Ritkaföldfém elemeknélkülözhetetlenek a csúcstechnológiák, például az új energia és anyagok fejlesztéséhez, és széles körű alkalmazási értékkel bírnak olyan területeken, mint a repülés, a honvédelem és a hadiipar. A modern hadviselés eredményei azt mutatják, hogy a ritkaföldfém fegyverek uralják a csatateret, a ritkaföldfém technológiai előnyök haditechnikai előnyt jelentenek, és az erőforrások megléte garantált. Ezért a ritkaföldfémek olyan stratégiai erőforrásokká is váltak, amelyekért a világ nagy gazdaságai versenyeznek, és az olyan kulcsfontosságú nyersanyag-stratégiák, mint a ritkaföldfémek, gyakran nemzeti stratégiákká válnak. Európa, Japán, az Egyesült Államok és más országok és régiók nagyobb figyelmet fordítanak a kulcsfontosságú anyagokra, például a ritkaföldfémekre. 2008-ban az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma a ritkaföldfém anyagokat a „kulcsfontosságú anyagokra vonatkozó stratégia” közé sorolta; 2010 elején az Európai Unió bejelentette a ritkaföldfémek stratégiai tartalékának létrehozását; 2007-ben a japán Oktatási, Kulturális, Tudományos és Technológiai Minisztérium, valamint a Gazdasági, Ipari és Technológiai Minisztérium már javasolta az "Elemstratégiai tervet" és a "Ritka fémek alternatív anyagaira" vonatkozó tervet. Folyamatos intézkedéseket és politikákat tettek az erőforrás-tartalékok, a technológiai fejlődés, az erőforrás-beszerzés és az alternatív anyagok keresése terén. A cikktől kezdve a szerkesztő részletesen bemutatja e ritkaföldfém elemek fontos, sőt nélkülözhetetlen történelmi fejlődési küldetését és szerepét.
Terbium a nehéz ritkaföldfémek kategóriájába tartozik, a földkéregben alacsony, mindössze 1,1 ppm előfordulással.Terbium-oxidaz összes ritkaföldfém kevesebb mint 0,01%-át teszi ki. A legnagyobb terbiumtartalmú, magas ittrium-ion típusú nehéz ritkaföldfém-ércben is a terbiumtartalom csak az összes ritkaföldfém 1,1-1,2%-át teszi ki, ami azt jelzi, hogy a ritkaföldfémek "nemes" kategóriájába tartozik. A terbium egy ezüstszürke, rugalmas és viszonylag puha szerkezetű fém, amely késsel felvágható; Olvadáspont 1360 ℃, forráspont 3123 ℃, sűrűség 8229 4kg/m3. A terbium 1843-as felfedezése óta több mint 100 éve, szűkössége és értéke hosszú ideig akadályozta a gyakorlati alkalmazását. A terbium csak az elmúlt 30 évben mutatta meg egyedülálló tehetségét.
A Terbium felfedezése
Ugyanebben az időszakban, amikorlantánfedezték fel, a svéd Karl G. Mosander elemezte az eredetileg felfedezettittriumés 1842-ben közzétett egy jelentést, amelyben tisztázta, hogy az eredetileg felfedezett ittriumföld nem egyetlen elemi oxid, hanem három elem oxidja. 1843-ban Mossander ittrium földön végzett kutatásai révén fedezte fel a terbium elemet. Az egyiket továbbra is ittriumföldnek nevezte el, az egyiket pedigerbium-oxid. Hivatalosan csak 1877-ben nevezték el terbiumnak, a Tb elem szimbólummal. Elnevezése ugyanabból a forrásból származik, mint az ittrium, amely a svédországi, Stockholm melletti Ytterby faluból származik, ahol először fedezték fel az ittriumércet. A terbium és két másik elem, a lantán és az erbium felfedezése megnyitotta a második ajtót a ritkaföldfémek felfedezésének, ami felfedezésük második szakaszát jelentette. Először G. Urban tisztította meg 1905-ben.
Mossander
Terbium alkalmazása
Az alkalmazásaterbiumtöbbnyire high-tech területeket érint, amelyek technológia- és tudásintenzív élvonalbeli projektek, valamint jelentős gazdasági haszonnal járó, vonzó fejlődési kilátásokkal rendelkező projektek. A fő alkalmazási területek a következők: (1) vegyes ritkaföldfémek formájában történő felhasználás. Például ritkaföldfém-műtrágyaként és takarmány-adalékanyagként használják a mezőgazdaságban. (2) Aktivátor zöld porhoz három elsődleges fluoreszcens porban. A modern optoelektronikai anyagok a fényporok három alapszínének, nevezetesen a vörösnek, a zöldnek és a kéknek a használatát igénylik, amelyek különböző színek szintetizálására használhatók. A terbium pedig számos kiváló minőségű zöld fluoreszcens por nélkülözhetetlen komponense. (3) Magnetooptikai tárolóanyagként használják. Amorf fém, terbium átmenetifém ötvözetből készült vékony filmeket használtak nagy teljesítményű mágneses optikai lemezek gyártására. (4) Magnetooptikai üveg gyártása. A terbiumot tartalmazó Faraday forgóüveg kulcsfontosságú anyag a lézertechnológiában használt rotátorok, szigetelők és keringtetők gyártásához. (5) A terbium-dysprosium ferromagnetostriktív ötvözet (TerFenol) fejlesztése és fejlesztése új alkalmazásokat nyitott meg a terbium számára.
Mezőgazdaságra és állattenyésztésre
Ritkaföldfém terbiumjavíthatja a termés minőségét és növelheti a fotoszintézis sebességét egy bizonyos koncentráció tartományon belül. A terbium komplexei nagy biológiai aktivitásúak, a terbium hármas komplexei, a Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O jó antibakteriális és baktericid hatást fejtenek ki Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis és Escherichia coli ellen, széles spektrumú antibakteriális hatással. tulajdonságait. Ezeknek a komplexeknek a vizsgálata új kutatási irányt ad a modern baktericid gyógyszerek számára.
A lumineszcencia területén használják
A modern optoelektronikai anyagok a fényporok három alapszínének, nevezetesen a vörösnek, a zöldnek és a kéknek a használatát igénylik, amelyek különböző színek szintetizálására használhatók. A terbium pedig számos kiváló minőségű zöld fluoreszcens por nélkülözhetetlen komponense. Ha a ritkaföldfém színes TV-piros fluoreszcens por megszületése felkeltette az ittrium és európium iránti keresletet, akkor a terbium alkalmazását és fejlesztését a ritkaföldfém három alapszínû zöld fénycsõpor segítette elõ. Az 1980-as évek elején a Philips feltalálta a világ első kompakt energiatakarékos fénycsövét, és gyorsan világszerte népszerűsítette. A Tb3+ionok 545 nm hullámhosszú zöld fényt bocsátanak ki, és szinte minden ritkaföldfém zöld fluoreszcens por terbiumot használ aktivátorként.
A színes TV katódsugárcsövekhez (CRT) használt zöld fluoreszcens por mindig is elsősorban olcsó és hatékony cink-szulfidon alapult, de a terbiumport mindig is használták vetítési színes TV-zöld porként, például Y2SiO5: Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+ és LaOBr: Tb3+. A nagy képernyős nagyfelbontású televízió (HDTV) kifejlesztésével a CRT-ekhez való nagy teljesítményű zöld fluoreszcens porok is fejlesztés alatt állnak. Például külföldön kifejlesztettek egy hibrid zöld fluoreszcens port, amely Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+ és Y2SiO5: Tb3+ anyagokból áll, amelyek nagy áramsűrűség mellett kiváló lumineszcens hatásfokkal rendelkeznek.
A hagyományos röntgen-fluoreszcens por a kalcium-volframát. Az 1970-es és 1980-as években ritkaföldfém fluoreszcens porokat fejlesztettek ki érzékenyítő képernyőkhöz, például terbium-aktivált lantán-szulfid-oxidot, terbium-aktivált lantán-bromid-oxidot (zöld képernyőkhöz) és terbium-aktivált ittrium-szulfid-oxidot. A kalcium-volframáttal összehasonlítva a ritkaföldfém fluoreszcens por 80%-kal csökkentheti a betegek röntgensugárzásának idejét, javíthatja a röntgenfilmek felbontását, meghosszabbíthatja a röntgencsövek élettartamát és csökkentheti az energiafogyasztást. A terbiumot fluoreszcens por-aktivátorként is használják orvosi röntgensugárzás-javító képernyőkhöz, amelyek nagymértékben javíthatják a röntgensugárzás optikai képpé alakításának érzékenységét, javíthatják a röntgenfilmek tisztaságát, és nagymértékben csökkenthetik a röntgensugárzás expozíciós dózisát. az emberi testet érő sugarak (több mint 50%-kal).
Terbiumaktivátorként is használják a kék fénnyel gerjesztett fehér LED fényporban az új félvezető világításhoz. Használható terbium-alumínium mágneses optikai kristály foszforok előállítására, gerjesztő fényforrásként kék fénykibocsátó diódákat használva, és a generált fluoreszcenciát a gerjesztő fénnyel keverve tiszta fehér fényt állítanak elő.
A terbiumból készült elektrolumineszcens anyagok főként cink-szulfid zöld fluoreszcens port tartalmaznak, aktivátorként terbiummal. Ultraibolya besugárzás hatására a szerves terbium komplexek erős zöld fluoreszcenciát bocsáthatnak ki, és vékonyfilmes elektrolumineszcens anyagokként használhatók. Bár jelentős előrelépés történt a ritkaföldfém-komplex elektrolumineszcens vékonyfilmek tanulmányozása terén, még mindig van egy bizonyos rés a gyakorlatban, és a ritkaföldfém-komplex elektrolumineszcens vékonyfilmek és eszközök kutatása még mindig mélyreható.
A terbium fluoreszcencia jellemzőit fluoreszcens szondákként is használják. Az ofloxacin-terbium (Tb3+) komplex és a dezoxiribonukleinsav (DNS) közötti kölcsönhatást fluoreszcencia és abszorpciós spektrumok, például az ofloxacin terbium (Tb3+) fluoreszcens próbája segítségével tanulmányoztuk. Az eredmények azt mutatták, hogy az ofloxacin Tb3+ próba barázda kötést tud kialakítani a DNS molekulákkal, a dezoxiribonukleinsav pedig jelentősen fokozza az ofloxacin Tb3+ rendszer fluoreszcenciáját. E változás alapján a dezoxiribonukleinsav meghatározható.
Magnetooptikai anyagokhoz
A Faraday-hatású anyagokat, más néven magneto-optikai anyagokat széles körben használják lézerekben és más optikai eszközökben. A mágneses optikai anyagoknak két általános típusa van: a magnetooptikai kristályok és a magnetooptikai üveg. Közülük a magneto-optikai kristályok (például ittrium-vasgránát és terbium-gallium-gránát) állítható működési frekvenciával és nagy termikus stabilitással rendelkeznek, de drágák és nehezen gyárthatók. Ezenkívül sok nagy Faraday-forgásszögű magneto-optikai kristály nagy abszorpcióval rendelkezik a rövid hullámtartományban, ami korlátozza használatukat. A magnetooptikai kristályokhoz képest a magnetooptikai üveg előnye, hogy nagy áteresztőképességgel rendelkezik, és könnyen alakítható nagy tömbökké vagy szálakká. Jelenleg a nagy Faraday-effektussal rendelkező magneto-optikai üvegek főként ritkaföldfém-ionnal adalékolt üvegek.
Magnetooptikai tárolóanyagokhoz használják
Az elmúlt években a multimédia és az irodai automatizálás rohamos fejlődésével az új, nagy kapacitású mágneslemezek iránti igény megnőtt. Amorf fém, terbium átmenetifém ötvözetből készült vékony filmeket használtak nagy teljesítményű mágneses optikai lemezek gyártására. Közülük a TbFeCo ötvözet vékonyfólia rendelkezik a legjobb teljesítménnyel. Terbium alapú magneto-optikai anyagokat nagy mennyiségben gyártottak, a belőlük készült magneto-optikai lemezeket számítógépes tárolóelemként használják, 10-15-szörös tárolókapacitással. Előnyük a nagy kapacitás és a gyors hozzáférési sebesség, és több tízezer alkalommal törölhetők és bevonhatók, ha nagy sűrűségű optikai lemezekhez használják őket. Ezek fontos anyagok az elektronikus információtárolás technológiájában. A látható és közeli infravörös sávban leggyakrabban használt magneto-optikai anyag a terbium-gallium-gránát (TGG) egykristály, amely a legjobb mágneses-optikai anyag a Faraday-forgatók és -szigetelők gyártásához.
Magnetooptikai üveghez
A Faraday magneto optikai üveg jó átlátszósággal és izotrópiával rendelkezik a látható és infravörös tartományban, és különféle összetett formákat tud kialakítani. Könnyen előállítható nagy méretű termékek, optikai szálakba húzható. Ezért széles körű alkalmazási lehetőségei vannak a mágneses optikai eszközökben, például a mágneses optikai leválasztókban, a mágneses optikai modulátorokban és a száloptikai áramérzékelőkben. Nagy mágneses nyomatékának és kis abszorpciós együtthatójának köszönhetően a látható és infravörös tartományban a Tb3+ionok általánosan használt ritkaföldfém-ionokká váltak a magnetooptikai üvegekben.
Terbium dysprosium ferromagnetostriktív ötvözet
A 20. század végén, a technológiai világforradalom folyamatos elmélyülésével gyorsan megjelentek az új ritkaföldfém-felhasználási anyagok. 1984-ben az Iowa Állami Egyetem, az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának Ames Laboratóriuma és a Haditengerészet Felszíni Fegyverek Kutatóközpontja (ahonnan a később megalakult Edge Technology Corporation (ET REMA) fő személyzete származott) együttműködtek egy új ritka kifejlesztésében. föld intelligens anyag, nevezetesen terbium-diszprozium ferromágneses magnetostrikciós anyag. Ez az új intelligens anyag kiváló tulajdonságokkal rendelkezik az elektromos energia gyors mechanikai energiává alakítására. Az ebből az óriási magnetostrikciós anyagból készült víz alatti és elektroakusztikus jelátalakítókat sikeresen konfigurálták a haditengerészeti berendezésekben, az olajkutak érzékelő hangszóróiban, a zaj- és rezgésszabályozó rendszerekben, valamint az óceánkutatási és földalatti kommunikációs rendszerekben. Ezért amint megszületett a terbium dysprosium vas óriás magnetostrikciós anyag, széleskörű figyelmet kapott a világ iparosodott országaiban. Az Edge Technologies az Egyesült Államokban 1989-ben kezdett terbium-disprosium vas óriás magnetosztriktív anyagokat gyártani, és Terfenol D-nek nevezték el őket. Ezt követően Svédország, Japán, Oroszország, az Egyesült Királyság és Ausztrália is kifejlesztett terbium-dysprosium vas óriás magnetosztriktív anyagokat.
Ennek az anyagnak az egyesült államokbeli fejlesztésének történetéből az anyag feltalálása és korai monopolisztikus alkalmazása egyaránt közvetlenül kapcsolódik a hadiiparhoz (például a haditengerészethez). Bár Kína katonai és védelmi osztályai fokozatosan erősítik az anyag megértését. Kína átfogó nemzeti erejének jelentős növekedésével azonban minden bizonnyal nagyon sürgető lesz a 21. századi katonai versenystratégia megvalósítása és a felszerelés szintjének javítása iránti igény. Ezért történelmi szükségszerűség lesz a terbium-dysprosium vas óriás magnetosztriktív anyagok katonai és honvédelmi osztályok általi széles körű alkalmazása.
Röviden, a számos kiváló tulajdonságaterbiumszámos funkcionális anyag nélkülözhetetlen tagjává és néhány alkalmazási területen pótolhatatlan pozícióvá teszi. A terbium magas ára miatt azonban az emberek azt tanulmányozták, hogyan lehet elkerülni és minimalizálni a terbium használatát a termelési költségek csökkentése érdekében. Például a ritkaföldfém-magneto-optikai anyagoknak a lehető legnagyobb mértékben alacsony költségű diszprózium-vas-kobaltot vagy gadolínium-terbium-kobaltot is kell használniuk; Próbálja meg csökkenteni a felhasználandó zöld fluoreszcens por terbiumtartalmát. Az ár a terbium széles körű felhasználását korlátozó fontos tényezővé vált. De sok funkcionális anyag nem nélkülözheti, ezért ragaszkodnunk kell a "jó acél használata a pengéhez" elvéhez, és a lehető legnagyobb mértékben meg kell menteni a terbium felhasználását.
Feladás időpontja: 2023.07.07