Հազվագյուտ հողային ռազմական նյութեր - հազվագյուտ հողային տերբիում

Հազվագյուտ հողային տարրերդրանք անփոխարինելի են այնպիսի բարձր տեխնոլոգիաների զարգացման համար, ինչպիսիք են նոր էներգիան և նյութերը, և ունեն լայն կիրառական արժեք այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են օդատիեզերքը, ազգային պաշտպանությունը և ռազմական արդյունաբերությունը: Ժամանակակից պատերազմի արդյունքները ցույց են տալիս, որ ռազմի դաշտում գերիշխում են հազվագյուտ հողային զենքերը, հազվագյուտ երկրային տեխնոլոգիական առավելությունները ներկայացնում են ռազմական տեխնոլոգիական առավելություններ, և ռեսուրսների առկայությունը երաշխավորված է։ Հետևաբար, հազվագյուտ հողերը նույնպես դարձել են ռազմավարական ռեսուրսներ, որոնց համար մրցում են աշխարհի խոշոր տնտեսությունները, և հիմնական հումքի ռազմավարությունները, ինչպիսիք են հազվագյուտ հողերը, հաճախ վերածվում են ազգային ռազմավարությունների: Եվրոպան, Ճապոնիան, Միացյալ Նահանգները և այլ երկրներ և տարածաշրջաններ ավելի մեծ ուշադրություն են դարձնում հիմնական նյութերին, ինչպիսիք են հազվագյուտ հողերը: 2008 թվականին հազվագյուտ հողային նյութերը Միացյալ Նահանգների Էներգետիկայի դեպարտամենտի կողմից թվարկվեցին որպես «հիմնական նյութերի ռազմավարություն». 2010 թվականի սկզբին Եվրամիությունը հայտարարեց հազվագյուտ հողերի ռազմավարական պաշարի ստեղծման մասին. 2007 թվականին Ճապոնիայի կրթության, մշակույթի, գիտության և տեխնոլոգիաների նախարարությունը, ինչպես նաև էկոնոմիկայի, արդյունաբերության և տեխնոլոգիաների նախարարությունը արդեն առաջարկել էին «Էլեմենտների ռազմավարության պլանը» և «Հազվագյուտ մետաղների այլընտրանքային նյութեր» պլանը։ Նրանք շարունակական միջոցներ և քաղաքականություն են ձեռնարկել ռեսուրսների պաշարների, տեխնոլոգիական առաջընթացի, ռեսուրսների ձեռքբերման և այլընտրանքային նյութերի որոնման ուղղությամբ։ Այս հոդվածից սկսած՝ խմբագիրը մանրամասն կներկայացնի այս հազվագյուտ երկրային տարրերի պատմական զարգացման կարևոր և նույնիսկ անփոխարինելի առաքելությունները և դերերը։

Տերբիում պատկանում է ծանր հազվագյուտ հողերի կատեգորիային, Երկրի ընդերքում ցածր առատությամբ՝ ընդամենը 1,1 պրոմիլ/րոպե։Տերբիումի օքսիդկազմում է հազվագյուտ հողերի ընդհանուր քանակի 0,01%-ից պակասը: Նույնիսկ բարձր իտրիումի իոնային տիպի ծանր հազվագյուտ հողային հանքաքարում՝ տերբիումի ամենաբարձր պարունակությամբ, տերբիումի պարունակությունը կազմում է ընդհանուր հազվագյուտ հողի միայն 1,1-1,2%-ը, ինչը ցույց է տալիս, որ այն պատկանում է հազվագյուտ հողային տարրերի «ազնիվ» կատեգորիային: Տերբիումը արծաթագույն մոխրագույն մետաղ է՝ ճկունությամբ և համեմատաբար փափուկ հյուսվածքով, որը կարելի է կտրել դանակով. Հալման կետ 1360 ℃, եռման կետ 3123 ℃, խտություն 8229 4 կգ/մ3։ 1843 թվականին տերբիումի հայտնաբերումից ի վեր ավելի քան 100 տարի, դրա սակավությունն ու արժեքը երկար ժամանակ խոչընդոտել են դրա գործնական կիրառմանը: Միայն վերջին 30 տարում է, որ տերբիումը ցույց է տվել իր յուրահատուկ տաղանդը:

Տերբիումի հայտնաբերումը

Նույն ժամանակահատվածում, երբլանթանհայտնաբերվել է, Շվեդիայի Կարլ Մոսանդերը վերլուծել է ի սկզբանե հայտնաբերվածըիտրիումև հրապարակեց զեկույց 1842 թվականին, պարզաբանելով, որ ի սկզբանե հայտնաբերված իտրիումային երկիրը մեկ տարրային օքսիդ չէր, այլ երեք տարրերի օքսիդ: 1843 թվականին Մոսանդերը հայտնաբերեց տերբիում տարրը իտտրիումային երկրի վերաբերյալ իր հետազոտությունների միջոցով։ Նա դեռևս նրանցից մեկին անվանեց իտրիում երկիր և նրանցից մեկինէրբիումի օքսիդ. Միայն 1877 թվականին այն պաշտոնապես ստացավ տերբիում անունը՝ Tb տարրի խորհրդանիշով։ Նրա անվանումը գալիս է նույն աղբյուրից, ինչ իտրիումը, որը ծագել է Շվեդիայի Ստոկհոլմի մոտ գտնվող Իտերբի գյուղից, որտեղ առաջին անգամ հայտնաբերվել է իտրիումի հանքաքար։ Տերբիումի և երկու այլ տարրերի՝ լանթանի և էրբիումի հայտնաբերումը հազվագյուտ հողային տարրերի հայտնաբերման երկրորդ դուռը բացեց՝ նշանավորելով դրանց հայտնաբերման երկրորդ փուլը։ Այն առաջին անգամ մաքրվել է Գ.Ուրբանի կողմից 1905թ.

Մոսանդեր

Տերբիումի կիրառում

-ի դիմումըտերբիումհիմնականում ներառում է բարձր տեխնոլոգիական ոլորտներ, որոնք տեխնոլոգիական և գիտելիքի ինտենսիվ առաջադեմ նախագծեր են, ինչպես նաև զգալի տնտեսական օգուտներ ունեցող, զարգացման գրավիչ հեռանկարներով նախագծեր: Կիրառման հիմնական ոլորտները ներառում են. (1) օգտագործվում են խառը հազվագյուտ հողերի տեսքով: Օրինակ, այն օգտագործվում է որպես հազվագյուտ հողերի բարդ պարարտանյութ և կերային հավելում գյուղատնտեսության համար: (2) Ակտիվատոր կանաչ փոշու համար երեք հիմնական լյումինեսցենտային փոշիներում: Ժամանակակից օպտոէլեկտրոնային նյութերը պահանջում են ֆոսֆորի երեք հիմնական գույների օգտագործում՝ կարմիր, կանաչ և կապույտ, որոնք կարող են օգտագործվել տարբեր գույների սինթեզման համար: Իսկ տերբիումը շատ բարձրորակ կանաչ լյումինեսցենտային փոշիների անփոխարինելի բաղադրիչ է: (3) Օգտագործվում է որպես մագնիսական օպտիկական պահեստավորման նյութ: Ամորֆ մետաղի տերբիումի անցումային մետաղի համաձուլվածքի բարակ թաղանթները օգտագործվել են բարձր արդյունավետությամբ մագնիսական օպտիկական սկավառակների արտադրության համար: (4) Մագնիսական օպտիկական ապակիների արտադրություն: Տերբիում պարունակող Faraday պտտվող ապակին առանցքային նյութ է լազերային տեխնոլոգիայի պտտիչների, մեկուսիչների և շրջանառու սարքերի արտադրության համար: (5) Terbium dysprosium ferromagnetostrictive համաձուլվածքի (TerFenol) մշակումն ու զարգացումը բացել են տերբիումի նոր կիրառություններ:

 Գյուղատնտեսության և անասնաբուծության համար

Հազվագյուտ հողային տերբիումկարող է բարելավել մշակաբույսերի որակը և բարձրացնել ֆոտոսինթեզի արագությունը որոշակի կոնցենտրացիայի սահմաններում: Տերբիումի համալիրներն ունեն բարձր կենսաբանական ակտիվություն, իսկ տերբիումի եռյակային համալիրները՝ Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, լավ հակաբակտերիալ և բակտերիալ ազդեցություն ունեն Staphylococcus aureus-ի, Bacillus subtilis-ի և Escherichia coli-ի վրա՝ հակաբակտերիալ լայն սպեկտրով: հատկությունները. Այս համալիրների ուսումնասիրությունը նոր հետազոտական ​​ուղղություն է տալիս ժամանակակից մանրէասպան դեղամիջոցների համար։

Օգտագործվում է լյումինեսցենցիայի ոլորտում

Ժամանակակից օպտոէլեկտրոնային նյութերը պահանջում են ֆոսֆորի երեք հիմնական գույների օգտագործում՝ կարմիր, կանաչ և կապույտ, որոնք կարող են օգտագործվել տարբեր գույների սինթեզման համար: Իսկ տերբիումը շատ բարձրորակ կանաչ լյումինեսցենտային փոշիների անփոխարինելի բաղադրիչ է: Եթե ​​հազվագյուտ հողային գույնի հեռուստացույցի կարմիր լյումինեսցենտային փոշու ծնունդը խթանել է իտրիումի և եվրոպիումի պահանջարկը, ապա տերբիումի կիրառումն ու զարգացումը նպաստել են լամպերի համար հազվագյուտ հողի երեք հիմնական գույնի կանաչ լյումինեսցենտ փոշին: 1980-ականների սկզբին Philips-ը հայտնագործեց աշխարհում առաջին կոմպակտ էներգախնայող լյումինեսցենտ լամպը և արագ տարածեց այն ամբողջ աշխարհում: Tb3+ իոնները կարող են արձակել 545 նմ ալիքի երկարությամբ կանաչ լույս, և գրեթե բոլոր հազվագյուտ հողային կանաչ լյումինեսցենտ փոշիները օգտագործում են տերբիումը որպես ակտիվացնող:

Կանաչ լյումինեսցենտ փոշին, որն օգտագործվում է գունավոր հեռուստացույցի կաթոդային ճառագայթների խողովակների համար (CRTs) միշտ հիմնականում հիմնված է եղել էժան և արդյունավետ ցինկի սուլֆիդի վրա, սակայն տերբիումի փոշին միշտ օգտագործվել է որպես պրոյեկցիոն գունավոր հեռուստացույցի կանաչ փոշի, ինչպիսին է Y2SiO5: Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12՝ Tb3+, իսկ LaOBr՝ Tb3+։ Մեծ էկրանով բարձր հստակությամբ հեռուստացույցի (HDTV) մշակման հետ մեկտեղ մշակվում են նաև բարձր արդյունավետության կանաչ լյումինեսցենտ փոշիներ CRT-ների համար: Օրինակ՝ արտերկրում ստեղծվել է հիբրիդային կանաչ լյումինեսցենտ փոշի՝ բաղկացած Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+ և Y2SiO5: Tb3+, որոնք ունեն լյումինեսցենտային գերազանց արդյունավետություն հոսանքի բարձր խտության դեպքում:

Ավանդական ռենտգենյան լյումինեսցենտ փոշին կալցիումի վոլֆրամ է: 1970-ականներին և 1980-ականներին ստեղծվեցին հազվագյուտ հողային լյումինեսցենտային փոշիներ՝ զգայունացնող էկրանների համար, ինչպիսիք են տերբիումով ակտիվացված լանթանի սուլֆիդի օքսիդը, տերբիում ակտիվացված լանթանի բրոմիդի օքսիդը (կանաչ էկրանների համար) և տերբիում ակտիվացված իտրիումի սուլֆիդի օքսիդը: Կալցիումի վոլֆրամի համեմատությամբ՝ հազվագյուտ հողային լյումինեսցենտ փոշին կարող է նվազեցնել ռենտգենյան ճառագայթման ժամանակը հիվանդների մոտ 80%-ով, բարելավել ռենտգեն ֆիլմերի լուծումը, երկարացնել ռենտգենյան խողովակների կյանքի տևողությունը և նվազեցնել էներգիայի սպառումը: Terbium-ը նաև օգտագործվում է որպես լյումինեսցենտային փոշի ակտիվացնող բժշկական ռենտգենային էկրանների համար, ինչը կարող է զգալիորեն բարելավել ռենտգենյան ճառագայթների վերափոխման զգայունությունը օպտիկական պատկերների, բարելավել ռենտգեն ֆիլմերի հստակությունը և զգալիորեն նվազեցնել ռենտգենյան ճառագայթման դոզան: ճառագայթները մարդու մարմնին (ավելի քան 50%):

Տերբիումօգտագործվում է նաև որպես ակտիվացուցիչ սպիտակ LED ֆոսֆորի մեջ, որը գրգռված է կապույտ լույսով նոր կիսահաղորդչային լուսավորության համար: Այն կարող է օգտագործվել տերբիումի ալյումինի մագնիսական օպտիկական բյուրեղային ֆոսֆորներ արտադրելու համար՝ օգտագործելով կապույտ լույս արտանետող դիոդներ՝ որպես գրգռման լույսի աղբյուրներ, և առաջացած ֆլուորեսցենտը խառնվում է գրգռման լույսի հետ՝ մաքուր սպիտակ լույս արտադրելու համար:

Տերբիումից պատրաստված էլեկտրալյումինեսցենտ նյութերը հիմնականում ներառում են ցինկի սուլֆիդի կանաչ լյումինեսցենտ փոշի՝ որպես ակտիվացնող տերբիում: Ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման ներքո տերբիումի օրգանական համալիրները կարող են արձակել ուժեղ կանաչ ֆլյուորեսցենտ և կարող են օգտագործվել որպես բարակ թաղանթով էլեկտրալյումինեսցենտ նյութեր: Թեև զգալի առաջընթաց է գրանցվել հազվագյուտ հողերի օրգանական բարդ էլեկտրալյումինեսցենտ բարակ թաղանթների ուսումնասիրության մեջ, այնուամենայնիվ, գործնականությունից որոշակի բաց կա, և հազվագյուտ հողային օրգանական բարդ էլեկտրալյումինեսցենտ բարակ թաղանթների և սարքերի վերաբերյալ հետազոտությունը դեռ խորանում է:

Տերբիումի ֆլյուորեսցենտային բնութագրերը նույնպես օգտագործվում են որպես լյումինեսցենտային զոնդեր։ Օֆլոքասին տերբիումի (Tb3+) կոմպլեքսի և դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթվի (ԴՆԹ) փոխազդեցությունը ուսումնասիրվել է ֆլյուորեսցենտային և կլանման սպեկտրների միջոցով, ինչպիսին է օֆլոքասին տերբիումի (Tb3+) ֆլուորեսցենտային զոնդը: Արդյունքները ցույց են տվել, որ ofloxacin Tb3+ զոնդը կարող է ձևավորել ակոս, որը կապվում է ԴՆԹ-ի մոլեկուլների հետ, իսկ դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթուն կարող է զգալիորեն բարձրացնել ofloxacin Tb3+ համակարգի ֆլյուորեսցենտությունը: Այս փոփոխության հիման վրա կարելի է որոշել դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթուն։

Մագնիսական օպտիկական նյութերի համար

Ֆարադեյի էֆեկտով նյութերը, որոնք հայտնի են նաև որպես մագնիս-օպտիկական նյութեր, լայնորեն օգտագործվում են լազերներում և այլ օպտիկական սարքերում։ Գոյություն ունեն մագնիսական օպտիկական նյութերի երկու ընդհանուր տեսակ՝ մագնիսական օպտիկական բյուրեղներ և մագնիսական օպտիկական ապակիներ: Դրանցից մագնիս-օպտիկական բյուրեղները (ինչպիսիք են իտրիումի երկաթի նռնաքարը և տերբիումի գալիումի նռնաքարը) ունեն կարգավորելի աշխատանքային հաճախականության և բարձր ջերմային կայունության առավելություններ, սակայն դրանք թանկ են և դժվար է արտադրել: Բացի այդ, շատ մագնիս-օպտիկական բյուրեղներ, որոնք ունեն Ֆարադեյի պտտման բարձր անկյուններ, ունեն բարձր կլանում կարճ ալիքի միջակայքում, ինչը սահմանափակում է դրանց օգտագործումը: Մագնիսական օպտիկական բյուրեղների համեմատությամբ՝ մագնիսական օպտիկական ապակին ունի բարձր հաղորդունակության առավելություն և հեշտ է վերածվել խոշոր բլոկների կամ մանրաթելերի: Ներկայումս մագնիս-օպտիկական ակնոցները բարձր Ֆարադայ էֆեկտով հիմնականում հազվագյուտ հողային իոնային ակնոցներ են:

Օգտագործվում է մագնիսական օպտիկական պահեստավորման նյութերի համար

Վերջին տարիներին, մուլտիմեդիա և գրասենյակային ավտոմատացման արագ զարգացման հետ մեկտեղ, մեծանում է նոր մեծ հզորությամբ մագնիսական սկավառակների պահանջարկը: Ամորֆ մետաղի տերբիումի անցումային մետաղի համաձուլվածքի բարակ թաղանթները օգտագործվել են բարձր արդյունավետությամբ մագնիսական օպտիկական սկավառակների արտադրության համար: Դրանց թվում լավագույն կատարումն ունի TbFeCo խառնուրդի բարակ թաղանթը: Մեծ մասշտաբով արտադրվել են տերբիումի վրա հիմնված մագնիս-օպտիկական նյութեր, որոնցից պատրաստված մագնիս-օպտիկական սկավառակներն օգտագործվում են որպես համակարգչային պահեստավորման բաղադրիչներ՝ 10-15 անգամ ավելացած պահեստային հզորությամբ։ Նրանք ունեն մեծ հզորության և արագ մուտքի արագության առավելությունները, և կարող են սրբվել և ծածկվել տասնյակ հազարավոր անգամներ, երբ օգտագործվում են բարձր խտության օպտիկական սկավառակների համար: Դրանք կարևոր նյութեր են տեղեկատվության պահպանման էլեկտրոնային տեխնոլոգիայի մեջ: Տեսանելի և մերձ ինֆրակարմիր շերտերում առավել հաճախ օգտագործվող մագնիսական օպտիկական նյութը Terbium Gallium Garnet (TGG) միաբյուրեղն է, որը լավագույն մագնիս-օպտիկական նյութն է Faraday-ի պտույտներ և մեկուսիչներ պատրաստելու համար:

Մագնիսական օպտիկական ապակու համար

Faraday մագնիսական օպտիկական ապակին ունի լավ թափանցիկություն և իզոտրոպիա տեսանելի և ինֆրակարմիր շրջաններում և կարող է ձևավորել տարբեր բարդ ձևեր: Հեշտ է արտադրել մեծ չափի արտադրանք և կարող է ներծծվել օպտիկական մանրաթելերի մեջ: Հետևաբար, այն լայն կիրառման հեռանկարներ ունի մագնիսական օպտիկական սարքերում, ինչպիսիք են մագնիսական օպտիկական մեկուսիչները, մագնիտոօպտիկական մոդուլյատորները և օպտիկամանրաթելային հոսանքի սենսորները: Շնորհիվ իր մեծ մագնիսական պահի և տեսանելի և ինֆրակարմիր տիրույթում կլանման փոքր գործակցի՝ Tb3+իոնները դարձել են սովորաբար օգտագործվող հազվագյուտ հողային իոններ մագնիսական օպտիկական ակնոցներում:

Terbium dysprosium ferromagnetostrictive խառնուրդ

20-րդ դարի վերջին, համաշխարհային տեխնոլոգիական հեղափոխության շարունակական խորացման հետ մեկտեղ, հազվագյուտ հողի կիրառման նոր նյութեր արագորեն ի հայտ եկան։ 1984 թվականին Այովա նահանգի համալսարանը, ԱՄՆ Էներգետիկայի դեպարտամենտի Էյմս լաբորատորիան և ԱՄՆ ռազմածովային ուժերի մակերևութային զենքերի հետազոտական ​​կենտրոնը (որից եկել են ավելի ուշ ստեղծված Edge Technology Corporation-ի (ET REMA) հիմնական անձնակազմը) համագործակցել են՝ ստեղծելու նոր հազվագյուտ Երկիր խելացի նյութ, այն է՝ տերբիումի դիսպրոզիում ֆերոմագնիսական մագնիսական նեղացնող նյութ։ Այս նոր խելացի նյութն ունի էլեկտրական էներգիան մեխանիկական էներգիայի արագ փոխակերպելու գերազանց բնութագրեր: Այս հսկա մագնիսական սեղմող նյութից պատրաստված ստորջրյա և էլեկտրաակուստիկ փոխարկիչները հաջողությամբ կարգավորվել են ռազմածովային սարքավորումներում, նավթահորերի հայտնաբերման բարձրախոսներում, աղմուկի և թրթռումների կառավարման համակարգերում, օվկիանոսի հետախուզման և ստորգետնյա հաղորդակցության համակարգերում: Հետևաբար, հենց որ ծնվեց տերբիումի դիսպրոզիումի երկաթի հսկա մագնիսական նեղացնող նյութը, այն լայն ուշադրություն դարձրեց աշխարհի արդյունաբերական զարգացած երկրների կողմից: Edge Technologies-ը Միացյալ Նահանգներում սկսեց արտադրել տերբիում դիսպրոզիումի երկաթի հսկա մագնիսական նեղացնող նյութեր 1989 թվականին և դրանք անվանեց Terfenol D: Հետագայում Շվեդիան, Ճապոնիան, Ռուսաստանը, Միացյալ Թագավորությունը և Ավստրալիան նաև մշակեցին տերբիում դիսպրոզիումի երկաթի հսկա մագնիսական նեղացնող նյութեր:

Միացյալ Նահանգներում այս նյութի մշակման պատմությունից և՛ նյութի գյուտը, և՛ դրա վաղ մենաշնորհային կիրառությունները անմիջականորեն կապված են ռազմական արդյունաբերության հետ (օրինակ՝ նավատորմը): Չնայած Չինաստանի ռազմական և պաշտպանական գերատեսչությունները աստիճանաբար ամրապնդում են այս նյութի վերաբերյալ իրենց պատկերացումները: Այնուամենայնիվ, Չինաստանի համապարփակ ազգային հզորության զգալի ընդլայնմամբ, 21-րդ դարի ռազմական մրցակցային ռազմավարության հասնելու և սարքավորումների մակարդակի բարելավման պահանջը միանշանակ շատ հրատապ կլինի: Հետևաբար, ռազմական և ազգային պաշտպանության գերատեսչությունների կողմից տերբիումի դիսպրոզիումի երկաթի հսկա մագնիսական նեղացնող նյութերի համատարած օգտագործումը պատմական անհրաժեշտություն կլինի:

Մի խոսքով, բազմաթիվ գերազանց հատկություններըտերբիումդարձնել այն շատ ֆունկցիոնալ նյութերի անփոխարինելի անդամ և անփոխարինելի դիրք որոշ կիրառական ոլորտներում: Այնուամենայնիվ, տերբիումի բարձր գնի պատճառով մարդիկ ուսումնասիրում էին, թե ինչպես խուսափել և նվազագույնի հասցնել տերբիումի օգտագործումը՝ արտադրության ծախսերը նվազեցնելու համար: Օրինակ, հազվագյուտ հողային մագնիս-օպտիկական նյութերը պետք է օգտագործեն նաև ցածրարժեք դիսպրոզիումի երկաթի կոբալտ կամ գադոլինիում տերբիում կոբալտ, որքան հնարավոր է; Փորձեք նվազեցնել տերբիումի պարունակությունը կանաչ լյումինեսցենտ փոշու մեջ, որը պետք է օգտագործվի: Գինը դարձել է տերբիումի համատարած օգտագործումը սահմանափակող կարևոր գործոն։ Բայց շատ ֆունկցիոնալ նյութեր չեն կարող անել առանց դրա, ուստի մենք պետք է հավատարիմ մնանք «սայրի վրա լավ պողպատ օգտագործելու» սկզբունքին և փորձենք հնարավորինս խնայել տերբիումի օգտագործումը: