moléculas de ADN e o ácido desoxiribonucleico pode aumentar significativamente a fluorescencia do sistema TB3+de ofloxacina. Con base neste cambio, pódese determinar o ácido desoxiribonucleico.

Para materiais ópticos magneto

Os materiais con efecto Faraday, tamén coñecidos como materiais magneto-ópticos, son amplamente empregados en láseres e outros dispositivos ópticos. Hai dous tipos comúns de materiais ópticos magneto: cristais ópticos magneto e vidro óptico Magneto. Entre eles, os cristais magneto-ópticos (como o granate de ferro de yttrium e o granate de galio de terbio) teñen as vantaxes da frecuencia de funcionamento axustable e da alta estabilidade térmica, pero son caras e difíciles de fabricar. Ademais, moitos cristais magneto-ópticos con altos ángulos de rotación de Faraday teñen unha alta absorción na gama de ondas curtas, o que limita o seu uso. En comparación cos cristais ópticos magneto, o vidro óptico Magneto ten a vantaxe dunha alta transmisión e é fácil de converter en grandes bloques ou fibras. Na actualidade, as lentes magneto-ópticas con alto efecto Faraday son principalmente as lentes dopadas de ións da terra rara.

Usado para materiais de almacenamento óptico Magneto

Nos últimos anos, co rápido desenvolvemento de multimedia e automatización de oficinas, a demanda de novos discos magnéticos de alta capacidade foi aumentando. Utilizáronse películas de aliaxes de metal de transición de terbio amorfo para fabricar discos ópticos Magneto de alto rendemento. Entre eles, a película fina de aleación TBFECO ten a mellor actuación. Producíronse materiais de magneto-óptica baseados no terbio a gran escala, e os discos magneto-ópticos feitos deles úsanse como compoñentes de almacenamento de computadores, coa capacidade de almacenamento aumentou 10-15 veces. Teñen as vantaxes de gran capacidade e velocidade de acceso rápido e pódense limpar e revestir decenas de miles de veces cando se usan para discos ópticos de alta densidade. Son materiais importantes na tecnoloxía electrónica de almacenamento de información. O material magneto-óptico máis usado nas bandas visibles e de infravermello próximo é o granate de Gallium Gallium Terbium (TGG), que é o mellor material magneto-óptico para facer rotadores e illantes de Faraday.

Para vidro óptico magneto

O vidro óptico de Faraday Magneto ten unha boa transparencia e isotropía nas rexións visibles e infravermellas e pode formar varias formas complexas. É fácil producir produtos de gran tamaño e pódese atraer en fibras ópticas. Polo tanto, ten amplas perspectivas de aplicacións en dispositivos ópticos Magneto como illantes ópticos Magneto, moduladores ópticos Magneto e sensores de corrente de fibra óptica. Debido ao seu gran momento magnético e un pequeno coeficiente de absorción no rango visible e infravermello, os ións TB3+convertéronse en ións de terra raros comúnmente en lentes ópticos magneto.

Aleación ferromagnetostrictiva de terbio disprosio

A finais do século XX, co afondamento continuo da revolución tecnolóxica mundial, os novos materiais de aplicación da Terra rara estaban a xurdir rapidamente. En 1984, a Universidade Estatal de Iowa, o laboratorio Ames do Departamento de Enerxía dos Estados Unidos e o Centro de Investigación de Armas de Superficie da Mariña dos Estados Unidos (desde o que viña o persoal principal da posterior establecemento de Edge Technology Corporation (ET REMA)) colaborou para desenvolver un novo material intelixente de terra rara, nomeadamente terbio disprosium ferromagnético magnetostrtivo de Disprosio Terbio. Este novo material intelixente ten excelentes características de converter rapidamente a enerxía eléctrica en enerxía mecánica. Os transductores submarinos e electroacústicos realizados con este material xigante magnetostrictivo configuráronse con éxito en equipos navais, altofalantes de detección de pozos de aceite, sistemas de control de ruído e vibracións e sistemas de exploración de océanos e sistemas de comunicación subterráneos. Polo tanto, en canto naceu o material magnetostrictivo xigante de ferro de terbio, recibiu unha atención xeneralizada por países industrializados de todo o mundo. As tecnoloxías de Edge nos Estados Unidos comezaron a producir materiais magnetostrictivos xigantes de ferro de disprosio de terbio en 1989 e nomeáronlles Terfenol D. Posteriormente, Suecia, Xapón, Rusia, Reino Unido e Australia tamén desenvolveron materiais magnetstritivos xigantes de ferro de terbio.

A partir da historia do desenvolvemento deste material nos Estados Unidos, tanto a invención do material como as súas primeiras aplicacións monopolísticas están directamente relacionadas coa industria militar (como a Mariña). Aínda que os departamentos militares e de defensa de China están a fortalecer gradualmente a súa comprensión deste material. Non obstante, coa mellora significativa da forza nacional integral de China, a demanda de lograr unha estratexia competitiva militar do século XXI e mellorar os niveis de equipos será definitivamente moi urxente. Polo tanto, o uso xeneralizado dos materiais magnetostrictivos xigantes de ferro de terbio por departamentos de defensa militar e nacional será unha necesidade histórica.

En definitiva, as moitas excelentes propiedades deTerbioFaino un membro indispensable de moitos materiais funcionais e unha posición insubstituíble nalgúns campos de aplicación. Non obstante, debido ao elevado prezo de Terbium, a xente estivo estudando como evitar e minimizar o uso de Terbium para reducir os custos de produción. Por exemplo, os materiais magneto-ópticos da terra rara tamén deben usar cobalto de ferro de disprosio de baixo custo ou cobalto de terbio de gadolinio o máximo posible; Intente reducir o contido de terbio no po fluorescente verde que se debe usar. O prezo converteuse nun factor importante que restrinxe o uso xeneralizado de Terbium. Pero moitos materiais funcionais non poden prescindir del, polo que temos que adherirse ao principio de "usar bo aceiro na lámina" e tratar de aforrar o uso do terbio o máximo posible.