Zeldzame aardelementenzijn onmisbaar voor de ontwikkeling van hightech, zoals nieuwe energie en materialen, en hebben een brede toepassingswaarde op gebieden als de lucht- en ruimtevaart, de nationale defensie en de militaire industrie. De resultaten van de moderne oorlogsvoering geven aan dat zeldzame aardwapens het slagveld domineren, dat de technologische voordelen van zeldzame aardmetalen militaire technologische voordelen vertegenwoordigen en dat het beschikken over middelen gegarandeerd is. Daarom zijn zeldzame aardmetalen ook strategische hulpbronnen geworden waar grote economieën over de hele wereld om concurreren, en belangrijke grondstoffenstrategieën zoals zeldzame aardmetalen stijgen vaak uit tot nationale strategieën. Europa, Japan, de Verenigde Staten en andere landen en regio's besteden meer aandacht aan belangrijke materialen zoals zeldzame aardmetalen. In 2008 werden zeldzame aardmetalen door het Amerikaanse ministerie van Energie vermeld als "sleutelmaterialenstrategie"; Begin 2010 kondigde de Europese Unie de oprichting aan van een strategische reserve van zeldzame aardmetalen; In 2007 hadden het Japanse Ministerie van Onderwijs, Cultuur, Wetenschap en Technologie, evenals het Ministerie van Economie, Industrie en Technologie, al het "Element Strategieplan" en het plan "Zeldzame Metalen Alternatieve Materialen" voorgesteld. Ze hebben voortdurend maatregelen en beleidsmaatregelen genomen op het gebied van hulpbronnenreserves, technologische vooruitgang, de verwerving van hulpbronnen en de zoektocht naar alternatieve materialen. Vertrekkend van dit artikel zal de redacteur in detail de belangrijke en zelfs onmisbare historische ontwikkelingsmissies en rollen van deze zeldzame aardelementen introduceren.
Terbium behoort tot de categorie van zware zeldzame aardmetalen, met een lage dichtheid in de aardkorst van slechts 1,1 ppm.Terbiumoxidevertegenwoordigt minder dan 0,01% van de totale zeldzame aardmetalen. Zelfs in het zware zeldzame aarderts met een hoog yttriumion-type en het hoogste gehalte aan terbium, maakt het terbiumgehalte slechts 1,1-1,2% uit van de totale zeldzame aardmetalen, wat erop wijst dat het tot de "nobele" categorie van zeldzame aardelementen behoort. Terbium is een zilvergrijs metaal met taaiheid en relatief zachte textuur, dat met een mes kan worden opengesneden; Smeltpunt 1360 ℃, kookpunt 3123 ℃, dichtheid 8229 4kg/m3. Al meer dan 100 jaar sinds de ontdekking van terbium in 1843 hebben de schaarste en waarde ervan de praktische toepassing ervan lange tijd verhinderd. Pas de afgelopen 30 jaar heeft terbium zijn unieke talent getoond.
De ontdekking van Terbium
In dezelfde periode waarinlanthaanwerd ontdekt, analyseerde Karl G. Mosander uit Zweden het aanvankelijk ontdekteyttriumen publiceerde in 1842 een rapport, waarin werd verduidelijkt dat de aanvankelijk ontdekte yttriumaarde niet een enkel elementair oxide was, maar een oxide van drie elementen. In 1843 ontdekte Mossander het element terbium door zijn onderzoek op yttriumaarde. Eén van hen noemde hij nog steeds yttriumaarde en één van henerbiumoxide. Pas in 1877 kreeg het officieel de naam terbium, met het elementensymbool Tb. De naam komt uit dezelfde bron als yttrium, afkomstig uit het dorp Ytterby nabij Stockholm, Zweden, waar yttriumerts voor het eerst werd ontdekt. De ontdekking van terbium en twee andere elementen, lanthaan en erbium, opende de tweede deur naar de ontdekking van zeldzame aardelementen en markeerde de tweede fase van hun ontdekking. Het werd voor het eerst gezuiverd door G. Urban in 1905.
Mossander
Toepassing van terbium
De toepassing vanterbiumhet gaat meestal om hightechgebieden, die technologie-intensief en kennisintensief zijn, geavanceerde projecten, maar ook projecten met aanzienlijke economische voordelen en aantrekkelijke ontwikkelingsvooruitzichten. De belangrijkste toepassingsgebieden zijn onder meer: (1) gebruik in de vorm van gemengde zeldzame aardmetalen. Het wordt bijvoorbeeld gebruikt als meststof met zeldzame aardmetalen en als toevoegingsmiddel voor diervoeding voor de landbouw. (2) Activator voor groen poeder in drie primaire fluorescerende poeders. Moderne opto-elektronische materialen vereisen het gebruik van drie basiskleuren fosforen, namelijk rood, groen en blauw, die kunnen worden gebruikt om verschillende kleuren te synthetiseren. En terbium is een onmisbaar onderdeel in veel hoogwaardige groen fluorescerende poeders. (3) Gebruikt als magneto-optisch opslagmateriaal. Dunne films van een amorfe metaal-terbium-overgangsmetaallegering zijn gebruikt om hoogwaardige magneto-optische schijven te vervaardigen. (4) Productie van magneto-optisch glas. Roterend glas van Faraday dat terbium bevat, is een belangrijk materiaal voor de productie van rotators, isolatoren en circulatoren in de lasertechnologie. (5) De ontwikkeling en ontwikkeling van de ferromagnetostrictieve legering van terbiumdysprosium (TerFenol) heeft nieuwe toepassingen voor terbium geopend.
Voor landbouw en veeteelt
Zeldzame aarde terbiumkan de kwaliteit van gewassen verbeteren en de fotosynthesesnelheid binnen een bepaald concentratiebereik verhogen. De complexen van terbium hebben een hoge biologische activiteit, en de ternaire complexen van terbium, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, hebben goede antibacteriële en bacteriedodende effecten op Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis en Escherichia coli, met een breed spectrum antibacteriële werking. eigenschappen. De studie van deze complexen biedt een nieuwe onderzoeksrichting voor moderne bacteriedodende medicijnen.
Gebruikt op het gebied van luminescentie
Moderne opto-elektronische materialen vereisen het gebruik van drie basiskleuren fosforen, namelijk rood, groen en blauw, die kunnen worden gebruikt om verschillende kleuren te synthetiseren. En terbium is een onmisbaar onderdeel in veel hoogwaardige groen fluorescerende poeders. Als de geboorte van rood fluorescerend poeder voor zeldzame aardkleurentelevisie de vraag naar yttrium en europium heeft gestimuleerd, dan is de toepassing en ontwikkeling van terbium bevorderd door groen fluorescerend poeder voor zeldzame aardmetalen met drie primaire kleuren voor lampen. Begin jaren tachtig vond Philips 's werelds eerste compacte energiebesparende fluorescentielamp uit en promootte deze snel wereldwijd. Tb3+ionen kunnen groen licht uitzenden met een golflengte van 545 nm, en bijna alle groene fluorescerende poeders van zeldzame aardmetalen gebruiken terbium als activator.
Het groene fluorescerende poeder dat wordt gebruikt voor kathodestraalbuizen (CRT's) voor kleurentelevisie is altijd hoofdzakelijk gebaseerd geweest op goedkoop en efficiënt zinksulfide, maar terbiumpoeder is altijd gebruikt als groen poeder voor projectie van kleurentelevisie, zoals Y2SiO5: Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+ en LaOBr: Tb3+. Met de ontwikkeling van high-definition televisie (HDTV) op groot scherm worden ook hoogwaardige groen fluorescerende poeders voor CRT's ontwikkeld. In het buitenland is bijvoorbeeld een hybride groen fluorescerend poeder ontwikkeld, bestaande uit Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+ en Y2SiO5: Tb3+, die een uitstekende luminescentie-efficiëntie hebben bij hoge stroomdichtheid.
Het traditionele röntgenfluorescerende poeder is calciumwolframaat. In de jaren zeventig en tachtig werden zeldzame aardfluorescentiepoeders voor sensibiliseringsschermen ontwikkeld, zoals terbium geactiveerd lanthaansulfideoxide, terbium geactiveerd lanthaanbromideoxide (voor groene schermen) en terbium geactiveerd yttriumsulfideoxide. Vergeleken met calciumwolframaat kan fluorescentiepoeder met zeldzame aardmetalen de tijd van röntgenstraling voor patiënten met 80% verkorten, de resolutie van röntgenfilms verbeteren, de levensduur van röntgenbuizen verlengen en het energieverbruik verminderen. Terbium wordt ook gebruikt als fluorescerende poederactivator voor medische röntgenverbeteringsschermen, die de gevoeligheid van röntgenomzetting in optische beelden aanzienlijk kunnen verbeteren, de helderheid van röntgenfilms kunnen verbeteren en de blootstellingsdosis van röntgenstraling aanzienlijk kunnen verminderen. straling naar het menselijk lichaam (met meer dan 50%).
Terbiumwordt ook gebruikt als activator in de witte LED-fosfor die wordt opgewekt door blauw licht voor nieuwe halfgeleiderverlichting. Het kan worden gebruikt om terbiumaluminium magneto-optische kristalfosforen te produceren, met behulp van blauwlichtgevende diodes als excitatielichtbronnen, en de gegenereerde fluorescentie wordt gemengd met het excitatielicht om puur wit licht te produceren.
De elektroluminescerende materialen gemaakt van terbium omvatten voornamelijk zinksulfidegroen fluorescerend poeder met terbium als activator. Onder ultraviolette bestraling kunnen organische complexen van terbium sterke groene fluorescentie uitstralen en kunnen ze worden gebruikt als dunne-film elektroluminescerende materialen. Hoewel er aanzienlijke vooruitgang is geboekt bij de studie van complexe elektroluminescerende dunne films van zeldzame aardmetalen, bestaat er nog steeds een zekere leemte ten opzichte van de praktijk, en het onderzoek naar complexe elektroluminescerende dunne films en apparaten van zeldzame aardmetalen is nog steeds diepgaand.
De fluorescentie-eigenschappen van terbium worden ook gebruikt als fluorescentiesondes. De interactie tussen het ofloxacine-terbium (Tb3+)-complex en deoxyribonucleïnezuur (DNA) werd bestudeerd met behulp van fluorescentie- en absorptiespectra, zoals de fluorescentieprobe van ofloxacine-terbium (Tb3+). De resultaten toonden aan dat de ofloxacine Tb3+probe een groefbinding met DNA-moleculen kan vormen, en dat deoxyribonucleïnezuur de fluorescentie van het ofloxacine Tb3+systeem aanzienlijk kan versterken. Op basis van deze verandering kan deoxyribonucleïnezuur worden bepaald.
Voor magneto-optische materialen
Materialen met Faraday-effect, ook wel magneto-optische materialen genoemd, worden veel gebruikt in lasers en andere optische apparaten. Er zijn twee veel voorkomende soorten magneto-optische materialen: magneto-optische kristallen en magneto-optisch glas. Onder hen hebben magneto-optische kristallen (zoals yttrium-ijzer-granaat en terbium-gallium-granaat) de voordelen van een instelbare werkfrequentie en een hoge thermische stabiliteit, maar ze zijn duur en moeilijk te vervaardigen. Bovendien hebben veel magneto-optische kristallen met hoge Faraday-rotatiehoeken een hoge absorptie in het kortegolfbereik, wat hun gebruik beperkt. Vergeleken met magneto-optische kristallen heeft magneto-optisch glas het voordeel van een hoge doorlaatbaarheid en kan het gemakkelijk tot grote blokken of vezels worden verwerkt. Momenteel zijn magneto-optische glazen met een hoog Faraday-effect voornamelijk glazen met zeldzame aardionen.
Gebruikt voor magneto-optische opslagmaterialen
Door de snelle ontwikkeling van multimedia en kantoorautomatisering is de afgelopen jaren de vraag naar nieuwe magnetische schijven met hoge capaciteit toegenomen. Dunne films van een amorfe metaal-terbium-overgangsmetaallegering zijn gebruikt om hoogwaardige magneto-optische schijven te vervaardigen. Onder hen heeft de dunne film van de TbFeCo-legering de beste prestaties. Op terbium gebaseerde magneto-optische materialen zijn op grote schaal geproduceerd, en magneto-optische schijven die daarvan zijn gemaakt worden gebruikt als computeropslagcomponenten, waarbij de opslagcapaciteit 10-15 keer is toegenomen. Ze hebben de voordelen van een grote capaciteit en hoge toegangssnelheid, en kunnen tienduizenden keren worden afgeveegd en gecoat bij gebruik voor optische schijven met hoge dichtheid. Het zijn belangrijke materialen in de elektronische informatieopslagtechnologie. Het meest gebruikte magneto-optische materiaal in de zichtbare en nabij-infrarode banden is het éénkristal Terbium Gallium Garnet (TGG), het beste magneto-optische materiaal voor het maken van Faraday-rotators en isolatoren.
Voor magneto optisch glas
Magneto-optisch glas van Faraday heeft een goede transparantie en isotropie in de zichtbare en infrarode gebieden, en kan verschillende complexe vormen aannemen. Het is gemakkelijk om grote producten te produceren en deze kunnen in optische vezels worden getrokken. Daarom heeft het brede toepassingsmogelijkheden in magneto-optische apparaten zoals magneto-optische isolatoren, magneto-optische modulatoren en glasvezelstroomsensoren. Vanwege het grote magnetische moment en de kleine absorptiecoëfficiënt in het zichtbare en infrarode bereik zijn Tb3+ionen algemeen gebruikte zeldzame aardionen geworden in magneto-optische glazen.
Terbium dysprosium ferromagnetostrictieve legering
Aan het einde van de 20e eeuw, met de voortdurende verdieping van de technologische wereldrevolutie, kwamen er snel nieuwe materialen voor de toepassing van zeldzame aardmetalen in opkomst. In 1984 werkten Iowa State University, het Ames Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie en het US Navy Surface Weapons Research Center (waaruit het belangrijkste personeel van de later opgerichte Edge Technology Corporation (ET REMA) kwam) samen om een nieuwe zeldzame technologie te ontwikkelen. aarde-intelligent materiaal, namelijk terbium dysprosium ferromagnetisch magnetostrictief materiaal. Dit nieuwe intelligente materiaal heeft uitstekende eigenschappen om elektrische energie snel om te zetten in mechanische energie. De onderwater- en elektro-akoestische transducers gemaakt van dit gigantische magnetostrictieve materiaal zijn met succes geconfigureerd in marineapparatuur, oliebrondetectieluidsprekers, geluids- en trillingscontrolesystemen, en oceaanverkenning en ondergrondse communicatiesystemen. Daarom kreeg het, zodra het terbium dysprosium-ijzergigantische magnetostrictieve materiaal werd geboren, brede aandacht van geïndustrialiseerde landen over de hele wereld. Edge Technologies in de Verenigde Staten begon in 1989 met de productie van terbiumdysprosium-ijzer-gigantische magnetostrictieve materialen en noemde deze Terfenol D. Vervolgens ontwikkelden Zweden, Japan, Rusland, het Verenigd Koninkrijk en Australië ook terbium dysprosium-ijzer-gigantische magnetostrictieve materialen.
Vanuit de geschiedenis van de ontwikkeling van dit materiaal in de Verenigde Staten zijn zowel de uitvinding van het materiaal als de vroege monopolistische toepassingen ervan direct gerelateerd aan de militaire industrie (zoals de marine). Hoewel de militaire en defensiedepartementen van China geleidelijk hun begrip van dit materiaal versterken. Met de aanzienlijke versterking van China's alomvattende nationale kracht zal de vraag naar het verwezenlijken van een militaire concurrentiestrategie voor de 21e eeuw en het verbeteren van de uitrustingsniveaus echter beslist zeer urgent zijn. Daarom zal het wijdverbreide gebruik van terbiumdysprosium-ijzergigantische magnetostrictieve materialen door militaire en nationale defensiedepartementen een historische noodzaak zijn.
Kortom de vele uitstekende eigenschappen vanterbiummaken het tot een onmisbaar lid van veel functionele materialen en een onvervangbare positie in sommige toepassingsgebieden. Vanwege de hoge prijs van terbium hebben mensen echter onderzocht hoe ze het gebruik van terbium kunnen vermijden en minimaliseren om de productiekosten te verlagen. Magneto-optische materialen van zeldzame aardmetalen moeten bijvoorbeeld zoveel mogelijk ook gebruik maken van goedkope dysprosium-ijzerkobalt of gadolinium-terbium-kobalt; Probeer het terbiumgehalte in het groene fluorescerende poeder dat moet worden gebruikt, te verminderen. De prijs is een belangrijke factor geworden die het wijdverbreide gebruik van terbium beperkt. Maar veel functionele materialen kunnen niet zonder, daarom moeten we ons houden aan het principe van ‘goed staal op het lemmet gebruiken’ en proberen het gebruik van terbium zoveel mogelijk te beperken.
Posttijd: 07-aug-2023