องค์ประกอบของโลกหายากเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้สำหรับการพัฒนาเทคโนโลยีขั้นสูงเช่นพลังงานและวัสดุใหม่และมีมูลค่าการใช้งานที่กว้างขวางในสาขาต่าง ๆ เช่นการบินและอวกาศการป้องกันประเทศและอุตสาหกรรมทางทหาร ผลของการทำสงครามสมัยใหม่บ่งชี้ว่าอาวุธโลกหายากมีอิทธิพลเหนือสนามรบข้อได้เปรียบทางเทคโนโลยีของโลกหายากแสดงถึงข้อได้เปรียบทางเทคโนโลยีทางทหารและรับประกันทรัพยากร ดังนั้นโลกที่หายากจึงกลายเป็นทรัพยากรเชิงกลยุทธ์ที่เศรษฐกิจสำคัญทั่วโลกแข่งขันกันและกลยุทธ์วัตถุดิบที่สำคัญเช่นโลกหายากมักจะเพิ่มขึ้นเป็นกลยุทธ์ระดับชาติ ยุโรปญี่ปุ่นสหรัฐอเมริกาและประเทศอื่น ๆ และภูมิภาคให้ความสำคัญกับวัสดุสำคัญเช่นโลกหายาก ในปี 2551 วัสดุหายากของโลกถูกระบุว่าเป็น "กลยุทธ์วัสดุสำคัญ" โดยกระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกา ในช่วงต้นปี 2010 สหภาพยุโรปประกาศการจัดตั้งเขตสงวนเชิงกลยุทธ์ของหายาก ในปี 2550 กระทรวงศึกษาธิการวัฒนธรรมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของญี่ปุ่นรวมถึงกระทรวงเศรษฐกิจอุตสาหกรรมและเทคโนโลยีได้เสนอ "แผนกลยุทธ์องค์ประกอบ" และแผน "วัสดุทางเลือกโลหะหายาก" พวกเขามีมาตรการและนโยบายอย่างต่อเนื่องในการสำรองทรัพยากรความคืบหน้าทางเทคโนโลยีการได้มาซึ่งทรัพยากรและการค้นหาวัสดุทางเลือก เริ่มต้นจากบทความนี้บรรณาธิการจะแนะนำรายละเอียดเกี่ยวกับภารกิจและบทบาทการพัฒนาทางประวัติศาสตร์ที่สำคัญและขาดไม่ได้ที่ขาดไม่ได้ขององค์ประกอบของโลกหายากเหล่านี้
เทอร์เบียม เป็นของหมวดหมู่ของโลกหายากหนักที่มีความอุดมสมบูรณ์ต่ำในเปลือกโลกของโลกเพียง 1.1 ppmTerbium ออกไซด์บัญชีน้อยกว่า 0.01% ของโลกหายากทั้งหมด แม้ในแร่ธาตุหายากของ Yttrium ไอออนสูงที่มีเนื้อหาสูงสุดของ Terbium เนื้อหา Terbium นั้นคิดเป็นเพียง 1.1-1.2% ของโลกหายากทั้งหมดซึ่งบ่งชี้ว่ามันเป็นของหมวดหมู่ "ขุนนาง" ขององค์ประกอบที่หายาก Terbium เป็นโลหะสีเทาสีเงินที่มีความเหนียวและพื้นผิวที่ค่อนข้างนุ่มซึ่งสามารถตัดได้ด้วยมีด จุดหลอมเหลว 1360 ℃, จุดเดือด 3123 ℃, ความหนาแน่น 8229 4kg/m3 เป็นเวลากว่า 100 ปีนับตั้งแต่การค้นพบ Terbium ในปี 1843 ความขาดแคลนและคุณค่าของมันได้ป้องกันการใช้งานจริงเป็นเวลานาน ในช่วง 30 ปีที่ผ่านมา Terbium ได้แสดงความสามารถพิเศษ
การค้นพบเทอร์เบียม
ในช่วงเวลาเดียวกันเมื่อแลนทานัมถูกค้นพบ Karl G. Mosander แห่งสวีเดนวิเคราะห์การค้นพบครั้งแรกอิตเทรียมและตีพิมพ์รายงานในปี 1842 ชี้แจงว่า Yttrium Earth ที่ค้นพบในขั้นต้นไม่ได้เป็นออกไซด์องค์ประกอบเดียว แต่เป็นออกไซด์ของสามองค์ประกอบ ในปี ค.ศ. 1843 มอสซานเดอร์ค้นพบองค์ประกอบ Terbium ผ่านการวิจัยของเขาเกี่ยวกับ Yttrium Earth เขายังคงตั้งชื่อหนึ่งในนั้น Yttrium Earth และหนึ่งในนั้นเออร์เบียมออกไซด์- มันไม่ได้จนกระทั่งปี 1877 ว่ามันมีชื่อว่า Terbium อย่างเป็นทางการโดยมีสัญลักษณ์องค์ประกอบวัณโรค การตั้งชื่อมาจากแหล่งเดียวกับ Yttrium ที่มาจากหมู่บ้าน Ytterby ใกล้กับสตอกโฮล์มประเทศสวีเดนซึ่งมีการค้นพบแร่ Yttrium เป็นครั้งแรก การค้นพบ Terbium และองค์ประกอบอื่น ๆ อีกสององค์ประกอบคือ Lanthanum และ Erbium เปิดประตูที่สองในการค้นพบองค์ประกอบของโลกหายากซึ่งเป็นขั้นตอนที่สองของการค้นพบของพวกเขา มันถูกทำให้บริสุทธิ์เป็นครั้งแรกโดย G. Urban ในปี 1905
มอสซานเดอร์
การประยุกต์ใช้ terbium
แอปพลิเคชันของเทอร์เบียมส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับสาขาไฮเทคซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่เข้มข้นและมีความรู้โครงการล้ำสมัยที่เข้มข้นรวมถึงโครงการที่มีผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจที่สำคัญพร้อมโอกาสในการพัฒนาที่น่าสนใจ พื้นที่แอปพลิเคชันหลัก ได้แก่ : (1) ถูกนำไปใช้ในรูปแบบของดินหายากผสม ตัวอย่างเช่นมันถูกใช้เป็นปุ๋ยผสมดินหายากและสารเติมแต่งฟีดสำหรับการเกษตร (2) Activator สำหรับผงสีเขียวในผงฟลูออเรสเซนต์หลักสามชนิด วัสดุออพโตอิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัยต้องการการใช้ฟอสเฟอร์พื้นฐานสามสี ได้แก่ สีแดงสีเขียวและสีน้ำเงินซึ่งสามารถใช้ในการสังเคราะห์สีต่างๆ และ Terbium เป็นองค์ประกอบที่ขาดไม่ได้ในผงเรืองแสงสีเขียวคุณภาพสูงจำนวนมาก (3) ใช้เป็นวัสดุจัดเก็บออปติคัลแมกนีโต ฟิล์มโลหะผสมโลหะทรานซิชันโลหะเทอร์ไบต์ทรานซิชันได้ถูกนำมาใช้ในการผลิตแผ่นดิสก์ออปติคัลแมกนีโตประสิทธิภาพสูง (4) การผลิตแก้วออปติคัลแมกนีโต แก้วหมุนฟาราเดย์ที่มีเทอร์เบียมเป็นวัสดุสำคัญสำหรับการผลิตโรเตเตอร์ตัวแยกและเครื่องหมุนเวียนในเทคโนโลยีเลเซอร์ (5) การพัฒนาและการพัฒนาของโลหะผสม Terbium dysprosium ferromagnetostostrictive (Terfenol) ได้เปิดแอปพลิเคชันใหม่สำหรับ Terbium
สำหรับการเกษตรและการเลี้ยงสัตว์
เทอร์เบียมหายากสามารถปรับปรุงคุณภาพของพืชและเพิ่มอัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงภายในช่วงความเข้มข้นที่แน่นอน คอมเพล็กซ์ของ terbium มีกิจกรรมทางชีวภาพสูงและคอมเพล็กซ์ที่ประกอบไปด้วยเทอร์เบียม, วัณโรค (ALA) 3benim (CLO4) 3-3H2O, มีผลต้านเชื้อแบคทีเรียและแบคทีเรียที่ดีต่อการใช้สเปรย์ การศึกษาคอมเพล็กซ์เหล่านี้ให้ทิศทางการวิจัยใหม่สำหรับยาเสพติดการฆ่าเชื้อแบคทีเรียที่ทันสมัย
ใช้ในด้านการเรืองแสง
วัสดุออพโตอิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัยต้องการการใช้ฟอสเฟอร์พื้นฐานสามสี ได้แก่ สีแดงสีเขียวและสีน้ำเงินซึ่งสามารถใช้ในการสังเคราะห์สีต่างๆ และ Terbium เป็นองค์ประกอบที่ขาดไม่ได้ในผงเรืองแสงสีเขียวคุณภาพสูงจำนวนมาก หากการกำเนิดของผงฟลูออเรสเซนต์สีแดงของโลกหายากได้กระตุ้นความต้องการ YTTRIUM และ EUROPIUM การใช้งานและการพัฒนาของ Terbium ได้รับการส่งเสริมโดย Earth Rare Earth สามสีปฐมภูมิสีเขียวฟลูออเรสเซนต์สำหรับหลอดไฟ ในช่วงต้นทศวรรษ 1980 ฟิลิปส์คิดค้นหลอดไฟฟลูออเรสเซนต์ประหยัดพลังงานขนาดกะทัดรัดครั้งแรกของโลกและส่งเสริมให้ทั่วโลกอย่างรวดเร็ว TB3+ไอออนสามารถปล่อยแสงสีเขียวด้วยความยาวคลื่น 545Nm และผงเรืองแสงสีเขียวโลกหายากเกือบทั้งหมดใช้ Terbium เป็น activator
ผงฟลูออเรสเซนต์สีเขียวที่ใช้สำหรับหลอดแคโทดทีวีสี (CRTs) มักจะใช้สังกะสีซัลไฟด์ราคาถูกและมีประสิทธิภาพ แต่ผงเทอร์เบียมมักถูกใช้เป็นผงทีวีสีเขียวเช่น Y2SIO5: TB3+, Y3 (AL, GA) 5O12: TB3+ ด้วยการพัฒนาโทรทัศน์ความละเอียดสูงหน้าจอขนาดใหญ่ (HDTV), ผงเรืองแสงสีเขียวประสิทธิภาพสูงสำหรับ CRTs ก็มีการพัฒนาเช่นกัน ตัวอย่างเช่นผงฟลูออเรสเซนต์สีเขียวไฮบริดได้รับการพัฒนาในต่างประเทศซึ่งประกอบด้วย Y3 (AL, GA) 5O12: TB3+, LAOCL: TB3+และ Y2SIO5: TB3+ซึ่งมีประสิทธิภาพการเรืองแสงที่ยอดเยี่ยมที่ความหนาแน่นกระแสสูง
ผงฟลูออเรสเซนต์แบบ X-ray แบบดั้งเดิมคือแคลเซียมทงสเตต ในปี 1970 และ 1980 มีการพัฒนาผงฟลูออเรสเซนต์ของโลกหายากสำหรับหน้าจอการแพ้เช่น Terbium เปิดใช้งาน lanthanum sulfide ออกไซด์, Terbium เปิดใช้งาน lanthanum bromide ออกไซด์ (สำหรับหน้าจอสีเขียว) เมื่อเปรียบเทียบกับแคลเซียมทองสเตตผงฟลูออเรสเซนต์หายากสามารถลดเวลาของการฉายรังสีรังสีเอกซ์สำหรับผู้ป่วย 80%ปรับปรุงความละเอียดของฟิล์มรังสีเอกซ์ขยายอายุการใช้งานของหลอดเอ็กซเรย์และลดการใช้พลังงาน Terbium ยังใช้เป็นตัวกระตุ้นผงฟลูออเรสเซนต์สำหรับหน้าจอการเพิ่มประสิทธิภาพของ X-ray ทางการแพทย์ซึ่งสามารถปรับปรุงความไวของการแปลงรังสีเอกซ์เป็นภาพออพติคอลได้อย่างมากปรับปรุงความชัดเจนของฟิล์มเอ็กซ์เรย์และลดปริมาณรังสีเอกซ์ไปสู่ร่างกายมนุษย์ (มากกว่า 50%)
เทอร์เบียมยังใช้เป็น activator ในฟอสเฟอร์ LED สีขาวตื่นเต้นด้วยแสงสีน้ำเงินสำหรับแสงเซมิคอนดักเตอร์ใหม่ มันสามารถใช้ในการผลิตฟอสเฟอร์คริสตัลอลูมิเนียมเทอร์เบียมแมกนีทูออพติคอลโดยใช้ไดโอดเปล่งแสงสีน้ำเงินเป็นแหล่งกำเนิดแสงและการเรืองแสงที่สร้างขึ้นนั้นผสมกับแสงกระตุ้นเพื่อผลิตแสงสีขาวบริสุทธิ์
วัสดุอิเล็กโทรลูมิเนสเซนต์ที่ทำจากเทอร์เบียมส่วนใหญ่รวมถึงผงฟลูออเรสเซนต์สีเขียวซัลไฟด์ที่มีเทอร์เบียมเป็นตัวกระตุ้น ภายใต้การฉายรังสีอัลตราไวโอเลตคอมเพล็กซ์อินทรีย์ของ Terbium สามารถปล่อยฟลูออเรสเซนต์สีเขียวที่แข็งแรงและสามารถใช้เป็นวัสดุอิเล็กโทรไลต์ฟิล์มบาง ๆ แม้ว่าจะมีความก้าวหน้าอย่างมีนัยสำคัญในการศึกษาฟิล์มบางอิเล็กโทรไลต์อินทรีย์ที่หายาก แต่ก็ยังมีช่องว่างบางอย่างจากการใช้งานจริงและการวิจัยเกี่ยวกับฟิล์มและอุปกรณ์อิเล็กโทรลูมิเนสอินทรีย์อินทรีย์ที่หายาก
ลักษณะการเรืองแสงของ terbium ยังใช้เป็นโพรบเรืองแสง การทำงานร่วมกันระหว่าง ofloxacin terbium (TB3+) คอมเพล็กซ์และกรด deoxyribonucleic (DNA) ได้รับการศึกษาโดยใช้การเรืองแสงและสเปกตรัมการดูดกลืนเช่นโพรบเรืองแสงของ loxacin terbium (TB3+) ผลการศึกษาพบว่าโพรบของ loxacin TB3+สามารถสร้างร่องที่จับกับโมเลกุล DNA และกรด deoxyribonucleic สามารถเพิ่มการเรืองแสงของระบบ Ofloxacin TB3+ได้อย่างมีนัยสำคัญ จากการเปลี่ยนแปลงนี้สามารถกำหนดกรด deoxyribonucleic
สำหรับวัสดุออพติคอลแม็กโตะ
วัสดุที่มีเอฟเฟกต์ฟาราเดย์หรือที่รู้จักกันในชื่อวัสดุ magneto-optical มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในเลเซอร์และอุปกรณ์ออพติคอลอื่น ๆ มีสองประเภททั่วไปของวัสดุออปติคัลแม็กโตะ: ผลึกออพติคอลแม็กโตและแก้วออปติคัลแมกนีโต ในหมู่พวกเขาผลึกแมกนีโต-ออปติก (เช่นโกเมนเหล็ก yttrium และโกเมนเทอร์เบียมแกลเลียม) มีข้อดีของความถี่ในการทำงานที่ปรับได้และความเสถียรทางความร้อนสูง แต่มีราคาแพงและยากต่อการผลิต นอกจากนี้ยังมีผลึก magneto-optical จำนวนมากที่มีมุมการหมุนของฟาราเดย์สูงมีการดูดซับสูงในช่วงคลื่นสั้นซึ่ง จำกัด การใช้งานของพวกเขา เมื่อเปรียบเทียบกับผลึกออพติคอล Magneto แก้วออพติคอลแม็กโตะมีข้อได้เปรียบของการส่งผ่านสูงและง่ายต่อการทำในบล็อกขนาดใหญ่หรือเส้นใย ในปัจจุบันแว่นตาอวกาศแม่เหล็กที่มีเอฟเฟกต์ฟาราเดย์สูงส่วนใหญ่เป็นแว่นตาที่หายากของโลก
ใช้สำหรับวัสดุจัดเก็บออพติคอลแม็กโตะ
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของมัลติมีเดียและระบบอัตโนมัติสำนักงานความต้องการแผ่นแม่เหล็กความจุสูงใหม่ได้เพิ่มขึ้น ฟิล์มโลหะผสมโลหะทรานซิชันโลหะเทอร์ไบต์ทรานซิชันได้ถูกนำมาใช้ในการผลิตแผ่นดิสก์ออปติคัลแมกนีโตประสิทธิภาพสูง ในหมู่พวกเขาฟิล์ม Thbfeco Alloy Thin มีประสิทธิภาพที่ดีที่สุด วัสดุ Magneto-Optical ที่ใช้ Terbium ได้รับการผลิตในขนาดใหญ่และแผ่นดิสก์ Optical Magneto-Optical ที่ทำจากพวกเขาใช้เป็นส่วนประกอบที่เก็บคอมพิวเตอร์โดยมีความจุเพิ่มขึ้น 10-15 ครั้ง พวกเขามีข้อดีของความจุขนาดใหญ่และความเร็วในการเข้าถึงที่รวดเร็วและสามารถเช็ดและเคลือบหลายหมื่นครั้งเมื่อใช้สำหรับแผ่นแสงที่มีความหนาแน่นสูง เป็นวัสดุสำคัญในเทคโนโลยีการจัดเก็บข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์ วัสดุแม่เหล็กที่ใช้กันมากที่สุดในแถบที่มองเห็นได้และใกล้อินฟราเรดคือผลึกเดี่ยว Terbium Gallium (TGG) ซึ่งเป็นวัสดุ Magneto-Optical ที่ดีที่สุดสำหรับการทำ Rotators และตัวแยกฟาราเดย์
สำหรับแก้วออพติคอลแม็กโตะ
แก้วออพติคอลฟาราเดย์แมกนีโตมีความโปร่งใสและไอโซโทรปี้ในภูมิภาคที่มองเห็นได้และอินฟราเรดและสามารถสร้างรูปร่างที่ซับซ้อนต่าง ๆ เป็นเรื่องง่ายที่จะผลิตผลิตภัณฑ์ขนาดใหญ่และสามารถนำเข้าสู่เส้นใยออพติคอล ดังนั้นจึงมีโอกาสในการใช้งานที่กว้างขวางในอุปกรณ์ออพติคอล Magneto เช่นตัวแยกออพติคอลแม็กโต, โมดูเลเตอร์ออปติคัลแม็กโตและเซ็นเซอร์กระแสไฟเบอร์ออปติก เนื่องจากช่วงเวลาแม่เหล็กขนาดใหญ่และค่าสัมประสิทธิ์การดูดซับขนาดเล็กในช่วงที่มองเห็นได้และอินฟราเรด TB3+ไอออนได้กลายเป็นไอออนของหายาก Earth ในแว่นตาออพติคอลแม็กโท
โลหะผสม Terbium dysprosium
ในตอนท้ายของศตวรรษที่ 20 ด้วยการปฏิวัติทางเทคโนโลยีของโลกอย่างต่อเนื่องวัสดุแอปพลิเคชันหายากของโลกใหม่กำลังเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว ในปี 1984 มหาวิทยาลัยแห่งรัฐไอโอวาห้องปฏิบัติการ Ames ของกรมพลังงานของสหรัฐอเมริกาและศูนย์วิจัยอาวุธพื้นผิวกองทัพเรือสหรัฐฯ (ซึ่งบุคลากรหลักของ บริษัท เทคโนโลยีขอบที่จัดตั้งขึ้นในภายหลัง (ET Rema) ได้ร่วมมือกันเพื่อพัฒนาวัสดุอัจฉริยะโลกหายาก วัสดุอัจฉริยะใหม่นี้มีลักษณะที่ยอดเยี่ยมในการแปลงพลังงานไฟฟ้าอย่างรวดเร็วเป็นพลังงานเชิงกล ทรานสดิวเซอร์ใต้น้ำและอิเล็กโทรติกที่ทำจากวัสดุแม่เหล็กขนาดยักษ์นี้ได้รับการกำหนดค่าสำเร็จในอุปกรณ์กองทัพเรือลำโพงตรวจจับน้ำมันได้ดีระบบควบคุมเสียงและการสั่นสะเทือนและการสำรวจมหาสมุทรและระบบสื่อสารใต้ดิน ดังนั้นทันทีที่วัสดุแม่เหล็กยักษ์ Terbium dysprosium ยักษ์เกิดขึ้นก็ได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางจากประเทศอุตสาหกรรมทั่วโลก เทคโนโลยีขอบในสหรัฐอเมริกาเริ่มผลิตวัสดุแม่เหล็กยักษ์ Terbium dysprosium ยักษ์ใหญ่ในปี 1989 และตั้งชื่อพวกเขา Terfenol D. ต่อมาสวีเดนญี่ปุ่นรัสเซียสหราชอาณาจักรและออสเตรเลียได้พัฒนาวัสดุ Magnetostrictive ยักษ์ใหญ่
จากประวัติความเป็นมาของการพัฒนาเนื้อหานี้ในสหรัฐอเมริกาทั้งการประดิษฐ์วัสดุและการใช้งานผูกขาดในช่วงต้นนั้นเกี่ยวข้องโดยตรงกับอุตสาหกรรมทางทหาร (เช่นกองทัพเรือ) แม้ว่าแผนกทหารและการป้องกันของจีนจะค่อยๆเสริมสร้างความเข้าใจในเนื้อหานี้ อย่างไรก็ตามด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพที่สำคัญของความแข็งแกร่งของประเทศที่ครอบคลุมของจีนความต้องการในการบรรลุกลยุทธ์การแข่งขันทางทหารในศตวรรษที่ 21 และการปรับปรุงระดับอุปกรณ์จะเป็นเรื่องเร่งด่วนอย่างแน่นอน ดังนั้นการใช้งานอย่างกว้างขวางของวัสดุแม่เหล็กยักษ์ Terbium dysprosium ยักษ์ใหญ่โดยแผนกทหารและการป้องกันประเทศจะมีความจำเป็นทางประวัติศาสตร์
ในระยะสั้นคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมมากมายของเทอร์เบียมทำให้เป็นสมาชิกที่ขาดไม่ได้ของวัสดุที่ใช้งานได้หลายอย่างและตำแหน่งที่ไม่สามารถถูกแทนที่ได้ในบางเขตข้อมูลแอปพลิเคชัน อย่างไรก็ตามเนื่องจากราคาสูงของ Terbium ผู้คนได้ศึกษาวิธีการหลีกเลี่ยงและลดการใช้ Terbium เพื่อลดต้นทุนการผลิต ตัวอย่างเช่นวัสดุที่หายากของ Magneto-optical ควรใช้โคบอลต์เหล็ก dysprosium ราคาต่ำหรือแกโดลิเนียมเทอร์เบียมโคบอลต์มากที่สุดเท่าที่จะทำได้ พยายามลดเนื้อหาของ terbium ในผงฟลูออเรสเซนต์สีเขียวที่ต้องใช้ ราคาได้กลายเป็นปัจจัยสำคัญที่ จำกัด การใช้ Terbium อย่างกว้างขวาง แต่วัสดุที่ใช้งานได้หลายอย่างไม่สามารถทำได้หากไม่มีมันดังนั้นเราจึงต้องปฏิบัติตามหลักการของ "การใช้เหล็กที่ดีบนใบมีด" และพยายามที่จะประหยัดการใช้เทอร์เบียมให้มากที่สุด
เวลาโพสต์: สิงหาคม -07-2023