Ретки земјени елементисе неопходни за развој на висока технологија, како што се новата енергија и материјали, и имаат широка примена во области како што се воздушната, националната одбрана и воената индустрија. Резултатите од модерното војување покажуваат дека оружјето од ретки земји доминира на бојното поле, технолошките предности на ретки земји претставуваат воени технолошки предности, а поседувањето ресурси е загарантирано. Затоа, ретките земји, исто така, станаа стратешки ресурси за кои се натпреваруваат големите економии ширум светот, а клучните стратегии за суровини, како што се ретките земји, често се надоврзуваат на национални стратегии. Европа, Јапонија, САД и другите земји и региони посветуваат поголемо внимание на клучните материјали како ретка земја. Во 2008 година, материјалите од ретки земји беа наведени како „стратегија за клучни материјали“ од страна на Министерството за енергетика на САД; На почетокот на 2010 година, Европската Унија најави формирање на стратешки резерват на ретки земји; Во 2007 година, јапонското Министерство за образование, култура, наука и технологија, како и Министерството за економија, индустрија и технологија, веќе ги предложија „Стратешкиот план за елементи“ и планот „Алтернативни материјали за ретки метали“. Тие преземаа континуирани мерки и политики во резервите на ресурси, технолошкиот напредок, набавката на ресурси и потрагата по алтернативни материјали. Почнувајќи од оваа статија, уредникот детално ќе ги запознае важните, па дури и незаменливите историски развојни мисии и улоги на овие елементи од ретка земја.
Тербиум спаѓа во категоријата на тешки ретки земји, со мало изобилство во Земјината кора од само 1,1 ppm.Тербиум оксидсочинува помалку од 0,01% од вкупните ретки земји. Дури и во тешките ретки земјени руди од типот на висок итриум-јонски тип со највисока содржина на тербиум, содржината на тербиум сочинува само 1,1-1,2% од вкупната ретка земја, што покажува дека припаѓа на категоријата „благородни“ елементи на ретки земји. Тербиумот е сребрено сив метал со еластичност и релативно мека текстура, кој може да се исече со нож; Точка на топење 1360 ℃, точка на вриење 3123 ℃, густина 8229 4kg/m3. Повеќе од 100 години од откривањето на тербиумот во 1843 година, неговиот недостаток и вредност ја спречуваат неговата практична примена долго време. Само во изминатите 30 години тербиумот го покажа својот уникатен талент.
Откритието на Тербиум
Во истиот период когалантанбеше откриен, Карл Г. Мосандер од Шведска го анализирал првично откриенотоитриуми објави извештај во 1842 година, појаснувајќи дека првично откриената итриумска земја не била единствен елементарен оксид, туку оксид од три елементи. Во 1843 година, Мосандер го открил елементот тербиум преку неговото истражување на итриум земја. Тој сè уште именувал еден од нив итриум земја и еден од нивербиум оксид. Дури во 1877 година официјално го добил името тербиум, со елементот симбол Tb. Неговото именување потекнува од истиот извор како итриум, потекнува од селото Итерби во близина на Стокхолм, Шведска, каде за прв пат е откриена рудата на итриум. Откривањето на тербиум и два други елементи, лантан и ербиум, ја отвори втората врата за откривање на ретките земјени елементи, означувајќи ја втората фаза од нивното откривање. За прв пат беше прочистен од Г. Урбан во 1905 година.
Мосандер
Примена на тербиум
Примената натербиумпретежно вклучува високотехнолошки полиња, кои се технолошки интензивни и најсовремени проекти со знаење, како и проекти со значителни економски придобивки, со атрактивни изгледи за развој. Главните области на примена вклучуваат: (1) користење во форма на мешани ретки земји. На пример, се користи како сложено ѓубриво за ретки земји и додаток за добиточна храна за земјоделството. (2) Активатор за зелен прав во три основни флуоресцентни прашоци. Современите оптоелектронски материјали бараат употреба на три основни бои на фосфор, имено црвена, зелена и сина, кои можат да се користат за синтеза на различни бои. А тербиумот е незаменлива компонента во многу висококвалитетни зелени флуоресцентни прашоци. (3) Се користи како магнето оптички материјал за складирање. За производство на магнето-оптички дискови со високи перформанси, се користат тенки фолии од легура на преодни метали тербиум од аморфен метал. (4) Производство на магнето оптичко стакло. Фарадеј ротирачкото стакло што содржи тербиум е клучен материјал за производство на ротатори, изолатори и циркулатори во ласерската технологија. (5) Развојот и развојот на феромагнетостриктивната легура на тербиум диспрозиум (TerFenol) отвори нови апликации за тербиум.
За земјоделство и сточарство
Тербиум од ретка земјаможе да го подобри квалитетот на културите и да ја зголеми стапката на фотосинтеза во одреден опсег на концентрација. Комплексите на тербиум имаат висока биолошка активност, а тројните комплекси на тербиум, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, имаат добри антибактериски и бактерицидни ефекти врз Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis и Escherichia coli, со антибактериски широк спектар својства. Студијата на овие комплекси обезбедува нова насока за истражување за современите бактерицидни лекови.
Се користи во областа на луминисценција
Современите оптоелектронски материјали бараат употреба на три основни бои на фосфор, имено црвена, зелена и сина, кои можат да се користат за синтеза на различни бои. А тербиумот е незаменлива компонента во многу висококвалитетни зелени флуоресцентни прашоци. Ако раѓањето на црвениот флуоресцентен прав од телевизор во боја на ретка земја ја поттикна побарувачката за итриум и европиум, тогаш примената и развојот на тербиум се промовирани со зелениот флуоресцентен прашок од ретка земја со три основни бои за светилки. Во раните 1980-ти, Philips ја измисли првата компактна флуоресцентна светилка за заштеда на енергија во светот и брзо ја промовираше на глобално ниво. Tb3+ јоните можат да испуштаат зелена светлина со бранова должина од 545 nm, а речиси сите флуоресцентни прашоци со зелена ретка земја користат тербиум како активатор.
Зелениот флуоресцентен прав што се користи за цевки со катодни зраци на ТВ во боја (CRTs) отсекогаш главно се базирал на евтин и ефикасен цинк сулфид, но тербиумот во прав отсекогаш се користел како зелен прашок за проекција на ТВ во боја, како што се Y2SiO5: Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+ и LaOBr: Tb3+. Со развојот на телевизор со висока дефиниција со голем екран (HDTV), се развиваат и зелени флуоресцентни прашоци со високи перформанси за CRT. На пример, во странство е развиен хибриден зелен флуоресцентен прав, кој се состои од Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+ и Y2SiO5: Tb3+, кои имаат одлична ефикасност на луминисценција при висока густина на струјата.
Традиционалниот флуоресцентен прав со рендген е калциум волфрам. Во 1970-тите и 1980-тите, беа развиени флуоресцентни прашоци за ретки земји за екрани за сензибилизација, како што се тербиум активиран лантан сулфид оксид, тербиум активиран лантан бромид оксид (за зелени екрани) и тербиум активиран итриум сулфид оксид. Во споредба со калциумовиот волфрам, флуоресцентниот прашок од ретка земја може да го намали времето на зрачење на Х-зраци кај пациентите за 80%, да ја подобри резолуцијата на филмовите со рендген, да го продолжи животниот век на рендгенските цевки и да ја намали потрошувачката на енергија. Тербиумот исто така се користи како флуоресцентен активатор во прав за медицински екрани за подобрување на рендгенските зраци, што може во голема мера да ја подобри чувствителноста на рендгенската конверзија во оптички слики, да ја подобри јасноста на рендгенските филмови и значително да ја намали дозата на експозиција на Х- зраци на човечкото тело (за повеќе од 50%).
Тербиумсе користи и како активатор во белиот LED фосфор возбуден од сината светлина за ново полупроводно осветлување. Може да се користи за производство на тербиум алуминиумски магнето-оптички кристални фосфори, користејќи диоди што емитуваат сина светлина како извори на светлина за возбудување, а генерираната флуоресценција се меша со светлината на возбудата за да се произведе чиста бела светлина.
Електролуминисцентните материјали направени од тербиум главно вклучуваат цинк сулфид зелен флуоресцентен прав со тербиум како активатор. Под ултравиолетово зрачење, органските комплекси на тербиум можат да испуштаат силна зелена флуоресценција и може да се користат како електролуминисцентни материјали со тенок филм. Иако е постигнат значителен напредок во проучувањето на електролуминисцентните тенки фолии од органски комплекси од ретки земји, сè уште постои одреден јаз од практичноста, а истражувањето на органски комплексни електролуминисцентни тенки фолии и уреди од ретки земји се сè уште во длабочина.
Флуоресцентните карактеристики на тербиумот се користат и како флуоресцентни сонди. Интеракцијата помеѓу комплексот офлоксацин тербиум (Tb3+) и деоксирибонуклеинската киселина (ДНК) беше проучена со користење на флуоресцентни и апсорпциони спектри, како што е флуоресцентната сонда на офлоксацин тербиум (Tb3+). Резултатите покажаа дека сондата на офлоксацин Tb3+ може да формира жлеб за врзување со молекулите на ДНК, а деоксирибонуклеинската киселина може значително да ја подобри флуоресценцијата на системот на офлоксацин Tb3+. Врз основа на оваа промена, може да се одреди деоксирибонуклеинската киселина.
За магнето-оптички материјали
Материјалите со ефект на Фарадеј, познати и како магнето-оптички материјали, се широко користени во ласери и други оптички уреди. Постојат два вообичаени типа на магнето-оптички материјали: магнето оптички кристали и магнето оптичко стакло. Меѓу нив, магнето-оптичките кристали (како што се итриум железен гранат и тербиум галиум гранат) ги имаат предностите на прилагодлива работна фреквенција и висока термичка стабилност, но тие се скапи и тешки за производство. Покрај тоа, многу магнето-оптички кристали со високи агли на ротација на Фарадеј имаат висока апсорпција во опсегот на кратки бранови, што ја ограничува нивната употреба. Во споредба со магнето оптичките кристали, магнето оптичкото стакло ја има предноста на високата пропустливост и лесно се прави во големи блокови или влакна. Во моментов, магнето-оптичките очила со висок ефект на Фарадеј се главно стакла со ретки земјени јони.
Се користи за магнето-оптички материјали за складирање
Во последниве години, со брзиот развој на мултимедијалната и канцелариската автоматизација, побарувачката за нови магнетни дискови со висок капацитет се зголемува. За производство на магнето-оптички дискови со високи перформанси, се користат тенки фолии од легура на преодни метали тербиум од аморфен метал. Меѓу нив, тенкиот филм од легура TbFeCo има најдобри перформанси. Магнето-оптичките материјали базирани на тербиум се произведени во голем обем, а магнето-оптичките дискови направени од нив се користат како компоненти за складирање на компјутери, со капацитет за складирање зголемен за 10-15 пати. Тие ги имаат предностите на голем капацитет и брза брзина на пристап, а може да се бришат и обложат десетици илјади пати кога се користат за оптички дискови со висока густина. Тие се важни материјали во технологијата за електронско складирање на информации. Најчесто користен магнето-оптички материјал во видливите и блиско-инфрацрвените појаси е еднокристалот Terbium Gallium Garnet (TGG), кој е најдобриот магнето-оптички материјал за изработка на Фарадејски ротатори и изолатори.
За магнето оптичко стакло
Фарадеј магнето оптичкото стакло има добра транспарентност и изотропија во видливите и инфрацрвените региони и може да формира различни сложени форми. Лесно е да се произведуваат производи со големи димензии и може да се вовлечат во оптички влакна. Затоа, има широки изгледи за примена во магнето-оптички уреди како што се магнето оптички изолатори, магнето оптички модулатори и сензори за струја со оптички влакна. Поради големиот магнетен момент и малиот коефициент на апсорпција во видливиот и инфрацрвениот опсег, Tb3+ јоните станаа вообичаено користени јони на ретки земји во магнето оптичките очила.
Тербиум диспрозиум феромагнетостриктивна легура
На крајот на 20 век, со континуираното продлабочување на светската технолошка револуција, брзо се појавуваа нови материјали за примена на ретки земји. Во 1984 година, Државниот универзитет во Ајова, лабораторијата Ејмс на Министерството за енергетика на САД и Истражувачкиот центар за површинско оружје на американската морнарица (од кој дојдоа главниот персонал на подоцна основаната корпорација Edge Technology (ET REMA)) соработуваа за да развијат нова ретка земјен интелигентен материјал, имено тербиум диспрозиум феромагнетен магнетостриктивен материјал. Овој нов интелигентен материјал има одлични карактеристики за брзо претворање на електричната енергија во механичка енергија. Подводните и електро-акустичните трансдуктори направени од овој џиновски магнетостриктивен материјал се успешно конфигурирани во поморска опрема, звучници за откривање на нафтени бунари, системи за контрола на бучава и вибрации и системи за истражување на океаните и подземни комуникациски системи. Затоа, штом се роди џиновскиот железен магнетостриктивен материјал тербиум диспрозиум, тој доби големо внимание од индустријализираните земји ширум светот. Edge Technologies во Соединетите Американски Држави започна со производство на џиновски магнетостриктивни материјали од железо со тербиум диспрозиум во 1989 година и ги именуваше како Terfenol D.
Од историјата на развојот на овој материјал во САД, и пронајдокот на материјалот и неговите рани монополски апликации се директно поврзани со воената индустрија (како што е морнарицата). Иако воените и одбранбените оддели на Кина постепено го зајакнуваат своето разбирање за овој материјал. Меѓутоа, со значително подобрување на сеопфатната национална сила на Кина, побарувачката за постигнување воена конкурентна стратегија од 21 век и подобрување на нивоата на опрема дефинитивно ќе биде многу итна. Затоа, широката употреба на тербиум диспрозиум железо гигантски магнетостриктивни материјали од страна на воените и националните одделенија за одбрана ќе биде историска потреба.
Накратко, многуте одлични својства натербиумго прават незаменлив член на многу функционални материјали и незаменлива позиција во некои полиња на примена. Меѓутоа, поради високата цена на тербиумот, луѓето проучувале како да се избегне и минимизира употребата на тербиум со цел да се намалат трошоците за производство. На пример, магнето-оптичките материјали за ретки земји, исто така, треба да користат евтин диспрозиум железен кобалт или гадолиниум тербиум кобалт колку што е можно повеќе; Обидете се да ја намалите содржината на тербиум во зелениот флуоресцентен прав што мора да се користи. Цената стана важен фактор што ја ограничува широката употреба на тербиум. Но, многу функционални материјали не можат без него, па затоа мора да се придржуваме до принципот на „користење добар челик на сечилото“ и да се обидеме да ја зачуваме употребата на тербиум колку што е можно повеќе.
Време на објавување: август-07-2023 година