希土類元素新エネルギーや新素材などのハイテク開発に不可欠であり、航空宇宙、国防、軍事産業などの分野で幅広い応用価値を持っています。現代戦争の結果は、レアアース兵器が戦場を支配し、レアアース技術の優位性が軍事技術の優位性を表し、資源の保有が保証されていることを示しています。このため、レアアースは世界の主要経済国が争う戦略資源ともなっており、レアアースなどの重要原料戦略が国家戦略にまで及ぶことも少なくない。ヨーロッパ、日本、米国、その他の国や地域は、レアアースなどの主要材料にさらに注目しています。 2008 年に、レアアース材料は米国エネルギー省によって「主要材料戦略」としてリストされました。 2010 年の初めに、欧州連合はレアアースの戦略的埋蔵量の設立を発表しました。すでに2007年に文部科学省と経済産業省が「元素戦略計画」と「レアメタル代替材料計画」を提案していた。彼らは、資源の埋蔵、技術の進歩、資源の獲得、代替材料の探索において継続的な対策と政策を講じてきました。この記事から、編集者は、これらのレアアース元素の重要かつ不可欠な開発の歴史的使命と役割を詳しく紹介します。
テルビウム 重希土類のカテゴリーに属し、地球の地殻中に存在する量はわずか 1.1 ppm です。酸化テルビウムレアアース全体に占める割合は0.01%未満です。テルビウムの含有量が最も多い高イットリウムイオン型重レアアース鉱石でも、テルビウムの含有量はレアアース全体の1.1～1.2％に過ぎず、レアアース元素の中では「貴金属」に属します。テルビウムは銀灰色の金属で、延性と比較的柔らかい質感を備えており、ナイフで切り開くことができます。融点1360℃、沸点3123℃、密度8229 4kg/m3。 1843年にテルビウムが発見されて以来、100年以上にわたり、その希少性と価値のため、長らく実用化が妨げられてきました。テルビウムがその独特の才能を発揮したのは、わずか過去 30 年間のことです。
テルビウムの発見
同じ時期に、ランタンが発見されたとき、スウェーデンのカール G. モサンダーは最初に発見されたものを分析しました。イットリウムそして1842年に報告書を発表し、最初に発見されたイットリウム土は単一元素の酸化物ではなく、3つの元素の酸化物であることを明らかにした。 1843 年、モッサンダーはイットリウム土の研究を通じて元素テルビウムを発見しました。彼はまだそれらのうちの1つをイットリウムアースと名付け、そのうちの1つをイットリウムアースと名付けました酸化エルビウム。 1877 年になって初めて、元素記号 Tb を付けてテルビウムと正式に命名されました。その名前はイットリウムと同じ起源に由来しており、イットリウム鉱石が最初に発見されたスウェーデンのストックホルム近くのイッテルビー村に由来しています。テルビウムと他の 2 つの元素、ランタンとエルビウムの発見は、希土類元素の発見への第 2 の扉を開き、発見の第 2 段階を示しました。 1905 年に G. Urban によって初めて精製されました。
モサンダー
テルビウムの応用
の応用テルビウムそのほとんどは、技術集約的かつ知識集約的な最先端のプロジェクトであるハイテク分野と、大きな経済的利益をもたらし、魅力的な開発の見通しを備えたプロジェクトに関係しています。主な応用分野は次のとおりです。 (1) 混合希土類の形で利用されます。例えば、農業用のレアアース配合肥料や飼料添加物として使用されています。 (2) 3 つの主要な蛍光粉末の緑色粉末の活性剤。最新のオプトエレクトロニクス材料では、さまざまな色を合成するために使用できる 3 つの基本色の蛍光体、つまり赤、緑、青の使用が必要です。そしてテルビウムは、多くの高品質の緑色蛍光粉末に不可欠な成分です。 (3) 光磁気記憶材料として使用されます。アモルファス金属テルビウム遷移金属合金薄膜は、高性能光磁気ディスクの製造に使用されてきました。 (4) 磁気光学ガラスの製造。テルビウムを含むファラデー回転ガラスは、レーザー技術における回転子、アイソレータ、サーキュレータを製造するための重要な材料です。 (5) テルビウム・ジスプロシウム強磁歪合金（TerFenol）の開発・開発により、テルビウムの新たな用途が開拓されました。
農業および畜産用
希土類テルビウム特定の濃度範囲内で作物の品質を向上させ、光合成速度を高めることができます。テルビウムの複合体は高い生物活性を持ち、テルビウムの三成分複合体であるTb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2Oは、黄色ブドウ球菌、枯草菌、大腸菌に対して優れた抗菌効果と殺菌効果を持ち、広範囲の抗菌作用を持ちます。プロパティ。これらの複合体の研究は、現代の殺菌剤に新しい研究の方向性をもたらします。
発光分野で使用される
最新のオプトエレクトロニクス材料では、さまざまな色を合成するために使用できる 3 つの基本色の蛍光体、つまり赤、緑、青の使用が必要です。そしてテルビウムは、多くの高品質の緑色蛍光粉末に不可欠な成分です。レアアースカラーのテレビ用赤色蛍光粉の誕生がイットリウムやユーロピウムの需要を刺激したとすれば、テルビウムのランプ用レアアース三原色緑色蛍光粉の応用開発が促進された。 1980 年代初頭、フィリップスは世界初の小型省エネ蛍光灯を発明し、すぐに世界中に広めました。 Tb3+ イオンは波長 545nm の緑色光を放射でき、ほとんどすべての希土類緑色蛍光粉末は活性化剤としてテルビウムを使用しています。
カラー テレビの陰極線管 (CRT) に使用される緑色蛍光粉末は、主に安価で効率的な硫化亜鉛をベースとしていますが、プロジェクション カラー テレビの緑色粉末としては常にテルビウム粉末が使用されてきました。たとえば、Y2SiO5: Tb3+、Y3 (Al、 Ga) 5O12: Tb3+、LaOBr: Tb3+。大画面高精細テレビ (HDTV) の発展に伴い、CRT 用の高性能緑色蛍光粉末も開発されています。例えば、海外では、Y3(Al,Ga)5O12:Tb3+、LaOCl:Tb3+、Y2SiO5:Tb3+からなるハイブリッド緑色蛍光粉末が開発されており、高電流密度での発光効率に優れている。
従来の X 線蛍光粉末はタングステン酸カルシウムです。 1970 年代および 1980 年代には、テルビウム賦活硫化酸化ランタン、テルビウム賦活臭化酸化ランタン (グリーン スクリーン用)、テルビウム賦活硫化酸化イットリウムなどの増感スクリーン用希土類蛍光粉末が開発されました。タングステン酸カルシウムと比較して、希土類蛍光粉末は患者の X 線照射時間を 80% 短縮し、X 線フィルムの解像度を向上させ、X 線管の寿命を延ばし、エネルギー消費を削減します。テルビウムは、医療用 X 線増強スクリーンの蛍光粉末活性化剤としても使用されており、これにより X 線の光学画像への変換感度が大幅に向上し、X 線フィルムの鮮明度が向上し、X 線の被曝線量を大幅に低減できます。人体への放射線の影響（50％以上）。
テルビウム新しい半導体照明用の青色光で励起される白色 LED 蛍光体の活性化剤としても使用されます。青色発光ダイオードを励起光源として使用し、テルビウムアルミニウム磁気光学結晶蛍光体の製造に使用でき、生成された蛍光が励起光と混合されて純白色光が生成されます。
テルビウムから作られるエレクトロルミネセンス材料には、主に活性剤としてテルビウムを含む硫化亜鉛緑色蛍光粉末が含まれます。紫外線照射下で、テルビウムの有機錯体は強い緑色の蛍光を発することができ、薄膜エレクトロルミネセンス材料として使用できます。希土類有機錯体エレクトロルミネッセンス薄膜の研究は大きく進んでいますが、実用化にはまだ一定のギャップがあり、希土類有機錯体エレクトロルミネッセンス薄膜およびデバイスの研究はまだ深まっていません。
テルビウムの蛍光特性は蛍光プローブとしても使用されます。オフロキサシン テルビウム (Tb3+) 複合体とデオキシリボ核酸 (DNA) の間の相互作用は、オフロキサシン テルビウム (Tb3+) の蛍光プローブなどの蛍光および吸収スペクトルを使用して研究されました。結果は、オフロキサシン Tb3+ プローブが DNA 分子と結合して溝を形成することができ、デオキシリボ核酸がオフロキサシン Tb3+ システムの蛍光を大幅に増強できることを示しました。この変化に基づいてデオキシリボ核酸を決定することができます。
磁気光学材料用
ファラデー効果を有する材料は磁気光学材料としても知られ、レーザーやその他の光学デバイスに広く使用されています。磁気光学材料には、磁気光学結晶と磁気光学ガラスの 2 つの一般的なタイプがあります。中でも、磁気光学結晶（イットリウム鉄ガーネットやテルビウムガリウムガーネットなど）は、動作周波数が調整可能で熱安定性が高いという利点がありますが、高価で製造が困難です。さらに、ファラデー回転角が大きい磁気光学結晶の多くは短波長領域での吸収が大きいため、その使用が制限されます。磁気光学ガラスは、磁気光学結晶に比べて透過率が高く、大きなブロックやファイバーにしやすいという利点があります。現在、高いファラデー効果を有する磁気光学ガラスは、主に希土類イオンをドープしたガラスである。
光磁気記録材料に使用される
近年、マルチメディアやOAの急速な発展に伴い、新たな大容量磁気ディスクの需要が高まっています。アモルファス金属テルビウム遷移金属合金薄膜は、高性能光磁気ディスクの製造に使用されてきました。その中でもTbFeCo合金薄膜が最も優れた性能を持っています。テルビウムベースの光磁気材料は大規模に生産されており、それから作られた光磁気ディスクはコンピュータの記憶装置コンポーネントとして使用され、記憶容量は 10 ～ 15 倍に増加します。大容量でアクセス速度が速いという利点があり、高密度光ディスクに使用すると数万回のワイピングやコーティングが可能です。これらは電子情報記憶技術における重要な材料です。可視および近赤外帯域で最も一般的に使用される磁気光学材料はテルビウム ガリウム ガーネット (TGG) 単結晶で、ファラデー回転子およびアイソレータの製造に最適な磁気光学材料です。
磁気光学ガラス用
ファラデー磁気光学ガラスは、可視領域および赤外領域において良好な透明性と等方性を有しており、さまざまな複雑な形状を形成することができます。大型製品の製造が容易であり、光ファイバーへの線引きも可能です。したがって、光磁気アイソレータ、光磁気変調器、光ファイバ電流センサーなどの光磁気デバイスへの幅広い応用の可能性があります。 Tb3+ イオンは、磁気モーメントが大きく、可視および赤外領域での吸収係数が小さいため、磁気光学ガラスで一般的に使用される希土類イオンとなっています。
テルビウム・ジスプロシウム強磁歪合金
20 世紀末、世界的な技術革命の継続的な深化に伴い、新しいレアアース応用材料が急速に登場しました。 1984 年、アイオワ州立大学、米国エネルギー省のエイムズ研究所、および米国海軍水上兵器研究センター (後に設立されたエッジ テクノロジー コーポレーション (ET REMA) の主要な人材はそこから来ています) が協力して、新しいレアな兵器を開発しました。地球インテリジェント材料、すなわちテルビウム ジスプロシウム強磁性磁歪材料。この新しいインテリジェント材料は、電気エネルギーを機械エネルギーに素早く変換する優れた特性を持っています。この巨大な磁歪材料で作られた水中および電気音響トランスデューサは、海軍機器、油井検出スピーカー、騒音および振動制御システム、海洋探査および地下通信システムでうまく構成されています。そのため、テルビウム・ジスプロシウム鉄巨大磁歪材料は誕生するやいなや、世界中の先進国から大きな注目を集めました。米国の Edge Technologies は 1989 年にテルビウム ジスプロシウム鉄巨大磁歪材料の生産を開始し、これを Terfenol D と名付けました。その後、スウェーデン、日本、ロシア、英国、オーストラリアもテルビウム ジスプロシウム鉄巨大磁歪材料を開発しました。
米国におけるこの材料の開発の歴史から、この材料の発明とその初期の独占的用途は両方とも軍事産業（海軍など）に直接関連しています。中国の軍部と国防省はこの資料に対する理解を徐々に強めているが。しかし、中国の総合国力が大幅に向上するにつれ、21世紀の軍事競争戦略の実現と装備レベルの向上が急務となることは間違いない。したがって、軍および国防部門によるテルビウム ジスプロシウム鉄巨大磁歪材料の広範な使用は歴史的必然となるでしょう。
一言で言えば、多くの優れた特性テルビウム多くの機能性材料に不可欠な部材であり、一部の応用分野ではかけがえのない地位を占めています。しかし、テルビウムの価格が高いため、生産コストを削減するためにテルビウムの使用を避け、最小限に抑える方法が研究されてきました。たとえば、希土類磁気光学材料には、できるだけ低コストのジスプロシウム鉄コバルトやガドリニウムテルビウムコバルトを使用する必要があります。使用する必要がある緑色蛍光粉末中のテルビウムの含有量を減らすようにしてください。価格はテルビウムの広範な使用を制限する重要な要因となっています。しかし、多くの機能性材料はテルビウムなしでは成り立ちません。そのため、「刃には良質な鋼を使用する」という原則を遵守し、テルビウムの使用を可能な限り節約するように努めなければなりません。
投稿時間: 2023 年 8 月 7 日