Elemente të rralla të tokësjanë të domosdoshme për zhvillimin e teknologjisë së lartë si energjia dhe materialet e reja, dhe kanë vlerë të gjerë aplikimi në fusha të tilla si hapësira ajrore, mbrojtja kombëtare dhe industria ushtarake. Rezultatet e luftës moderne tregojnë se armët e rralla të tokës mbizotërojnë në fushën e betejës, avantazhet teknologjike të tokës së rralla përfaqësojnë avantazhe teknologjike ushtarake dhe se disponimi i burimeve është i garantuar. Prandaj, tokat e rralla janë bërë gjithashtu burime strategjike për të cilat konkurrojnë ekonomitë kryesore në mbarë botën, dhe strategjitë kryesore të lëndëve të para si tokat e rralla shpesh ngrihen në strategji kombëtare. Evropa, Japonia, Shtetet e Bashkuara dhe vende dhe rajone të tjera i kushtojnë më shumë vëmendje materialeve kryesore si toka e rrallë. Në vitin 2008, materialet e tokës së rrallë u renditën si "strategjia e materialeve kryesore" nga Departamenti i Energjisë i Shteteve të Bashkuara; Në fillim të vitit 2010, Bashkimi Evropian shpalli krijimin e një rezerve strategjike të tokave të rralla; Në vitin 2007, Ministria Japoneze e Arsimit, Kulturës, Shkencës dhe Teknologjisë, si dhe Ministria e Ekonomisë, Industrisë dhe Teknologjisë, kishin propozuar tashmë "Planin e Strategjisë së Elementit" dhe "Materialet Alternative të Metaleve të Rralla". Ata kanë ndërmarrë masa dhe politika të vazhdueshme në rezervat e burimeve, përparimin teknologjik, përvetësimin e burimeve dhe kërkimin e materialeve alternative. Duke u nisur nga ky artikull, redaktori do të prezantojë në detaje misionet dhe rolet e zhvillimit historik të rëndësishëm dhe madje të domosdoshëm të këtyre elementeve të tokës së rrallë.
Terbium i përket kategorisë së tokave të rralla të rënda, me një bollëk të ulët në koren e Tokës në vetëm 1.1 ppm.Oksidi i terbiumitpërbën më pak se 0.01% të totalit të tokave të rralla. Edhe në mineralin e rëndë të tokës së rrallë të tipit të jonit të lartë të ittriumit me përmbajtjen më të lartë të terbiumit, përmbajtja e terbiumit përbën vetëm 1,1-1,2% të totalit të tokës së rrallë, gjë që tregon se i përket kategorisë "fisnike" të elementeve tokësore të rralla. Terbiumi është një metal gri argjendi me duktilitet dhe teksturë relativisht të butë, i cili mund të hapet me thikë; Pika e shkrirjes 1360 ℃, pika e vlimit 3123 ℃, dendësia 8229 4 kg/m3. Për më shumë se 100 vjet që nga zbulimi i terbiumit në 1843, pamjaftueshmëria dhe vlera e tij kanë penguar zbatimin e tij praktik për një kohë të gjatë. Vetëm në 30 vitet e fundit terbium ka treguar talentin e tij unik.
Zbulimi i Terbiumit
Gjatë së njëjtës periudhë kurlantaniu zbulua, Karl G. Mosander i Suedisë analizoi zbulimin fillimishtittriumdhe botoi një raport në 1842, duke sqaruar se toka e itriumit të zbuluar fillimisht nuk ishte një oksid i vetëm elementar, por një oksid prej tre elementësh. Në vitin 1843, Mossander zbuloi elementin terbium përmes kërkimit të tij mbi tokë ittrium. Ai ende e quajti njërin prej tyre tokë ytrium dhe njërin prej tyreoksidi i erbiumit. Vetëm në vitin 1877 u emërua zyrtarisht terbium, me simbolin e elementit Tb. Emërtimi i tij vjen nga i njëjti burim si ittriumi, me origjinë nga fshati Ytterby afër Stokholmit, Suedi, ku u zbulua për herë të parë xeherori i ytrit. Zbulimi i terbiumit dhe dy elementeve të tjerë, lantanit dhe erbiumit, hapi derën e dytë për zbulimin e elementeve të rralla të tokës, duke shënuar fazën e dytë të zbulimit të tyre. Ajo u pastrua për herë të parë nga G. Urban në 1905.
Mossander
Aplikimi i terbiumit
Aplikimi iterbiumpërfshin kryesisht fusha të teknologjisë së lartë, të cilat janë projekte të avancuara intensive teknologjike dhe intensive me njohuri, si dhe projekte me përfitime të konsiderueshme ekonomike, me perspektiva tërheqëse zhvillimi. Fushat kryesore të aplikimit përfshijnë: (1) duke u përdorur në formën e tokave të rralla të përziera. Për shembull, përdoret si pleh i përbërë nga toka të rralla dhe shtues ushqimor për bujqësi. (2) Aktivizues për pluhur jeshil në tre pluhura fluoreshente primare. Materialet optoelektronike moderne kërkojnë përdorimin e tre ngjyrave bazë të fosforit, domethënë të kuqe, jeshile dhe blu, të cilat mund të përdoren për të sintetizuar ngjyra të ndryshme. Dhe terbiumi është një komponent i domosdoshëm në shumë pluhura fluoreshente jeshile me cilësi të lartë. (3) Përdoret si një material magazinimi magneto optik. Për prodhimin e disqeve magneto optike me performancë të lartë, janë përdorur filma të hollë aliazh metalik të tranzicionit terbium metalik amorf. (4) Prodhimi i xhamit magneto optik. Xhami rrotullues Faraday që përmban terbium është një material kyç për prodhimin e rrotulluesve, izolatorëve dhe qarkulluesve në teknologjinë lazer. (5) Zhvillimi dhe zhvillimi i aliazhit ferromagnetostriktive terbium dysprosium (TerFenol) ka hapur aplikime të reja për terbiumin.
Për bujqësi dhe blegtori
Terbiumi i tokës së rrallëmund të përmirësojë cilësinë e të korrave dhe të rrisë shkallën e fotosintezës brenda një diapazoni të caktuar përqendrimi. Komplekset e terbiumit kanë aktivitet të lartë biologjik dhe komplekset treshe të terbiumit, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, kanë efekte të mira antibakteriale dhe baktericid ndaj Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis dhe Escherichia coli, me spektër të gjerë antibakterial. vetitë. Studimi i këtyre komplekseve ofron një drejtim të ri kërkimor për barnat moderne baktericid.
Përdoret në fushën e lumineshencës
Materialet optoelektronike moderne kërkojnë përdorimin e tre ngjyrave bazë të fosforit, domethënë të kuqe, jeshile dhe blu, të cilat mund të përdoren për të sintetizuar ngjyra të ndryshme. Dhe terbiumi është një komponent i domosdoshëm në shumë pluhura fluoreshente jeshile me cilësi të lartë. Nëse lindja e pluhurit fluoreshente me ngjyra të rralla të televizorit me ngjyra të rralla dhe të kuqe ka stimuluar kërkesën për itrium dhe europium, atëherë aplikimi dhe zhvillimi i terbiumit janë promovuar nga pluhuri fluoreshent me tre ngjyra primare të tokës së rrallë për llambat. Në fillim të viteve 1980, Philips shpiku llambën e parë kompakte fluoreshente të kursimit të energjisë në botë dhe e promovoi shpejt atë globalisht. Jonet Tb3+ mund të lëshojnë dritë jeshile me një gjatësi vale prej 545 nm dhe pothuajse të gjitha pluhurat fluoreshente jeshile të tokës së rrallë përdorin terbiumin si aktivizues.
Pluhuri fluoreshent i gjelbër i përdorur për tubat e rrezeve katodë të TV me ngjyra (CRT) ka qenë gjithmonë i bazuar kryesisht në sulfid zinku të lirë dhe efikas, por pluhuri i terbiumit është përdorur gjithmonë si pluhur jeshil i TV me ngjyra projektimi, si Y2SiO5: Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+ dhe LaOBr: Tb3+. Me zhvillimin e televizionit me ekran të madh me definicion të lartë (HDTV), po zhvillohen gjithashtu pluhura fluoreshente jeshile me performancë të lartë për CRT. Për shembull, një pluhur hibrid fluoreshent jeshil është zhvilluar jashtë vendit, i përbërë nga Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+ dhe Y2SiO5: Tb3+, të cilat kanë efikasitet të shkëlqyer lumineshence në densitet të lartë të rrymës.
Pluhuri tradicional fluoreshent me rreze X është tungstat i kalciumit. Në vitet 1970 dhe 1980, u zhvilluan pluhurat fluoreshente të tokës të rralla për ekranet e sensibilizimit, të tilla si oksidi i sulfurit të lantanumit të aktivizuar me terbium, oksidi i bromit i lantanumit të aktivizuar me terbium (për ekranet e gjelbër) dhe oksidi i ytrit sulfid i aktivizuar me terbium. Krahasuar me tungstatin e kalciumit, pluhuri fluoreshent i tokës së rrallë mund të zvogëlojë kohën e rrezatimit me rreze X për pacientët me 80%, të përmirësojë rezolucionin e filmave me rreze X, të zgjasë jetëgjatësinë e tubave me rreze X dhe të zvogëlojë konsumin e energjisë. Terbiumi përdoret gjithashtu si një aktivizues pluhuri fluoreshent për ekranet mjekësore të përmirësimit të rrezeve X, i cili mund të përmirësojë ndjeshëm ndjeshmërinë e shndërrimit të rrezeve X në imazhe optike, të përmirësojë qartësinë e filmave me rreze X dhe të zvogëlojë shumë dozën e ekspozimit të X- rrezet në trupin e njeriut (me më shumë se 50%).
Terbiumpërdoret gjithashtu si një aktivizues në fosforin e bardhë LED të ngacmuar nga drita blu për ndriçimin e ri gjysmëpërçues. Mund të përdoret për të prodhuar fosfore kristalore optike magneto alumini terbium, duke përdorur dioda që lëshojnë dritë blu si burime drite ngacmuese, dhe fluoreshenca e krijuar përzihet me dritën e ngacmimit për të prodhuar dritë të bardhë të pastër.
Materialet elektrolumineshente të bëra nga terbiumi kryesisht përfshijnë pluhur fluoreshente jeshil të sulfurit të zinkut me terbium si aktivizues. Nën rrezatimin ultravjollcë, komplekset organike të terbiumit mund të lëshojnë fluoreshencë të fortë jeshile dhe mund të përdoren si materiale elektrolumineshente me film të hollë. Megjithëse është bërë përparim i rëndësishëm në studimin e filmave të hollë elektrolumineshent të kompleksit organik të tokës së rrallë, ka ende një hendek të caktuar nga praktika dhe kërkimi mbi filmat dhe pajisjet e hollë elektrolumineshente komplekse organike të tokës së rrallë është ende i thellë.
Karakteristikat e fluoreshencës së terbiumit përdoren gjithashtu si sonda fluoreshence. Ndërveprimi midis kompleksit ofloxacin terbium (Tb3+) dhe acidit deoksiribonukleik (ADN) u studiua duke përdorur spektrat e fluoreshencës dhe absorbimit, siç është sonda e fluoreshencës së ofloxacin terbium (Tb3+). Rezultatet treguan se sonda ofloxacin Tb3+ mund të formojë një brazdë lidhëse me molekulat e ADN-së dhe acidi deoksiribonukleik mund të rrisë ndjeshëm fluoreshencën e sistemit ofloxacin Tb3+. Bazuar në këtë ndryshim, mund të përcaktohet acidi deoksiribonukleik.
Për materialet magneto optike
Materialet me efekt Faraday, të njohura edhe si materiale magneto-optike, përdoren gjerësisht në lazer dhe pajisje të tjera optike. Ekzistojnë dy lloje të zakonshme të materialeve magneto optike: kristalet magneto optike dhe xhami magneto optik. Midis tyre, kristalet magneto-optike (të tilla si granati i hekurit ittrium dhe granati galium terbium) kanë avantazhet e frekuencës së rregullueshme të funksionimit dhe stabilitetit të lartë termik, por ato janë të shtrenjta dhe të vështira për t'u prodhuar. Përveç kësaj, shumë kristale magneto-optike me kënde të larta rrotullimi Faraday kanë thithje të lartë në intervalin e valëve të shkurtra, gjë që kufizon përdorimin e tyre. Krahasuar me kristalet magneto optike, xhami magneto optik ka avantazhin e transmetimit të lartë dhe është i lehtë për t'u bërë blloqe ose fibra të mëdha. Aktualisht, syzet magneto-optike me efekt të lartë Faraday janë kryesisht gota të ndotura me jon të tokës së rrallë.
Përdoret për magazinimin e materialeve magneto optike
Vitet e fundit, me zhvillimin e shpejtë të multimedias dhe automatizimit të zyrave, kërkesa për disqe të rinj magnetikë me kapacitet të lartë është rritur. Për prodhimin e disqeve magneto optike me performancë të lartë, janë përdorur filma të hollë aliazh metalik të tranzicionit terbium metalik amorf. Midis tyre, filmi i hollë i aliazhit TbFeCo ka performancën më të mirë. Materialet magneto-optike me bazë terbiumi janë prodhuar në një shkallë të madhe, dhe disqet magneto-optike të prodhuara prej tyre përdoren si komponentë të ruajtjes së kompjuterit, me kapacitet ruajtjeje të rritur me 10-15 herë. Ata kanë avantazhet e kapacitetit të madh dhe shpejtësisë së shpejtë të aksesit, dhe mund të fshihen dhe të lyhen dhjetëra mijëra herë kur përdoren për disqe optike me densitet të lartë. Ato janë materiale të rëndësishme në teknologjinë e ruajtjes së informacionit elektronik. Materiali magneto-optik më i përdorur në brezat e dukshëm dhe afër infra të kuqe është një kristal Terbium Gallium Garnet (TGG), i cili është materiali magneto-optik më i mirë për të bërë rrotullues dhe izolues Faraday.
Për xhamin magneto optik
Xhami magneto optik Faraday ka transparencë dhe izotropi të mirë në rajonet e dukshme dhe infra të kuqe, dhe mund të formojë forma të ndryshme komplekse. Është e lehtë të prodhohen produkte me përmasa të mëdha dhe mund të tërhiqen në fibra optike. Prandaj, ai ka perspektiva të gjera aplikimi në pajisjet magneto optike siç janë izoluesit magneto optikë, modulatorët magneto optikë dhe sensorët e rrymës me fibra optike. Për shkak të momentit të madh magnetik dhe koeficientit të vogël të absorbimit në rrezen e dukshme dhe infra të kuqe, jonet Tb3+ janë bërë jonet e tokës të rralla të përdorura zakonisht në gotat magneto optike.
Lidhje feromagnetostriktive terbium dysprosium
Në fund të shekullit të 20-të, me thellimin e vazhdueshëm të revolucionit teknologjik botëror, materialet e reja të aplikimit për tokë të rralla po shfaqeshin me shpejtësi. Në vitin 1984, Universiteti Shtetëror i Iowa-s, Laboratori Ames i Departamentit të Energjisë së SHBA-së dhe Qendra e Kërkimit të Armëve Sipërfaqesore të Marinës së SHBA-së (nga e cila erdhi personeli kryesor i Korporatës së Teknologjisë Edge (ET REMA) të themeluar më vonë) bashkëpunuan për të zhvilluar një të re të rrallë. material inteligjent i tokës, përkatësisht terbium dysprosium material magnetostrictive ferromagnetik. Ky material i ri inteligjent ka karakteristika të shkëlqyera të shndërrimit të shpejtë të energjisë elektrike në energji mekanike. Transformuesit nënujorë dhe elektro-akustikë të bërë nga ky material gjigant magnetostrictive janë konfiguruar me sukses në pajisjet detare, altoparlantët e zbulimit të puseve të naftës, sistemet e kontrollit të zhurmës dhe dridhjeve, si dhe në sistemet e komunikimit të eksplorimit të oqeanit dhe nëntokës. Prandaj, sapo lindi materiali magnetostriktiv gjigant i hekurit terbium dysprosium, ai mori një vëmendje të gjerë nga vendet e industrializuara në mbarë botën. Edge Technologies në Shtetet e Bashkuara filloi prodhimin e materialeve magnetostrictive gjigante të hekurit terbium dysprosium në vitin 1989 dhe i quajti Terfenol D. Më pas, Suedia, Japonia, Rusia, Mbretëria e Bashkuar dhe Australia zhvilluan gjithashtu materiale magnetostrictive gjigante hekuri terbium dysprosium.
Nga historia e zhvillimit të këtij materiali në Shtetet e Bashkuara, si shpikja e materialit ashtu edhe aplikimet e tij të hershme monopolistike lidhen drejtpërdrejt me industrinë ushtarake (si p.sh. marina). Megjithëse departamentet ushtarake dhe të mbrojtjes së Kinës po forcojnë gradualisht të kuptuarit e tyre për këtë material. Megjithatë, me rritjen e ndjeshme të forcës gjithëpërfshirëse kombëtare të Kinës, kërkesa për arritjen e një strategjie konkurruese ushtarake të shekullit të 21-të dhe përmirësimin e niveleve të pajisjeve do të jetë patjetër shumë urgjente. Prandaj, përdorimi i gjerë i materialeve magnetostriktive gjigante të hekurit terbium dysprosium nga departamentet ushtarake dhe kombëtare të mbrojtjes do të jetë një domosdoshmëri historike.
Me pak fjalë, vetitë e shumta të shkëlqyera tëterbiume bëjnë atë një pjesë të pazëvendësueshme të shumë materialeve funksionale dhe një pozicion të pazëvendësueshëm në disa fusha aplikimi. Megjithatë, për shkak të çmimit të lartë të terbiumit, njerëzit kanë studiuar se si të shmangin dhe minimizojnë përdorimin e terbiumit në mënyrë që të reduktojnë kostot e prodhimit. Për shembull, materialet magneto-optike të tokës së rrallë duhet të përdorin sa më shumë kobalt hekuri dysprosium me kosto të ulët ose kobalt gadolinium terbium; Mundohuni të zvogëloni përmbajtjen e terbiumit në pluhurin fluoreshent të gjelbër që duhet përdorur. Çmimi është bërë një faktor i rëndësishëm që kufizon përdorimin e gjerë të terbiumit. Por shumë materiale funksionale nuk mund të bëjnë pa të, kështu që ne duhet t'i përmbahemi parimit të "përdorimit të çelikut të mirë në teh" dhe të përpiqemi të kursejmë sa më shumë përdorimin e terbiumit.
Koha e postimit: Gusht-07-2023