Sällsynta jordartselementär oumbärliga för utvecklingen av högteknologi såsom ny energi och material, och har ett brett tillämpningsvärde inom områden som flyg, nationellt försvar och militär industri. Resultaten av modern krigföring indikerar att sällsynta jordartsvapen dominerar slagfältet, sällsynta jordartstekniska fördelar representerar militära tekniska fördelar, och att ha resurser är garanterat. Därför har sällsynta jordartsmetaller också blivit strategiska resurser som stora ekonomier runt om i världen konkurrerar om, och viktiga råvarustrategier som sällsynta jordartsmetaller leder ofta till nationella strategier. Europa, Japan, USA och andra länder och regioner ägnar mer uppmärksamhet åt nyckelmaterial som sällsynta jordartsmetaller. Under 2008 listades sällsynta jordartsmetaller som "nyckelmaterialstrategi" av USA:s energidepartement; I början av 2010 tillkännagav Europeiska unionen inrättandet av en strategisk reserv av sällsynta jordartsmetaller; År 2007 hade det japanska ministeriet för utbildning, kultur, vetenskap och teknik, liksom ministeriet för ekonomi, industri och teknik, redan föreslagit "Element Strategy Plan" och "Rare Metal Alternative Materials"-planen. De har vidtagit kontinuerliga åtgärder och policyer inom resursreserver, tekniska framsteg, resursanskaffning och sökandet efter alternativa material. Med utgångspunkt från den här artikeln kommer redaktören att i detalj presentera de viktiga och till och med oumbärliga historiska utvecklingsuppdragen och rollerna för dessa sällsynta jordartsmetaller.
Terbium tillhör kategorin tunga sällsynta jordartsmetaller, med en låg förekomst i jordskorpan på endast 1,1 ppm.Terbiumoxidstår för mindre än 0,01 % av det totala antalet sällsynta jordartsmetaller. Även i den tunga sällsynta jordartsmetallmalmen med hög yttriumjontyp med högst halt av terbium, står terbiumhalten endast för 1,1-1,2 % av den totala sällsynta jordartsmetallen, vilket indikerar att den tillhör den "ädla" kategorin av sällsynta jordartsmetaller. Terbium är en silvergrå metall med duktilitet och relativt mjuk konsistens, som kan skäras upp med en kniv; Smältpunkt 1360 ℃, kokpunkt 3123 ℃, densitet 8229 4kg/m3. I över 100 år sedan upptäckten av terbium 1843, har dess brist och värde hindrat dess praktiska tillämpning under lång tid. Det är bara under de senaste 30 åren som terbium har visat sin unika talang.
Upptäckten av terbium
Under samma period närlantanupptäcktes, analyserade Sveriges Karl G. Mosander det ursprungligen upptäcktayttriumoch publicerade en rapport 1842, som klargjorde att den ursprungligen upptäckta yttriumjorden inte var en enda elementär oxid, utan en oxid av tre element. År 1843 upptäckte Mossander grundämnet terbium genom sin forskning om yttriumjord. Han döpte fortfarande en av dem till yttriumjord och en av demerbiumoxid. Det var inte förrän 1877 som det officiellt fick namnet terbium, med grundämnessymbolen Tb. Dess namn kommer från samma källa som yttrium, som kommer från byn Ytterby nära Stockholm, där yttriummalm först upptäcktes. Upptäckten av terbium och två andra grundämnen, lantan och erbium, öppnade den andra dörren till upptäckten av sällsynta jordartsmetaller, vilket markerade det andra steget av deras upptäckt. Det renades först av G. Urban 1905.
Mossander
Applicering av terbium
Tillämpningen avterbiuminvolverar mestadels högteknologiska områden, som är teknikintensiva och kunskapsintensiva spjutspetsprojekt, samt projekt med betydande ekonomiska fördelar, med attraktiva utvecklingsmöjligheter. De huvudsakliga tillämpningsområdena inkluderar: (1) utnyttjas i form av blandade sällsynta jordartsmetaller. Till exempel används det som en sällsynt jordartsmetallblandning och fodertillsats för jordbruket. (2) Aktivator för grönt pulver i tre primära fluorescerande pulver. Moderna optoelektroniska material kräver användning av tre grundläggande färger av fosfor, nämligen röd, grön och blå, som kan användas för att syntetisera olika färger. Och terbium är en oumbärlig komponent i många högkvalitativa gröna fluorescerande pulver. (3) Används som magnetoptiskt lagringsmaterial. Amorfa metallterbiumövergångsmetallegeringsfilmer har använts för att tillverka högpresterande magnetoptiska skivor. (4) Tillverkar magnetoptiskt glas. Faraday rotationsglas som innehåller terbium är ett nyckelmaterial för tillverkning av rotatorer, isolatorer och cirkulatorer inom laserteknik. (5) Utvecklingen och utvecklingen av terbiumdysprosium ferromagnetostriktiv legering (TerFenol) har öppnat upp för nya tillämpningar för terbium.
För jordbruk och djurhållning
Sällsynt jordart terbiumkan förbättra kvaliteten på grödor och öka fotosynteshastigheten inom ett visst koncentrationsområde. Terbiumkomplexen har hög biologisk aktivitet, och de ternära komplexen av terbium, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, har goda antibakteriella och bakteriedödande effekter på Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis och Escherichia coli, med bredspektrum antibakteriella fastigheter. Studiet av dessa komplex ger en ny forskningsriktning för moderna bakteriedödande läkemedel.
Används inom området luminescens
Moderna optoelektroniska material kräver användning av tre grundläggande färger av fosfor, nämligen röd, grön och blå, som kan användas för att syntetisera olika färger. Och terbium är en oumbärlig komponent i många högkvalitativa gröna fluorescerande pulver. Om födelsen av rött fluorescerande pulver för färg-TV med sällsynta jordartsmetaller har stimulerat efterfrågan på yttrium och europium, så har tillämpningen och utvecklingen av terbium främjats av sällsynta jordartsmetaller med tre primära gröna fluorescerande pulver för lampor. I början av 1980-talet uppfann Philips världens första kompakta energibesparande lysrör och marknadsförde den snabbt globalt. Tb3+joner kan avge grönt ljus med en våglängd på 545nm, och nästan alla gröna fluorescerande pulver av sällsynta jordartsmetaller använder terbium som aktivator.
Det gröna fluorescerande pulvret som används för färg-TV katodstrålerör (CRT) har alltid huvudsakligen varit baserat på billig och effektiv zinksulfid, men terbiumpulver har alltid använts som grönt pulver för projektionsfärg-TV, såsom Y2SiO5: Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5012: Tb3+ och LaOBr: Tb3+. Med utvecklingen av högupplöst TV (HDTV) med stor skärm, utvecklas även högpresterande gröna fluorescerande pulver för CRT. Till exempel har ett hybridt grönt fluorescerande pulver utvecklats utomlands, bestående av Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+ och Y2SiO5: Tb3+, som har utmärkt luminescenseffektivitet vid hög strömtäthet.
Det traditionella röntgenfluorescerande pulvret är kalciumvolframat. På 1970- och 1980-talen utvecklades fluorescerande pulver av sällsynta jordartsmetaller för sensibiliseringsskärmar, såsom terbiumaktiverad lantansulfidoxid, terbiumaktiverad lantanbromidoxid (för gröna skärmar) och terbiumaktiverad yttriumsulfidoxid. Jämfört med kalciumvolframat kan fluorescerande pulver av sällsynta jordartsmetaller minska tiden för röntgenbestrålning för patienter med 80 %, förbättra upplösningen av röntgenfilmer, förlänga livslängden för röntgenrör och minska energiförbrukningen. Terbium används också som en fluorescerande pulveraktivator för medicinska röntgenförstärkningsskärmar, vilket avsevärt kan förbättra känsligheten för röntgenomvandling till optiska bilder, förbättra klarheten hos röntgenfilmer och kraftigt minska exponeringsdosen av röntgen- strålar till människokroppen (med mer än 50%).
Terbiumanvänds också som aktivator i den vita LED-fosforen som exciteras av blått ljus för ny halvledarbelysning. Den kan användas för att producera terbiumaluminiummagnetooptiska kristallfosforer, med hjälp av blåljusemitterande dioder som excitationsljuskällor, och den genererade fluorescensen blandas med excitationsljuset för att producera rent vitt ljus.
De elektroluminescerande materialen gjorda av terbium inkluderar huvudsakligen zinksulfidgrönt fluorescerande pulver med terbium som aktivator. Under ultraviolett bestrålning kan organiska komplex av terbium avge stark grön fluorescens och kan användas som elektroluminescerande tunnfilmsmaterial. Även om betydande framsteg har gjorts i studiet av organiska komplexa elektroluminescerande tunna filmer av sällsynta jordartsmetaller, finns det fortfarande ett visst gap från praktiska egenskaper, och forskning om organiska komplexa elektroluminescerande tunna filmer och anordningar för sällsynta jordartsmetaller är fortfarande på djupet.
Terbiums fluorescensegenskaper används också som fluorescenssonder. Interaktionen mellan ofloxacinterbium (Tb3+)-komplex och deoxiribonukleinsyra (DNA) studerades med användning av fluorescens- och absorptionsspektra, såsom fluorescensproben för ofloxacinterbium (Tb3+). Resultaten visade att ofloxacin Tb3+-sonden kan bilda en spårbindning med DNA-molekyler, och deoxiribonukleinsyra kan signifikant förbättra fluorescensen av ofloxacin Tb3+-systemet. Baserat på denna förändring kan deoxiribonukleinsyra bestämmas.
För magnetoptiska material
Material med Faraday-effekt, även känd som magneto-optiska material, används ofta i lasrar och andra optiska enheter. Det finns två vanliga typer av magnetoptiska material: magnetoptiska kristaller och magnetoptiska glas. Bland dem har magneto-optiska kristaller (såsom yttriumjärngranat och terbiumgalliumgranat) fördelarna med justerbar arbetsfrekvens och hög termisk stabilitet, men de är dyra och svåra att tillverka. Dessutom har många magnetoptiska kristaller med höga Faraday-rotationsvinklar hög absorption i kortvågsområdet, vilket begränsar deras användning. Jämfört med magnetoptiska kristaller har magnetoptiskt glas fördelen av hög transmittans och är lätt att göra till stora block eller fibrer. För närvarande är magnetoptiska glasögon med hög Faraday-effekt huvudsakligen sällsynta jordartsmetalljondopade glas.
Används för magnetooptiska lagringsmaterial
Under de senaste åren, med den snabba utvecklingen av multimedia och kontorsautomation, har efterfrågan på nya magnetskivor med hög kapacitet ökat. Amorfa metallterbiumövergångsmetallegeringsfilmer har använts för att tillverka högpresterande magnetoptiska skivor. Bland dem har TbFeCo-legeringen den bästa prestandan. Terbiumbaserade magneto-optiska material har producerats i stor skala, och magneto-optiska skivor tillverkade av dem används som datorlagringskomponenter, med lagringskapaciteten ökad med 10-15 gånger. De har fördelarna med stor kapacitet och snabb åtkomsthastighet, och kan torkas och beläggas tiotusentals gånger när de används för optiska skivor med hög densitet. De är viktiga material inom elektronisk informationslagringsteknik. Det mest använda magneto-optiska materialet i de synliga och nära-infraröda banden är Terbium Gallium Garnet (TGG) enkristall, som är det bästa magnetoptiska materialet för att tillverka Faradays rotatorer och isolatorer.
För magnetoptiskt glas
Faraday magneto optiskt glas har god transparens och isotropi i de synliga och infraröda områdena och kan bilda olika komplexa former. Det är lätt att producera stora produkter och kan dras till optiska fibrer. Därför har den breda tillämpningsmöjligheter inom magnetoptiska enheter som magnetoptiska isolatorer, magnetoptiska modulatorer och fiberoptiska strömsensorer. På grund av dess stora magnetiska moment och små absorptionskoefficient i det synliga och infraröda området, har Tb3+joner blivit vanligast använda sällsynta jordartsmetalljoner i magnetoptiska glasögon.
Terbium dysprosium ferromagnetostriktiv legering
I slutet av 1900-talet, med den kontinuerliga fördjupningen av den globala tekniska revolutionen, växte nya sällsynta jordartsmetaller fram snabbt. 1984 samarbetade Iowa State University, Ames Laboratory vid US Department of Energy och US Navy Surface Weapons Research Center (varifrån huvudpersonalen från det senare etablerade Edge Technology Corporation (ET REMA) kom) för att utveckla en ny sällsynt jord intelligent material, nämligen terbium dysprosium ferromagnetiskt magnetostriktiva material. Detta nya intelligenta material har utmärkta egenskaper för att snabbt omvandla elektrisk energi till mekanisk energi. Undervattens- och elektroakustiska omvandlare gjorda av detta gigantiska magnetostriktiva material har framgångsrikt konfigurerats i marinutrustning, högtalare för detektering av oljekällor, styrsystem för buller och vibrationer, samt havsprospektering och underjordiska kommunikationssystem. Så snart det magnetostriktiva materialet terbiumdysprosium järn, jättelikt, föddes, fick det därför stor uppmärksamhet från industriländer runt om i världen. Edge Technologies i USA började producera terbiumdysprosium järngigantiska magnetostriktiva material 1989 och gav dem namnet Terfenol D. Därefter utvecklade Sverige, Japan, Ryssland, Storbritannien och Australien också magnetostriktiva material av terbiumdysprosiumjärn.
Från historien om utvecklingen av detta material i USA är både uppfinningen av materialet och dess tidiga monopolistiska tillämpningar direkt relaterade till militärindustrin (som flottan). Även om Kinas militära och försvarsdepartement gradvis stärker sin förståelse av detta material. Men med den betydande förbättringen av Kinas omfattande nationella styrka kommer kravet på att uppnå en militär konkurrensstrategi för 2000-talet och förbättra utrustningsnivåerna definitivt att vara mycket brådskande. Därför kommer den utbredda användningen av terbiumdysprosium järngigantiska magnetostriktiva material av militära och nationella försvarsdepartement att vara en historisk nödvändighet.
Kort sagt, de många utmärkta egenskaperna hosterbiumgör den till en oumbärlig del av många funktionella material och en oersättlig position inom vissa applikationsområden. Men på grund av det höga priset på terbium har man studerat hur man undviker och minimerar användningen av terbium för att minska produktionskostnaderna. Till exempel, sällsynta jordartsmetaller magneto-optiska material bör också använda billiga dysprosium järnkobolt eller gadolinium terbium kobolt så mycket som möjligt; Försök att minska halten terbium i det gröna fluorescerande pulvret som måste användas. Priset har blivit en viktig faktor som begränsar den utbredda användningen av terbium. Men många funktionella material klarar sig inte utan det, så vi måste hålla fast vid principen att "använda bra stål på bladet" och försöka spara användningen av terbium så mycket som möjligt.
Posttid: 2023-07-07