Unsur tanah jarangsangat diperlukan untuk pengembangan teknologi tinggi seperti energi dan material baru, dan memiliki nilai penerapan yang luas di bidang-bidang seperti dirgantara, pertahanan nasional, dan industri militer. Hasil peperangan modern menunjukkan bahwa senjata tanah jarang mendominasi medan perang, keunggulan teknologi tanah jarang mewakili keunggulan teknologi militer, dan sumber daya terjamin. Oleh karena itu, logam tanah jarang juga telah menjadi sumber daya strategis yang diperebutkan oleh negara-negara besar di seluruh dunia, dan strategi bahan mentah utama seperti logam tanah jarang sering kali menjadi bagian dari strategi nasional. Eropa, Jepang, Amerika Serikat, dan negara serta wilayah lain lebih memperhatikan material utama seperti tanah jarang. Pada tahun 2008, material tanah jarang terdaftar sebagai "strategi material utama" oleh Departemen Energi Amerika Serikat; Pada awal tahun 2010, Uni Eropa mengumumkan pembentukan cadangan strategis tanah jarang; Pada tahun 2007, Kementerian Pendidikan, Kebudayaan, Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Jepang, serta Kementerian Ekonomi, Industri dan Teknologi, telah mengusulkan "Rencana Strategi Elemen" dan rencana "Bahan Alternatif Logam Langka". Mereka telah mengambil tindakan dan kebijakan berkelanjutan dalam cadangan sumber daya, kemajuan teknologi, perolehan sumber daya, dan pencarian bahan alternatif. Mulai dari artikel ini, redaksi akan memperkenalkan secara rinci misi perkembangan sejarah yang penting dan bahkan sangat diperlukan serta peran unsur tanah jarang tersebut.
Terbium termasuk dalam kategori tanah jarang berat, dengan kelimpahan rendah di kerak bumi hanya 1,1 ppm.Terbium oksidamenyumbang kurang dari 0,01% dari total tanah jarang. Bahkan pada bijih tanah jarang berat jenis ion yttrium tinggi dengan kandungan terbium tertinggi, kandungan terbium hanya menyumbang 1,1-1,2% dari total tanah jarang, yang menunjukkan bahwa ia termasuk dalam kategori unsur tanah jarang yang "mulia". Terbium adalah logam abu-abu keperakan dengan keuletan dan tekstur yang relatif lembut, yang dapat dibelah dengan pisau; Titik lebur 1360 ℃, titik didih 3123 ℃, massa jenis 8229 4kg/m3. Selama lebih dari 100 tahun sejak penemuan terbium pada tahun 1843, kelangkaan dan nilainya telah menghalangi penerapan praktisnya dalam waktu yang lama. Hanya dalam 30 tahun terakhir terbium menunjukkan bakat uniknya.
Penemuan Terbium
Pada periode yang sama ketikalantanumditemukan, Karl G. Mosander dari Swedia menganalisis penemuan pertamayttriumdan menerbitkan laporan pada tahun 1842, mengklarifikasi bahwa bumi yttrium yang pertama kali ditemukan bukanlah unsur oksida tunggal, melainkan oksida dari tiga unsur. Pada tahun 1843, Mossander menemukan unsur terbium melalui penelitiannya pada bumi yttrium. Dia masih menamai salah satunya yttrium earth dan salah satunyaerbium oksida. Baru pada tahun 1877 secara resmi diberi nama terbium, dengan lambang unsur Tb. Penamaannya berasal dari sumber yang sama dengan yttrium, yaitu berasal dari desa Ytterby dekat Stockholm, Swedia, tempat bijih yttrium pertama kali ditemukan. Penemuan terbium dan dua unsur lainnya, lantanum dan erbium, membuka pintu kedua bagi penemuan unsur tanah jarang, menandai tahap kedua penemuannya. Ini pertama kali dimurnikan oleh G. Urban pada tahun 1905.
Mossander
Penerapan terbium
Penerapanterbiumsebagian besar melibatkan bidang teknologi tinggi, yang merupakan proyek-proyek mutakhir yang padat teknologi dan padat pengetahuan, serta proyek-proyek dengan manfaat ekonomi yang signifikan, dengan prospek pengembangan yang menarik. Area penerapan utama meliputi: (1) dimanfaatkan dalam bentuk tanah jarang campuran. Misalnya, digunakan sebagai pupuk majemuk tanah jarang dan bahan tambahan pakan untuk pertanian. (2) Aktivator bubuk hijau dalam tiga bubuk fluoresen primer. Bahan optoelektronik modern memerlukan penggunaan tiga warna dasar fosfor, yaitu merah, hijau, dan biru, yang dapat digunakan untuk mensintesis berbagai warna. Dan terbium merupakan komponen yang sangat diperlukan dalam banyak bubuk fluoresen hijau berkualitas tinggi. (3) Digunakan sebagai bahan penyimpanan optik magneto. Film tipis paduan logam transisi terbium logam amorf telah digunakan untuk memproduksi cakram optik magneto berkinerja tinggi. (4) Pembuatan kaca optik magneto. Kaca putar Faraday yang mengandung terbium merupakan bahan utama untuk pembuatan rotator, isolator, dan sirkulator dalam teknologi laser. (5) Pengembangan dan pengembangan paduan ferromagnetostriktif terbium dysprosium (TerFenol) telah membuka aplikasi baru untuk terbium.
Untuk pertanian dan peternakan
Terbium tanah jarangdapat meningkatkan kualitas tanaman dan meningkatkan laju fotosintesis dalam rentang konsentrasi tertentu. Kompleks terbium memiliki aktivitas biologis yang tinggi, dan kompleks terner terbium, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, memiliki efek antibakteri dan bakterisidal yang baik terhadap Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis, dan Escherichia coli, dengan antibakteri spektrum luas. properti. Studi tentang kompleks ini memberikan arah penelitian baru untuk obat bakterisida modern.
Digunakan di bidang pendaran
Bahan optoelektronik modern memerlukan penggunaan tiga warna dasar fosfor, yaitu merah, hijau, dan biru, yang dapat digunakan untuk mensintesis berbagai warna. Dan terbium merupakan komponen yang sangat diperlukan dalam banyak bubuk fluoresen hijau berkualitas tinggi. Jika kelahiran bubuk fluoresen merah TV berwarna tanah jarang telah merangsang permintaan yttrium dan europium, maka penerapan dan pengembangan terbium telah dipromosikan oleh bubuk fluoresen hijau tiga warna primer tanah jarang untuk lampu. Pada awal tahun 1980-an, Philips menemukan lampu neon hemat energi kompak pertama di dunia dan dengan cepat mempromosikannya secara global. Ion Tb3+ dapat memancarkan cahaya hijau dengan panjang gelombang 545nm, dan hampir semua bubuk fluoresen hijau tanah jarang menggunakan terbium sebagai aktivator.
Bubuk fluoresen hijau yang digunakan untuk tabung sinar katoda TV berwarna (CRT) selalu didasarkan pada seng sulfida yang murah dan efisien, tetapi bubuk terbium selalu digunakan sebagai bubuk hijau TV berwarna proyeksi, seperti Y2SiO5: Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, dan LaOBr: Tb3+. Dengan berkembangnya televisi definisi tinggi (HDTV) layar besar, bubuk fluoresen hijau berkinerja tinggi untuk CRT juga sedang dikembangkan. Misalnya, bubuk fluoresen hijau hibrida telah dikembangkan di luar negeri, terdiri dari Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+, dan Y2SiO5: Tb3+, yang memiliki efisiensi pendaran yang sangat baik pada kepadatan arus yang tinggi.
Bubuk fluoresen sinar-X tradisional adalah kalsium tungstat. Pada tahun 1970-an dan 1980-an, bubuk fluoresen tanah jarang untuk layar sensitisasi dikembangkan, seperti lantanum sulfida oksida terbium yang diaktifkan, lantanum bromida oksida yang diaktifkan terbium (untuk layar hijau), dan yttrium sulfida oksida yang diaktifkan terbium. Dibandingkan dengan kalsium tungstat, bubuk fluoresen tanah jarang dapat mengurangi waktu penyinaran sinar-X bagi pasien hingga 80%, meningkatkan resolusi film sinar-X, memperpanjang umur tabung sinar-X, dan mengurangi konsumsi energi. Terbium juga digunakan sebagai aktivator bubuk fluoresen untuk layar peningkatan sinar-X medis, yang dapat sangat meningkatkan sensitivitas konversi sinar-X menjadi gambar optik, meningkatkan kejernihan film sinar-X, dan sangat mengurangi dosis paparan sinar-X. sinar ke tubuh manusia (lebih dari 50%).
Terbiumjuga digunakan sebagai aktivator dalam fosfor LED putih yang tereksitasi oleh cahaya biru untuk penerangan semikonduktor baru. Ini dapat digunakan untuk menghasilkan fosfor kristal optik magneto aluminium terbium, menggunakan dioda pemancar cahaya biru sebagai sumber cahaya eksitasi, dan fluoresensi yang dihasilkan dicampur dengan cahaya eksitasi untuk menghasilkan cahaya putih murni.
Bahan electroluminescent yang terbuat dari terbium terutama mencakup bubuk fluoresen hijau seng sulfida dengan terbium sebagai aktivator. Di bawah iradiasi ultraviolet, kompleks organik terbium dapat memancarkan fluoresensi hijau yang kuat dan dapat digunakan sebagai bahan elektroluminesen film tipis. Meskipun kemajuan signifikan telah dicapai dalam studi film tipis electroluminescent kompleks organik tanah jarang, masih ada kesenjangan tertentu dari kepraktisan, dan penelitian tentang film tipis dan perangkat electroluminescent kompleks organik tanah jarang masih mendalam.
Karakteristik fluoresensi terbium juga digunakan sebagai probe fluoresensi. Interaksi antara kompleks ofloxacin terbium (Tb3+) dan asam deoksiribonukleat (DNA) dipelajari menggunakan spektrum fluoresensi dan serapan, seperti probe fluoresensi ofloxacin terbium (Tb3+). Hasil penelitian menunjukkan bahwa probe ofloxacin Tb3+ dapat membentuk alur pengikatan dengan molekul DNA, dan asam deoksiribonukleat dapat secara signifikan meningkatkan fluoresensi sistem ofloxacin Tb3+. Berdasarkan perubahan ini, asam deoksiribonukleat dapat ditentukan.
Untuk bahan optik magneto
Bahan dengan efek Faraday, juga dikenal sebagai bahan magneto-optik, banyak digunakan dalam laser dan perangkat optik lainnya. Ada dua jenis bahan optik magneto yang umum: kristal optik magneto dan kaca optik magneto. Diantaranya, kristal magneto-optik (seperti garnet besi yttrium dan terbium gallium garnet) memiliki keunggulan berupa frekuensi pengoperasian yang dapat disesuaikan dan stabilitas termal yang tinggi, tetapi harganya mahal dan sulit diproduksi. Selain itu, banyak kristal magneto-optik dengan sudut rotasi Faraday yang tinggi memiliki daya serap yang tinggi dalam rentang gelombang pendek, sehingga membatasi penggunaannya. Dibandingkan dengan kristal optik magneto, kaca optik magneto memiliki keunggulan transmitansi tinggi dan mudah dibuat menjadi balok atau serat besar. Saat ini, kacamata magneto-optik dengan efek Faraday tinggi sebagian besar merupakan kacamata yang diolah dengan ion tanah jarang.
Digunakan untuk bahan penyimpanan optik magneto
Dalam beberapa tahun terakhir, dengan pesatnya perkembangan multimedia dan otomatisasi kantor, permintaan akan cakram magnetik berkapasitas tinggi yang baru semakin meningkat. Film tipis paduan logam transisi terbium logam amorf telah digunakan untuk memproduksi cakram optik magneto berkinerja tinggi. Diantaranya, film tipis paduan TbFeCo memiliki performa terbaik. Bahan magneto-optik berbasis terbium telah diproduksi dalam skala besar, dan cakram magneto-optik yang terbuat dari bahan tersebut digunakan sebagai komponen penyimpanan komputer, dengan kapasitas penyimpanan meningkat 10-15 kali lipat. Keunggulannya adalah kapasitasnya yang besar dan kecepatan aksesnya yang cepat, serta dapat dihapus dan dilapisi puluhan ribu kali bila digunakan untuk cakram optik berdensitas tinggi. Mereka adalah material penting dalam teknologi penyimpanan informasi elektronik. Bahan magneto-optik yang paling umum digunakan pada pita tampak dan inframerah dekat adalah kristal tunggal Terbium Gallium Garnet (TGG), yang merupakan bahan magneto-optik terbaik untuk membuat rotator dan isolator Faraday.
Untuk kaca optik magneto
Kaca optik magneto Faraday memiliki transparansi dan isotropi yang baik pada daerah tampak dan inframerah, serta dapat membentuk berbagai bentuk kompleks. Sangat mudah untuk menghasilkan produk berukuran besar dan dapat ditarik menjadi serat optik. Oleh karena itu, ia memiliki prospek aplikasi yang luas pada perangkat magneto optik seperti isolator optik magneto, modulator optik magneto, dan sensor arus serat optik. Karena momen magnetnya yang besar dan koefisien serapannya yang kecil dalam rentang sinar tampak dan inframerah, ion Tb3+ telah menjadi ion tanah jarang yang umum digunakan dalam kacamata optik magneto.
Paduan ferromagnetostriktif terbium dysprosium
Pada akhir abad ke-20, seiring dengan semakin mendalamnya revolusi teknologi dunia, bahan-bahan aplikasi tanah jarang baru bermunculan dengan cepat. Pada tahun 1984, Iowa State University, Laboratorium Ames dari Departemen Energi AS, dan Pusat Penelitian Senjata Permukaan Angkatan Laut AS (tempat personel utama Edge Technology Corporation (ET REMA) yang kemudian didirikan berasal) berkolaborasi untuk mengembangkan senjata langka baru. bahan cerdas bumi, yaitu bahan magnetostriktif feromagnetik terbium dysprosium. Material cerdas baru ini memiliki karakteristik luar biasa dalam mengubah energi listrik menjadi energi mekanik dengan cepat. Transduser bawah air dan elektro-akustik yang terbuat dari bahan magnetostriktif raksasa ini telah berhasil dikonfigurasikan pada peralatan angkatan laut, speaker pendeteksi sumur minyak, sistem kendali kebisingan dan getaran, serta sistem eksplorasi laut dan komunikasi bawah tanah. Oleh karena itu, segera setelah bahan magnetostriktif raksasa besi terbium dysprosium lahir, bahan tersebut mendapat perhatian luas dari negara-negara industri di seluruh dunia. Edge Technologies di Amerika Serikat mulai memproduksi bahan magnetostriktif besi raksasa terbium disprosium pada tahun 1989 dan menamakannya Terfenol D. Selanjutnya, Swedia, Jepang, Rusia, Inggris, dan Australia juga mengembangkan bahan magnetostriktif besi raksasa terbium disprosium.
Dari sejarah perkembangan material ini di Amerika Serikat, baik penemuan material maupun penerapan monopoli awalnya berkaitan langsung dengan industri militer (seperti angkatan laut). Meskipun departemen militer dan pertahanan Tiongkok secara bertahap memperkuat pemahaman mereka tentang materi ini. Namun, dengan peningkatan signifikan dalam kekuatan nasional Tiongkok yang komprehensif, tuntutan untuk mencapai strategi persaingan militer abad ke-21 dan meningkatkan tingkat peralatan pasti akan menjadi sangat mendesak. Oleh karena itu, meluasnya penggunaan bahan magnetostriktif besi raksasa terbium dysprosium oleh departemen militer dan pertahanan nasional akan menjadi kebutuhan sejarah.
Singkatnya, banyak khasiat unggulanterbiummenjadikannya anggota yang sangat diperlukan dari banyak material fungsional dan posisi yang tak tergantikan di beberapa bidang aplikasi. Namun karena mahalnya harga terbium, masyarakat telah mempelajari cara menghindari dan meminimalkan penggunaan terbium untuk mengurangi biaya produksi. Misalnya, bahan magneto-optik tanah jarang juga harus menggunakan kobalt besi disprosium berbiaya rendah atau kobalt gadolinium terbium sebanyak mungkin; Usahakan untuk mengurangi kandungan terbium pada bubuk fluorescent hijau yang wajib digunakan. Harga telah menjadi faktor penting yang membatasi penggunaan terbium secara luas. Namun banyak material fungsional tidak dapat hidup tanpanya, jadi kita harus mematuhi prinsip "menggunakan baja yang baik pada bilahnya" dan berusaha menghemat penggunaan terbium sebanyak mungkin.
Waktu posting: 07 Agustus-2023