Retųjų žemių elementaiyra būtini kuriant aukštąsias technologijas, pvz., naują energiją ir medžiagas, ir turi didelę taikymo vertę tokiose srityse kaip aviacija, nacionalinė gynyba ir karinė pramonė. Šiuolaikinio karo rezultatai rodo, kad mūšio lauke dominuoja retųjų žemių ginklai, retųjų žemių technologiniai pranašumai yra kariniai technologiniai pranašumai, o išteklių turėjimas yra garantuotas. Todėl retieji žemių metalai taip pat tapo strateginiais ištekliais, dėl kurių konkuruoja didžiosios pasaulio ekonomikos, o pagrindinės žaliavų strategijos, pavyzdžiui, retųjų žemių metalai, dažnai tampa nacionalinėmis strategijomis. Europa, Japonija, JAV ir kitos šalys bei regionai daugiau dėmesio skiria pagrindinėms medžiagoms, tokioms kaip retosios žemės. 2008 m. Jungtinių Valstijų Energetikos departamentas retųjų žemių medžiagas įtraukė į „pagrindinę medžiagų strategiją“; 2010 m. pradžioje Europos Sąjunga paskelbė apie strateginio retųjų žemių elementų rezervato įkūrimą; 2007 m. Japonijos švietimo, kultūros, mokslo ir technologijų ministerija, taip pat Ūkio, pramonės ir technologijų ministerija jau buvo pasiūliusios „Elemento strategijos planą“ ir „Retų metalų alternatyvių medžiagų“ planą. Jie ėmėsi nuolatinių priemonių ir politikos išteklių rezervų, technologinės pažangos, išteklių įsigijimo ir alternatyvių medžiagų paieškos srityse. Pradedant nuo šio straipsnio, redaktorius išsamiai supažindins su svarbiomis ir net nepakeičiamomis šių retųjų žemių elementų istorinės raidos misijomis ir vaidmenimis.
Terbis priklauso sunkiųjų retųjų žemių metalų kategorijai, kurių gausa žemės plutoje yra tik 1,1 ppm.Terbio oksidassudaro mažiau nei 0,01 % visų retųjų žemių elementų. Netgi didelio itrio jonų tipo sunkiosios retųjų žemių rūdos, turinčios didžiausią terbio kiekį, terbio kiekis sudaro tik 1,1–1,2 % viso retųjų žemių kiekio, o tai rodo, kad jis priklauso „kilniųjų“ retųjų žemių elementų kategorijai. Terbis yra sidabriškai pilkas metalas, pasižymintis lankstumu ir gana minkšta tekstūra, kurį galima perpjauti peiliu; Lydymosi temperatūra 1360 ℃, virimo temperatūra 3123 ℃, tankis 8229 4kg/m3. Daugiau nei 100 metų nuo terbio atradimo 1843 m., jo trūkumas ir vertė ilgą laiką trukdė jį praktiškai pritaikyti. Tik per pastaruosius 30 metų terbis parodė savo unikalų talentą.
Terbio atradimas
Per tą patį laikotarpį, kailantanasbuvo atrastas, Švedas Karlas G. Mosanderis analizavo iš pradžių atrastąitrisir 1842 metais paskelbė ataskaitą, kurioje paaiškino, kad iš pradžių atrasta itrio žemė buvo ne vieno elemento oksidas, o trijų elementų oksidas. 1843 m. Mossander atrado elementą terbį, tyrinėdamas itrio žemę. Vieną iš jų jis vis dar pavadino itrio žeme, o vieną iš jųerbio oksidas. Tik 1877 m. jis buvo oficialiai pavadintas terbiu, elemento simboliu Tb. Jo pavadinimas kilęs iš to paties šaltinio kaip itris, kilęs iš Ytterby kaimo netoli Stokholmo, Švedijoje, kur pirmą kartą buvo aptikta itrio rūda. Terbio ir kitų dviejų elementų – lantano ir erbio – atradimas atvėrė antrąsias duris retųjų žemių elementų atradimui, žymintį antrąjį jų atradimo etapą. Pirmą kartą ją išgrynino G. Urbanas 1905 m.
Mossander
Terbio panaudojimas
Taikymasterbisdaugiausia susiję su aukštųjų technologijų sritimis, kurios yra imlūs technologijoms ir žinioms imlūs pažangiausi projektai, taip pat didelę ekonominę naudą duodantys projektai su patraukliomis plėtros perspektyvomis. Pagrindinės taikymo sritys: (1) naudojamos mišrių retųjų žemių metalų pavidalu. Pavyzdžiui, jis naudojamas kaip retųjų žemių kompleksinės trąšos ir pašarų priedas žemės ūkyje. (2) Žaliųjų miltelių aktyvatorius trijuose pirminiuose fluorescenciniuose milteliuose. Šiuolaikinėms optoelektroninėms medžiagoms reikia naudoti tris pagrindines fosforo spalvas, būtent raudoną, žalią ir mėlyną, kurios gali būti naudojamos įvairioms spalvoms sintetinti. O terbis yra nepakeičiamas daugelio aukštos kokybės žaliai fluorescencinių miltelių komponentas. (3) Naudojama kaip magnetinė optinė saugojimo medžiaga. Amorfinio metalo terbio pereinamojo metalo lydinio plonos plėvelės buvo naudojamos didelio našumo magnetiniams optiniams diskams gaminti. (4) Magnetinio optinio stiklo gamyba. Faradėjaus rotacinis stiklas, kuriame yra terbio, yra pagrindinė medžiaga gaminant rotatorius, izoliatorius ir cirkuliacinius siurblius naudojant lazerines technologijas. (5) Terbio disprozio feromagnetostrikcinio lydinio (TerFenol) kūrimas ir plėtra atvėrė naujas terbio pritaikymo galimybes.
Žemės ūkiui ir gyvulininkystei
Retų žemių terbisgali pagerinti pasėlių kokybę ir padidinti fotosintezės greitį tam tikroje koncentracijos diapazone. Terbio kompleksai pasižymi dideliu biologiniu aktyvumu, o trijų komponentų terbio kompleksai Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O turi gerą antibakterinį ir baktericidinį poveikį Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis ir Escherichia coli, o plataus spektro antibakteriniai. savybių. Šių kompleksų tyrimas suteikia naują šiuolaikinių baktericidinių vaistų tyrimų kryptį.
Naudojamas liuminescencijos srityje
Šiuolaikinėms optoelektroninėms medžiagoms reikia naudoti tris pagrindines fosforo spalvas, būtent raudoną, žalią ir mėlyną, kurios gali būti naudojamos įvairioms spalvoms sintetinti. O terbis yra nepakeičiamas daugelio aukštos kokybės žaliai fluorescencinių miltelių komponentas. Jei retųjų žemių spalvotų TV raudonų fluorescencinių miltelių atsiradimas paskatino itrio ir europio paklausą, tai terbio pritaikymą ir vystymą paskatino trijų pagrindinių spalvų žalios spalvos fluorescenciniai milteliai lempoms. Devintojo dešimtmečio pradžioje „Philips“ išrado pirmąją pasaulyje kompaktišką energiją taupančią fluorescencinę lempą ir greitai ją išpopuliarino visame pasaulyje. Tb3+ jonai gali skleisti žalią šviesą, kurios bangos ilgis yra 545 nm, o beveik visi retųjų žemių žalios spalvos fluorescenciniai milteliai naudoja terbį kaip aktyvatorių.
Žalios spalvos fluorescenciniai milteliai, naudojami spalvotoms TV elektroninėms lempoms (CRT), visada buvo pagaminti iš pigaus ir efektyvaus cinko sulfido, tačiau terbio milteliai visada buvo naudojami kaip projekciniai spalvoti televizoriaus žali milteliai, tokie kaip Y2SiO5: Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+ ir LaOBr: Tb3+. Kuriant didelio ekrano didelės raiškos televizorių (HDTV), taip pat kuriami aukštos kokybės žaliai fluorescenciniai milteliai, skirti CRT. Pavyzdžiui, užsienyje buvo sukurti hibridiniai žalios spalvos fluorescenciniai milteliai, susidedantys iš Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+ ir Y2SiO5: Tb3+, pasižymintys puikiu liuminescencijos efektyvumu esant dideliam srovės tankiui.
Tradiciniai rentgeno fluorescenciniai milteliai yra kalcio volfratas. Aštuntajame ir devintajame dešimtmečiuose buvo sukurti retųjų žemių fluorescenciniai milteliai jautrinimo ekranams, tokie kaip terbiu aktyvuotas lantano sulfido oksidas, terbiu aktyvuotas lantano bromido oksidas (žaliiesiems ekranams) ir terbiu aktyvuotas itrio sulfido oksidas. Palyginti su kalcio volframitu, retųjų žemių fluorescenciniai milteliai gali sumažinti pacientų rentgeno spinduliuotės laiką 80%, pagerinti rentgeno filmų skiriamąją gebą, pailginti rentgeno vamzdelių tarnavimo laiką ir sumažinti energijos sąnaudas. Terbis taip pat naudojamas kaip fluorescencinis miltelių aktyvatorius medicininiams rentgeno spindulių stiprinimo ekranams, kurie gali labai pagerinti rentgeno spindulių pavertimo optiniais vaizdais jautrumą, pagerinti rentgeno filmų aiškumą ir žymiai sumažinti rentgeno spindulių ekspozicijos dozę. spinduliai į žmogaus kūną (daugiau nei 50%).
TerbisTaip pat naudojamas kaip baltos šviesos diodų fosforo aktyvatorius, sužadintas mėlyna šviesa naujam puslaidininkiniam apšvietimui. Jis gali būti naudojamas gaminant terbio aliuminio magnetinius optinius kristalinius fosforus, naudojant mėlyną šviesą skleidžiančius diodus kaip sužadinimo šviesos šaltinius, o sukurta fluorescencija sumaišoma su sužadinimo šviesa, kad būtų gauta gryna balta šviesa.
Elektroliuminescencinės medžiagos, pagamintos iš terbio, daugiausia apima cinko sulfido žalius fluorescencinius miltelius, kurių aktyvatorius yra terbis. Apšvitinant ultravioletiniais spinduliais, organiniai terbio kompleksai gali skleisti stiprią žalią fluorescenciją ir gali būti naudojami kaip plonasluoksnės elektroliuminescencinės medžiagos. Nors buvo padaryta didelė pažanga tiriant retųjų žemių organinių kompleksų elektroliuminescencines plonas plėveles, vis dar yra tam tikras atotrūkis nuo praktiškumo, o retųjų žemių organinių kompleksų elektroliuminescencinių plonų plėvelių ir prietaisų tyrimai vis dar yra gilūs.
Terbio fluorescencinės charakteristikos taip pat naudojamos kaip fluorescenciniai zondai. Ofloksacino terbio (Tb3+) komplekso ir dezoksiribonukleino rūgšties (DNR) sąveika buvo tiriama naudojant fluorescencijos ir absorbcijos spektrus, tokius kaip ofloksacino terbio (Tb3+) fluorescencinis zondas. Rezultatai parodė, kad ofloksacino Tb3+ zondas gali sudaryti griovelį, susijungusį su DNR molekulėmis, o dezoksiribonukleorūgštis gali žymiai sustiprinti ofloksacino Tb3+ sistemos fluorescenciją. Remiantis šiuo pokyčiu, galima nustatyti dezoksiribonukleino rūgštį.
Magnetinėms optinėms medžiagoms
Medžiagos su Faradėjaus efektu, taip pat žinomos kaip magneto-optinės medžiagos, plačiai naudojamos lazeriuose ir kituose optiniuose įrenginiuose. Yra du įprasti magnetinių optinių medžiagų tipai: magnetiniai optiniai kristalai ir magnetinis optinis stiklas. Tarp jų magnetooptiniai kristalai (tokie kaip itrio geležies granatas ir terbio galio granatas) turi reguliuojamo veikimo dažnio ir didelio terminio stabilumo privalumus, tačiau jie yra brangūs ir sunkiai gaminami. Be to, daugelis magneto-optinių kristalų su dideliais Faradėjaus sukimosi kampais turi didelę absorbciją trumpųjų bangų diapazone, o tai riboja jų naudojimą. Palyginti su magnetiniais optiniais kristalais, magnetinio optinio stiklo pranašumas yra didelis pralaidumas ir jį lengva pagaminti į didelius blokus ar pluoštus. Šiuo metu magneto-optiniai stiklai su dideliu Faradėjaus efektu daugiausia yra retųjų žemių jonų legiruoti stiklai.
Naudojamas magnetinio optinio laikymo medžiagoms
Pastaraisiais metais sparčiai tobulėjant multimedijos ir biuro automatizavimui, didėja naujų didelės talpos magnetinių diskų paklausa. Amorfinio metalo terbio pereinamojo metalo lydinio plonos plėvelės buvo naudojamos didelio našumo magnetiniams optiniams diskams gaminti. Tarp jų TbFeCo lydinio plona plėvelė pasižymi geriausiomis savybėmis. Magneto-optinės medžiagos terbio pagrindu gaminamos dideliu mastu, o iš jų pagaminti magnetooptiniai diskai naudojami kaip kompiuterio saugojimo komponentai, kurių talpa padidinta 10-15 kartų. Jie turi didelės talpos ir greitos prieigos privalumus, o naudojant didelio tankio optiniams diskams juos galima nuvalyti ir padengti dešimtis tūkstančių kartų. Jie yra svarbios elektroninės informacijos saugojimo technologijos medžiagos. Dažniausiai naudojama magneto-optinė medžiaga matomoje ir artimoje infraraudonųjų spindulių juostose yra terbio galio granato (TGG) monokristalas, kuris yra geriausia magneto-optinė medžiaga Faradėjaus rotatoriams ir izoliatoriams gaminti.
Magnetiniam optiniam stiklui
Faradėjaus magnetinis optinis stiklas turi gerą skaidrumą ir izotropiją matomoje ir infraraudonųjų spindulių srityse ir gali sudaryti įvairias sudėtingas formas. Lengva gaminti didelio dydžio gaminius, juos galima įtraukti į optinius pluoštus. Todėl jis turi plačias taikymo galimybes magnetiniuose optiniuose įrenginiuose, tokiuose kaip magnetiniai optiniai izoliatoriai, magnetiniai optiniai moduliatoriai ir šviesolaidinės srovės jutikliai. Dėl didelio magnetinio momento ir mažo sugerties koeficiento matomame ir infraraudonųjų spindulių diapazone Tb3+ jonai tapo plačiai naudojami retųjų žemių jonai magnetiniuose optiniuose stikluose.
Terbio disprozio feromagnetostrikcinis lydinys
XX amžiaus pabaigoje, nuolat gilėjant pasaulinei technologijų revoliucijai, sparčiai atsirado naujų retųjų žemių panaudojimo medžiagų. 1984 m. Ajovos valstijos universitetas, JAV Energetikos departamento Eimso laboratorija ir JAV karinio jūrų laivyno paviršinių ginklų tyrimų centras (iš kurio atvyko pagrindiniai vėliau įkurtos Edge Technology Corporation (ET REMA) darbuotojai) bendradarbiavo kurdami naują retą. Žemės intelektualioji medžiaga, būtent terbio disprozio feromagnetinė magnetostrikcinė medžiaga. Ši nauja protinga medžiaga pasižymi puikiomis savybėmis greitai paversti elektros energiją mechanine energija. Povandeniniai ir elektroakustiniai keitikliai, pagaminti iš šios milžiniškos magnetostrikcinės medžiagos, buvo sėkmingai sukonfigūruoti laivyno įrangoje, naftos gręžinių aptikimo garsiakalbiuose, triukšmo ir vibracijos valdymo sistemose, vandenynų tyrinėjimo ir požeminėse komunikacijų sistemose. Todėl vos tik gimusi terbio disprozio geležies milžiniška magnetostrikcinė medžiaga, ji sulaukė didelio dėmesio iš viso pasaulio pramoninių šalių. „Edge Technologies“ JAV pradėjo gaminti terbio disprosio geležies milžiniškas magnetostrikcines medžiagas 1989 m. ir pavadino jas Terfenoliu D. Vėliau Švedija, Japonija, Rusija, Jungtinė Karalystė ir Australija taip pat sukūrė terbio disprozio geležies milžiniškas magnetostrikcines medžiagas.
Iš šios medžiagos kūrimo istorijos JAV, tiek medžiagos išradimas, tiek ankstyvieji monopoliniai pritaikymai yra tiesiogiai susiję su karine pramone (pavyzdžiui, laivynu). Nors Kinijos kariniai ir gynybos departamentai po truputį stiprina šios medžiagos supratimą. Tačiau labai padidėjus visapusei Kinijos nacionalinei galiai, poreikis įgyvendinti XXI amžiaus karinę konkurencinę strategiją ir pagerinti įrangos lygį tikrai bus labai skubus. Todėl plačiai paplitęs terbio disprozio geležies milžiniškų magnetostrikcinių medžiagų naudojimas karo ir krašto apsaugos departamentuose bus istorinė būtinybė.
Trumpai tariant, daugybė puikių savybiųterbispadaryti jį nepakeičiamu daugelio funkcinių medžiagų nariu ir nepakeičiama padėtimi kai kuriose taikymo srityse. Tačiau dėl didelės terbio kainos žmonės tiria, kaip išvengti ir kuo labiau sumažinti terbio naudojimą, siekiant sumažinti gamybos sąnaudas. Pavyzdžiui, retųjų žemių magneto-optinės medžiagos taip pat turėtų kuo daugiau naudoti pigaus disprozio geležies kobalto arba gadolinio terbio kobalto; Stenkitės sumažinti terbio kiekį žaliuose fluorescenciniuose milteliuose, kuriuos būtina naudoti. Kaina tapo svarbiu veiksniu, ribojančiu platų terbio naudojimą. Tačiau daugelis funkcinių medžiagų negali apsieiti be jo, todėl turime laikytis principo „naudoti gerą plieną ant ašmenų“ ir stengtis kiek įmanoma taupyti terbio naudojimą.
Paskelbimo laikas: 2023-07-07