Ретки земљани елементису неопходни за развој високе технологије као што су нова енергија и материјали, и имају широку примену у областима као што су ваздухопловство, национална одбрана и војна индустрија. Резултати савременог ратовања показују да оружје ретких земаља доминира бојним пољем, технолошке предности ретких земаља представљају војно технолошке предности, а поседовање ресурса је загарантовано. Стога су ретке земље такође постале стратешки ресурси за које се надмећу велике економије широм света, а кључне стратегије за сировине, као што су ретке земље, често се уздижу у националне стратегије. Европа, Јапан, Сједињене Државе и друге земље и региони посвећују више пажње кључним материјалима као што је ретка земља. Године 2008. Министарство енергетике Сједињених Држава је навело материјале ретких земаља као „стратегију кључних материјала“; Почетком 2010. године Европска унија је најавила оснивање стратешког резервата ретких земаља; Јапанско Министарство просвете, културе, науке и технологије, као и Министарство привреде, индустрије и технологије, 2007. године су већ предложили „План стратегије елемента” и план „Алтернативни материјали ретких метала”. Предузели су сталне мере и политике у погледу резерви ресурса, технолошког напретка, набавке ресурса и тражења алтернативних материјала. Почевши од овог чланка, уредник ће детаљно представити важне, па чак и незаобилазне историјске развојне мисије и улоге ових ретких земљаних елемената.
тербијум припада категорији тешких ретких земаља, са малом заступљеношћу у Земљиној кори од само 1,1 ппм.Тербијум оксидчини мање од 0,01% укупних ретких земаља. Чак иу тешкој руди ретких земаља типа са високим јоном итријума са највећим садржајем тербијума, садржај тербијума чини само 1,1-1,2% укупне ретке земље, што указује да припада „племенитиј“ категорији реткоземних елемената. Тербијум је сребрно сиви метал са дуктилношћу и релативно меком текстуром, који се може сећи ножем; Тачка топљења 1360 ℃, тачка кључања 3123 ℃, густина 8229 4 кг/м3. Више од 100 година од открића тербијума 1843. године, његова оскудица и вредност дуго су спречавали његову практичну примену. Тек у последњих 30 година тербијум је показао свој јединствени таленат.
Откриће Тербијума
У истом периоду кадалантанје откривено, Карл Г. Мосандер из Шведске анализирао је првобитно откривеноитријуми објавио извештај 1842. године, појашњавајући да првобитно откривена итријумска земља није била један елементарни оксид, већ оксид три елемента. Године 1843. Мосандер је открио елемент тербијум кроз своја истраживања на итријумској земљи. Још је једну од њих назвао итријумском земљом и једну од њихербијум оксид. Тек 1877. званично је назван тербијум, са симболом елемента Тб. Његово име потиче из истог извора као и итријум, пореклом из села Итерби у близини Стокхолма, у Шведској, где је први пут откривена руда итријума. Откриће тербијума и још два елемента, лантана и ербијума, отворило је друга врата открићу реткоземних елемената, означавајући другу фазу њиховог открића. Први га је пречистио Г. Урбан 1905. године.
Моссандер
Примена тербијума
Примена одтербијумуглавном укључује високотехнолошке области, које су технолошки интензивне и најсавременије пројекте са интензивним знањем, као и пројекте са значајним економским користима, са атрактивним развојним изгледима. Главне области примене укључују: (1) коришћење у облику мешаних ретких земаља. На пример, користи се као сложено ђубриво ретких земаља и додатак сточној храни за пољопривреду. (2) Активатор за зелени прах у три примарна флуоресцентна праха. Савремени оптоелектронски материјали захтевају употребу три основне боје фосфора, и то црвене, зелене и плаве, које се могу користити за синтезу различитих боја. А тербијум је незаобилазна компонента у многим висококвалитетним зеленим флуоресцентним праховима. (3) Користи се као магнетно оптички материјал за складиштење. Танки филмови од легуре прелазног метала аморфног тербијума коришћени су за производњу магнето оптичких дискова високих перформанси. (4) Производња магнето оптичког стакла. Фарадејево ротационо стакло које садржи тербијум је кључни материјал за производњу ротатора, изолатора и циркулатора у ласерској технологији. (5) Развој и развој феромагнетострикционе легуре тербијум диспрозијум (ТерФенол) отворио је нове примене за тербијум.
За пољопривреду и сточарство
Тербијум ретке земљеможе побољшати квалитет усева и повећати брзину фотосинтезе унутар одређеног опсега концентрације. Комплекси тербијума имају високу биолошку активност, а тернарни комплекси тербијума Тб (Ала) 3БенИм (ЦлО4) 3-3Х2О имају добро антибактеријско и бактерицидно дејство на Стапхилоцоццус ауреус, Бациллус субтилис и Есцхерицхиа цоли, са антибактеријским широким спектром деловања. својства. Проучавање ових комплекса пружа нови истраживачки правац за савремене бактерицидне лекове.
Користи се у области луминисценције
Савремени оптоелектронски материјали захтевају употребу три основне боје фосфора, и то црвене, зелене и плаве, које се могу користити за синтезу различитих боја. А тербијум је незаобилазна компонента у многим висококвалитетним зеленим флуоресцентним праховима. Ако је рођење ТВ црвеног флуоресцентног праха у боји ретких земаља стимулисало потражњу за итријумом и европијумом, онда је примену и развој тербијума промовисао зелени флуоресцентни прах ретких земаља три основне боје за лампе. Почетком 1980-их, Пхилипс је изумео прву компактну штедљиву флуоресцентну лампу на свету и брзо је промовисао широм света. Тб3+ јони могу да емитују зелено светло таласне дужине од 545 нм, а скоро сви зелени флуоресцентни прахови ретких земаља користе тербијум као активатор.
Зелени флуоресцентни прах који се користи за катодне цеви у боји (ЦРТ) одувек се углавном заснивао на јефтином и ефикасном цинк сулфиду, али тербијум прах се одувек користио као пројекцијски ТВ зелени прах у боји, као што је И2СиО5: Тб3+, И3 (Ал, Га) 5О12: Тб3+, и ЛаОБр: Тб3+. Са развојем телевизије високе дефиниције великог екрана (ХДТВ), развијају се и зелени флуоресцентни прахови високих перформанси за ЦРТ. На пример, у иностранству је развијен хибридни зелени флуоресцентни прах, који се састоји од И3 (Ал, Га) 5О12: Тб3+, ЛаОЦл: Тб3+ и И2СиО5: Тб3+, који имају одличну ефикасност луминисценције при високој густини струје.
Традиционални рендгенски флуоресцентни прах је калцијум волфрамат. Током 1970-их и 1980-их, развијени су флуоресцентни прахови ретких земаља за екране за сензибилизацију, као што су тербијумом активирани лантан-сулфид оксид, тербијумом активиран лантан-бромид оксид (за зелене екране) и тербијумом активиран итријум-сулфид оксид. У поређењу са калцијум-волфратомом, флуоресцентни прах ретке земље може смањити време рендгенског зрачења за пацијенте за 80%, побољшати резолуцију рендгенских филмова, продужити животни век рендгенских цеви и смањити потрошњу енергије. Тербијум се такође користи као флуоресцентни прашкасти активатор за медицинске екране за побољшање рендгенских зрака, што може значајно побољшати осетљивост конверзије рендгенских зрака у оптичке слике, побољшати јасноћу рендгенских филмова и значајно смањити дозу експозиције Кс-зрака. зрака на људско тело (за више од 50%).
тербијумсе такође користи као активатор у белом ЛЕД фосфору побуђеном плавом светлошћу за ново полупроводничко осветљење. Може се користити за производњу тербијум алуминијум магнето оптичких кристалних фосфора, користећи диоде које емитују плаво светло као изворе ексцитационог светла, а генерисана флуоресценција се меша са ексцитационим светлом да би се произвела чиста бела светлост.
Електролуминисцентни материјали направљени од тербијума углавном укључују цинк сулфид зелени флуоресцентни прах са тербијумом као активатором. Под ултраљубичастим зрачењем, органски комплекси тербијума могу емитовати јаку зелену флуоресценцију и могу се користити као танкослојни електролуминисцентни материјали. Иако је направљен значајан напредак у проучавању електролуминисцентних танких филмова органског комплекса ретких земаља, још увек постоји одређени јаз у односу на практичност, а истраживања о електролуминисцентним танким филмовима и уређајима ретке земље органског комплекса су још увек у дубини.
Карактеристике флуоресценције тербијума се такође користе као флуоресцентне сонде. Интеракција између комплекса офлоксацин тербијум (Тб3+) и деоксирибонуклеинске киселине (ДНК) проучавана је коришћењем спектра флуоресценције и апсорпције, као што је флуоресцентна сонда офлоксацин тербијума (Тб3+). Резултати су показали да офлоксацин Тб3+сонда може да формира жлеб везивања са ДНК молекулима, а деоксирибонуклеинска киселина може значајно да појача флуоресценцију офлоксацин Тб3+ система. На основу ове промене може се одредити дезоксирибонуклеинска киселина.
За магнето оптичке материјале
Материјали са Фарадејевим ефектом, познати и као магнето-оптички материјали, широко се користе у ласерима и другим оптичким уређајима. Постоје две уобичајене врсте магнето оптичких материјала: магнето оптички кристали и магнето оптичко стакло. Међу њима, магнетно-оптички кристали (као што су итријум гвоздени гранат и тербијум галијум гранат) имају предности подесиве радне фреквенције и високе термичке стабилности, али су скупи и тешки за производњу. Поред тога, многи магнето-оптички кристали са великим Фарадејевим угловима ротације имају високу апсорпцију у краткоталасном опсегу, што ограничава њихову употребу. У поређењу са магнето оптичким кристалима, магнето оптичко стакло има предност високе пропусности и лако се прави у велике блокове или влакна. Тренутно, магнетно-оптичка стакла са високим Фарадејевим ефектом су углавном стакла допирана јонима ретких земаља.
Користи се за магнето оптичке материјале за складиштење
Последњих година, са брзим развојем мултимедије и канцеларијске аутоматизације, потражња за новим магнетним дисковима великог капацитета се повећава. Танки филмови од легуре прелазног метала аморфног тербијума коришћени су за производњу магнето оптичких дискова високих перформанси. Међу њима, танки филм од легуре ТбФеЦо има најбоље перформансе. Магнето-оптички материјали на бази тербијума су произведени у великом обиму, а магнетно-оптички дискови направљени од њих се користе као компоненте за складиштење рачунара, са капацитетом складиштења повећаном за 10-15 пута. Имају предности великог капацитета и велике брзине приступа и могу се брисати и премазати десетине хиљада пута када се користе за оптичке дискове високе густине. Они су важан материјал у технологији електронског складиштења информација. Најчешће коришћени магнетно-оптички материјал у видљивом и блиском инфрацрвеном опсегу је монокристал тербијум галијум гранат (ТГГ), који је најбољи магнето-оптички материјал за израду Фарадејевих ротатора и изолатора.
За магнетно оптичко стакло
Фарадаи магнето оптичко стакло има добру транспарентност и изотропију у видљивом и инфрацрвеном подручју и може формирати различите сложене облике. Лако је производити производе великих димензија и могу се увући у оптичка влакна. Због тога има широку перспективу примене у магнето оптичким уређајима као што су магнето оптички изолатори, магнето оптички модулатори и оптички сензори струје. Због свог великог магнетног момента и малог коефицијента апсорпције у видљивом и инфрацрвеном опсегу, јони Тб3+ су постали уобичајени јони ретких земаља у магнето оптичким наочарима.
Тербијум диспрозијум феромагнетострикциона легура
Крајем 20. века, уз континуирано продубљивање светске технолошке револуције, брзо су се појављивали нови материјали за примену ретких земаља. Године 1984. Државни универзитет Ајове, лабораторија Амес Министарства енергетике САД и Центар за истраживање површинског оружја америчке морнарице (из којег је потекло главно особље касније основане Едге Тецхнологи Цорпоратион (ЕТ РЕМА)) сарађивали су на развоју новог ретког земаљски интелигентни материјал, односно тербијум диспрозијум феромагнетни магнетостриктивни материјал. Овај нови интелигентни материјал има одличне карактеристике брзог претварања електричне енергије у механичку енергију. Подводни и електро-акустични претварачи направљени од овог гигантског магнетостриктивног материјала успешно су конфигурисани у поморској опреми, звучницима за детекцију нафтних бушотина, системима за контролу буке и вибрација, и системима за истраживање океана и подземне комуникације. Стога, чим се родио џиновски магнетостриктивни материјал тербијум диспрозијум гвожђа, добио је широку пажњу индустријализованих земаља широм света. Едге Тецхнологиес у Сједињеним Државама је 1989. године почела да производи џиновске магнетостриктивне материјале од гвожђа са тербијум диспрозијумом и назвала их Терфенол Д. Касније су Шведска, Јапан, Русија, Уједињено Краљевство и Аустралија такође развиле тербијум диспрозијум гвожђе гигантске магнетостриктивне материјале.
Из историје развоја овог материјала у Сједињеним Државама, и проналазак материјала и његове ране монополистичке примене су директно повезане са војном индустријом (као што је морнарица). Иако кинеска војна и одбрамбена одељења постепено јачају своје разумевање овог материјала. Међутим, са значајним повећањем свеобухватне националне снаге Кине, захтев за постизањем војне конкурентске стратегије 21. века и побољшањем нивоа опреме ће дефинитивно бити веома хитан. Због тога ће широка употреба тербијум диспрозијум гвоздених џиновских магнетостриктивних материјала од стране војних и националних одељења одбране бити историјска неопходност.
Укратко, многе одличне особинетербијумчине га незаменљивим чланом многих функционалних материјала и незаменљивом позицијом у неким областима примене. Међутим, због високе цене тербијума, људи су проучавали како да избегну и минимизирају употребу тербијума у циљу смањења трошкова производње. На пример, магнетно-оптички материјали ретких земаља такође треба да користе јефтин диспрозијум гвожђе кобалт или гадолинијум тербијум кобалт што је више могуће; Покушајте да смањите садржај тербијума у зеленом флуоресцентном праху који се мора користити. Цена је постала важан фактор који ограничава широку употребу тербијума. Али многи функционални материјали не могу без тога, тако да се морамо придржавати принципа „коришћења доброг челика на сечиву“ и покушати да уштедимо употребу тербијума што је више могуће.
Време поста: 07.08.2023