Unsur nadir bumiamat diperlukan untuk pembangunan teknologi tinggi seperti tenaga dan bahan baharu, dan mempunyai nilai aplikasi yang luas dalam bidang seperti aeroangkasa, pertahanan negara, dan industri ketenteraan. Keputusan peperangan moden menunjukkan bahawa senjata nadir bumi menguasai medan perang, kelebihan teknologi nadir bumi mewakili kelebihan teknologi ketenteraan, dan mempunyai sumber terjamin. Oleh itu, nadir bumi juga telah menjadi sumber strategik yang bersaing untuk ekonomi utama di seluruh dunia, dan strategi bahan mentah utama seperti nadir bumi sering meningkat kepada strategi nasional. Eropah, Jepun, Amerika Syarikat dan negara serta wilayah lain memberi lebih perhatian kepada bahan utama seperti nadir bumi. Pada tahun 2008, bahan nadir bumi telah disenaraikan sebagai "strategi bahan utama" oleh Jabatan Tenaga Amerika Syarikat; Pada awal tahun 2010, Kesatuan Eropah mengumumkan penubuhan rizab strategik nadir bumi; Pada tahun 2007, Kementerian Pendidikan, Kebudayaan, Sains dan Teknologi Jepun, serta Kementerian Ekonomi, Industri dan Teknologi, telah pun mencadangkan "Pelan Strategi Elemen" dan pelan "Bahan Alternatif Logam Nadir". Mereka telah mengambil langkah dan dasar berterusan dalam rizab sumber, kemajuan teknologi, pemerolehan sumber, dan pencarian bahan alternatif. Bermula dari artikel ini, editor akan memperkenalkan secara terperinci misi pembangunan sejarah yang penting dan juga penting dan peranan unsur-unsur nadir bumi ini.
Terbium tergolong dalam kategori nadir bumi berat, dengan kelimpahan rendah dalam kerak bumi pada hanya 1.1 ppm.Terbium oksidamenyumbang kurang daripada 0.01% daripada jumlah nadir bumi. Walaupun dalam bijih nadir bumi berat jenis ion yttrium tinggi dengan kandungan terbium tertinggi, kandungan terbium hanya menyumbang 1.1-1.2% daripada jumlah nadir bumi, menunjukkan bahawa ia tergolong dalam kategori "mulia" unsur nadir bumi. Terbium ialah logam kelabu perak dengan kemuluran dan tekstur yang agak lembut, yang boleh dipotong terbuka dengan pisau; Takat lebur 1360 ℃, takat didih 3123 ℃, ketumpatan 8229 4kg/m3. Selama lebih 100 tahun sejak penemuan terbium pada tahun 1843, kekurangan dan nilainya telah menghalang penggunaan praktikalnya untuk masa yang lama. Hanya dalam tempoh 30 tahun yang lalu terbium telah menunjukkan bakat uniknya.
Penemuan Terbium
Dalam tempoh yang sama apabilalanthanumtelah ditemui, Karl G. Mosander dari Sweden menganalisis yang ditemui pada mulanyayttriumdan menerbitkan laporan pada tahun 1842, menjelaskan bahawa bumi yttrium yang ditemui pada mulanya bukanlah oksida unsur tunggal, tetapi oksida tiga unsur. Pada tahun 1843, Mossander menemui unsur terbium melalui penyelidikannya di bumi yttrium. Dia masih menamakan salah satunya yttrium earth dan salah satunyaerbium oksida. Sehingga tahun 1877 ia secara rasmi dinamakan terbium, dengan simbol unsur Tb. Penamaannya berasal dari sumber yang sama dengan yttrium, yang berasal dari kampung Ytterby berhampiran Stockholm, Sweden, tempat bijih yttrium pertama kali ditemui. Penemuan terbium dan dua unsur lain, lanthanum dan erbium, membuka pintu kedua kepada penemuan unsur nadir bumi, menandakan peringkat kedua penemuan mereka. Ia pertama kali disucikan oleh G. Urban pada tahun 1905.
Mossander
Penggunaan terbium
Aplikasi daripadaterbiumkebanyakannya melibatkan bidang berteknologi tinggi, iaitu projek berintensif teknologi dan berintensif pengetahuan, serta projek dengan faedah ekonomi yang ketara, dengan prospek pembangunan yang menarik. Kawasan aplikasi utama termasuk: (1) digunakan dalam bentuk nadir bumi campuran. Sebagai contoh, ia digunakan sebagai baja sebatian nadir bumi dan bahan tambahan makanan untuk pertanian. (2) Pengaktif untuk serbuk hijau dalam tiga serbuk pendarfluor utama. Bahan optoelektronik moden memerlukan penggunaan tiga warna asas fosfor iaitu merah, hijau dan biru yang boleh digunakan untuk mensintesis pelbagai warna. Dan terbium adalah komponen yang sangat diperlukan dalam banyak serbuk pendarfluor hijau berkualiti tinggi. (3) Digunakan sebagai bahan simpanan optik magneto. Filem nipis aloi logam peralihan terbium logam amorf telah digunakan untuk mengeluarkan cakera optik magneto berprestasi tinggi. (4) Pembuatan kaca optik magneto. Kaca berputar Faraday yang mengandungi terbium ialah bahan utama untuk pembuatan pemutar, pengasing dan pengedar dalam teknologi laser. (5) Pembangunan dan pembangunan aloi terbium dysprosium ferromagnetostrictive (TerFenol) telah membuka aplikasi baharu untuk terbium.
Untuk pertanian dan penternakan
Terbium nadir bumiboleh meningkatkan kualiti tanaman dan meningkatkan kadar fotosintesis dalam julat kepekatan tertentu. Kompleks terbium mempunyai aktiviti biologi yang tinggi, dan kompleks ternary terbium, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, mempunyai kesan antibakteria dan bakteria yang baik pada Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis, dan Escherichia coli, dengan antibakteria spektrum luas. hartanah. Kajian kompleks ini menyediakan hala tuju penyelidikan baharu untuk ubat bakteria moden.
Digunakan dalam bidang luminescence
Bahan optoelektronik moden memerlukan penggunaan tiga warna asas fosfor iaitu merah, hijau dan biru yang boleh digunakan untuk mensintesis pelbagai warna. Dan terbium adalah komponen yang sangat diperlukan dalam banyak serbuk pendarfluor hijau berkualiti tinggi. Jika kelahiran serbuk pendarfluor merah TV warna nadir bumi telah merangsang permintaan untuk yttrium dan europium, maka aplikasi dan pembangunan terbium telah digalakkan oleh nadir bumi tiga warna utama serbuk pendarfluor hijau untuk lampu. Pada awal 1980-an, Philips mencipta lampu pendarfluor penjimatan tenaga padat pertama di dunia dan mempromosikannya dengan pantas di seluruh dunia. Ion Tb3+ boleh memancarkan cahaya hijau dengan panjang gelombang 545nm, dan hampir semua serbuk pendarfluor hijau nadir bumi menggunakan terbium sebagai pengaktif.
Serbuk pendarfluor hijau yang digunakan untuk tiub sinar katod TV berwarna (CRT) sentiasa berasaskan zink sulfida yang murah dan cekap, tetapi serbuk terbium sentiasa digunakan sebagai serbuk hijau TV warna unjuran, seperti Y2SiO5: Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, dan LaOBr: Tb3+. Dengan pembangunan televisyen definisi tinggi (HDTV) skrin besar, serbuk pendarfluor hijau berprestasi tinggi untuk CRT juga sedang dibangunkan. Sebagai contoh, serbuk pendarfluor hijau hibrid telah dibangunkan di luar negara, yang terdiri daripada Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+, dan Y2SiO5: Tb3+, yang mempunyai kecekapan luminescence yang sangat baik pada ketumpatan arus tinggi.
Serbuk pendarfluor sinar-X tradisional ialah kalsium tungstat. Pada tahun 1970-an dan 1980-an, serbuk pendarfluor nadir bumi untuk skrin pemekaan telah dibangunkan, seperti terbium activated lanthanum sulfide oxide, terbium activated lanthanum bromide oxide (untuk skrin hijau), dan terbium activated yttrium sulfide oxide. Berbanding dengan kalsium tungstate, serbuk pendarfluor nadir bumi boleh mengurangkan masa penyinaran sinar-X untuk pesakit sebanyak 80%, meningkatkan resolusi filem sinar-X, memanjangkan jangka hayat tiub sinar-X, dan mengurangkan penggunaan tenaga. Terbium juga digunakan sebagai pengaktif serbuk pendarfluor untuk skrin peningkatan sinar-X perubatan, yang boleh meningkatkan sensitiviti penukaran sinar-X kepada imej optik, meningkatkan kejelasan filem sinar-X, dan mengurangkan dos pendedahan X- dengan banyak. sinaran kepada tubuh manusia (lebih daripada 50%).
Terbiumjuga digunakan sebagai pengaktif dalam fosfor LED putih yang teruja oleh cahaya biru untuk pencahayaan semikonduktor baharu. Ia boleh digunakan untuk menghasilkan fosforus kristal optik magneto aluminium terbium, menggunakan diod pemancar cahaya biru sebagai sumber cahaya pengujaan, dan pendarfluor yang dihasilkan dicampur dengan cahaya pengujaan untuk menghasilkan cahaya putih tulen.
Bahan electroluminescent yang diperbuat daripada terbium terutamanya termasuk serbuk pendarfluor hijau zink sulfida dengan terbium sebagai pengaktif. Di bawah penyinaran ultraungu, kompleks organik terbium boleh mengeluarkan pendarfluor hijau yang kuat dan boleh digunakan sebagai bahan elektroluminescent filem nipis. Walaupun kemajuan ketara telah dicapai dalam kajian filem nipis elektroluminescent kompleks organik nadir bumi, masih terdapat jurang tertentu dari kepraktisan, dan penyelidikan mengenai filem dan peranti nipis elektroluminescent kompleks organik nadir bumi masih mendalam.
Ciri-ciri pendarfluor terbium juga digunakan sebagai probe pendarfluor. Interaksi antara kompleks ofloxacin terbium (Tb3+) dan asid deoksiribonukleik (DNA) dikaji menggunakan spektrum pendarfluor dan penyerapan, seperti probe pendarfluor ofloxacin terbium (Tb3+). Keputusan menunjukkan bahawa probe ofloxacin Tb3+ boleh membentuk alur yang mengikat dengan molekul DNA, dan asid deoksiribonukleik boleh meningkatkan pendarfluor sistem ofloxacin Tb3+ dengan ketara. Berdasarkan perubahan ini, asid deoksiribonukleik boleh ditentukan.
Untuk bahan optik magneto
Bahan dengan kesan Faraday, juga dikenali sebagai bahan magneto-optik, digunakan secara meluas dalam laser dan peranti optik lain. Terdapat dua jenis bahan optik magneto yang biasa: kristal optik magneto dan kaca optik magneto. Antaranya, kristal magneto-optik (seperti garnet besi yttrium dan garnet terbium gallium) mempunyai kelebihan frekuensi operasi boleh laras dan kestabilan haba yang tinggi, tetapi ia mahal dan sukar untuk dihasilkan. Di samping itu, banyak kristal magneto-optik dengan sudut putaran Faraday yang tinggi mempunyai penyerapan yang tinggi dalam julat gelombang pendek, yang mengehadkan penggunaannya. Berbanding dengan kristal optik magneto, kaca optik magneto mempunyai kelebihan ketransmisian yang tinggi dan mudah dibuat menjadi blok atau gentian yang besar. Pada masa ini, cermin mata magneto-optik dengan kesan Faraday yang tinggi adalah terutamanya cermin mata terdop ion nadir bumi.
Digunakan untuk bahan simpanan optik magneto
Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, dengan perkembangan pesat multimedia dan automasi pejabat, permintaan untuk cakera magnetik berkapasiti tinggi baharu telah meningkat. Filem nipis aloi logam peralihan terbium logam amorfus telah digunakan untuk mengeluarkan cakera optik magneto berprestasi tinggi. Antaranya, filem nipis aloi TbFeCo mempunyai prestasi terbaik. Bahan magneto-optik berasaskan Terbium telah dihasilkan secara besar-besaran, dan cakera magneto-optik yang diperbuat daripadanya digunakan sebagai komponen storan komputer, dengan kapasiti storan meningkat sebanyak 10-15 kali ganda. Mereka mempunyai kelebihan kapasiti besar dan kelajuan capaian pantas, dan boleh disapu dan disalut puluhan ribu kali apabila digunakan untuk cakera optik berketumpatan tinggi. Ia adalah bahan penting dalam teknologi penyimpanan maklumat elektronik. Bahan magneto-optik yang paling biasa digunakan dalam jalur nampak dan inframerah dekat ialah kristal tunggal Terbium Gallium Garnet (TGG), yang merupakan bahan magneto-optik terbaik untuk membuat pemutar dan pengasing Faraday.
Untuk kaca optik magneto
Kaca optik magneto Faraday mempunyai ketelusan dan isotropi yang baik di kawasan yang boleh dilihat dan inframerah, dan boleh membentuk pelbagai bentuk kompleks. Ia mudah untuk menghasilkan produk bersaiz besar dan boleh ditarik ke dalam gentian optik. Oleh itu, ia mempunyai prospek aplikasi yang luas dalam peranti optik magneto seperti pengasing optik magneto, modulator optik magneto, dan penderia arus gentian optik. Disebabkan oleh momen magnet yang besar dan pekali penyerapan yang kecil dalam julat yang boleh dilihat dan inframerah, ion Tb3+ telah menjadi ion nadir bumi yang biasa digunakan dalam cermin mata optik magneto.
Terbium dysprosium ferromagnetostrictive aloi
Pada penghujung abad ke-20, dengan pendalaman berterusan revolusi teknologi dunia, bahan aplikasi nadir bumi baharu telah muncul dengan pantas. Pada tahun 1984, Iowa State University, Makmal Ames Jabatan Tenaga AS, dan Pusat Penyelidikan Senjata Permukaan Tentera Laut AS (dari mana kakitangan utama Perbadanan Teknologi Edge (ET REMA) yang ditubuhkan kemudiannya datang) bekerjasama untuk membangunkan alat baru yang jarang ditemui. bahan pintar bumi, iaitu bahan magnetostriktif feromagnetik terbium dysprosium. Bahan pintar baharu ini mempunyai ciri-ciri cemerlang untuk menukar tenaga elektrik kepada tenaga mekanikal dengan cepat. Transduser bawah air dan elektro-akustik yang diperbuat daripada bahan magnetostriktif gergasi ini telah berjaya dikonfigurasikan dalam peralatan tentera laut, pembesar suara pengesan telaga minyak, sistem kawalan hingar dan getaran, serta penerokaan lautan dan sistem komunikasi bawah tanah. Oleh itu, sebaik sahaja bahan magnetostrictive gergasi besi terbium dysprosium dilahirkan, ia mendapat perhatian meluas daripada negara perindustrian di seluruh dunia. Edge Technologies di Amerika Syarikat mula mengeluarkan bahan magnetostriktif gergasi besi terbium dysprosium pada tahun 1989 dan menamakannya Terfenol D. Selepas itu, Sweden, Jepun, Rusia, United Kingdom, dan Australia juga membangunkan bahan magnetostriktif gergasi besi disprosium terbium.
Daripada sejarah pembangunan bahan ini di Amerika Syarikat, kedua-dua ciptaan bahan dan aplikasi monopoli awalnya berkaitan secara langsung dengan industri ketenteraan (seperti tentera laut). Walaupun jabatan tentera dan pertahanan China secara beransur-ansur mengukuhkan pemahaman mereka tentang bahan ini. Walau bagaimanapun, dengan peningkatan ketara kekuatan nasional China yang komprehensif, permintaan untuk mencapai strategi persaingan ketenteraan abad ke-21 dan meningkatkan tahap peralatan pasti akan menjadi sangat mendesak. Oleh itu, penggunaan meluas bahan magnetostrictive gergasi terbium dysprosium besi oleh jabatan tentera dan pertahanan negara akan menjadi keperluan sejarah.
Pendek kata, banyak sifat yang sangat baikterbiummenjadikannya ahli yang sangat diperlukan bagi banyak bahan berfungsi dan kedudukan yang tidak boleh diganti dalam beberapa bidang aplikasi. Namun, disebabkan harga terbium yang tinggi, orang ramai telah mengkaji cara untuk mengelak dan meminimumkan penggunaan terbium bagi mengurangkan kos pengeluaran. Sebagai contoh, bahan magneto-optik nadir bumi juga harus menggunakan kos rendah disprosium kobalt besi atau gadolinium terbium kobalt sebanyak mungkin; Cuba kurangkan kandungan terbium dalam serbuk pendarfluor hijau yang mesti digunakan. Harga telah menjadi faktor penting yang menyekat penggunaan terbium secara meluas. Tetapi banyak bahan berfungsi tidak boleh dilakukan tanpanya, jadi kita harus mematuhi prinsip "menggunakan keluli yang baik pada bilah" dan cuba menyelamatkan penggunaan terbium sebanyak mungkin.
Masa siaran: Ogos-07-2023