Nadir toprak elementleriyeni enerji ve malzeme gibi yüksek teknolojilerin geliştirilmesi için vazgeçilmezdir ve havacılık, milli savunma ve askeri sanayi gibi alanlarda geniş uygulama değerine sahiptir. Modern savaşın sonuçları, nadir toprak silahlarının savaş alanına hakim olduğunu, nadir toprak teknolojik avantajlarının askeri teknolojik avantajları temsil ettiğini ve kaynaklara sahip olmanın garanti edildiğini gösteriyor. Bu nedenle, nadir toprak elementleri aynı zamanda dünya genelindeki büyük ekonomilerin uğruna rekabet ettiği stratejik kaynaklar haline geldi ve nadir toprak elementleri gibi temel hammadde stratejileri sıklıkla ulusal stratejilere dönüşüyor. Avrupa, Japonya, Amerika Birleşik Devletleri ve diğer ülke ve bölgeler, nadir toprak gibi önemli malzemelere daha fazla önem veriyor. 2008 yılında nadir toprak malzemeleri Amerika Birleşik Devletleri Enerji Bakanlığı tarafından "ana malzeme stratejisi" olarak listelendi; 2010 yılının başında Avrupa Birliği stratejik bir nadir toprak rezervi kurulduğunu duyurdu; 2007 yılında Japonya Eğitim, Kültür, Bilim ve Teknoloji Bakanlığı ile Ekonomi, Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı, "Element Strateji Planı" ve "Nadir Metal Alternatif Malzemeler" planını zaten teklif etmişti. Kaynak rezervleri, teknolojik ilerleme, kaynak edinimi, alternatif malzeme arayışları konularında sürekli önlem ve politikalar uygulamışlardır. Bu makaleden başlayarak editör, bu nadir toprak elementlerinin önemli ve hatta vazgeçilmez tarihsel gelişim misyonlarını ve rollerini ayrıntılı olarak tanıtacaktır.
Terbiyum ağır nadir toprak elementleri kategorisine girer ve yer kabuğunda yalnızca 1,1 ppm gibi düşük bir bolluğa sahiptir.Terbiyum oksittoplam nadir toprak elementlerinin %0,01'inden azını oluşturur. En yüksek terbiyum içeriğine sahip yüksek itriyum iyon tipi ağır nadir toprak cevherinde bile terbiyum içeriği, nadir toprak elementlerinin "asil" kategorisine ait olduğunu gösteren toplam nadir toprak miktarının yalnızca %1,1-1,2'sini oluşturur. Terbiyum, sünekliğe ve nispeten yumuşak dokuya sahip, bıçakla kesilerek açılabilen gümüş grisi bir metaldir; Erime noktası 1360°C, kaynama noktası 3123°C, yoğunluk 8229 4kg/m3. Terbiyumun 1843'teki keşfinden bu yana geçen 100 yıldan fazla bir süredir, terbiyumun az bulunması ve değeri, pratik uygulamasını uzun süre engellemiştir. Terbium benzersiz yeteneğini ancak son 30 yılda gösterdi.
Terbiyumun Keşfi
Aynı dönemdelantankeşfedildiğinde, İsveçli Karl G. Mosander ilk keşfedilenleri analiz etti.itriyumve 1842'de, ilk keşfedilen itriyum toprağının tek bir element oksit değil, üç elementten oluşan bir oksit olduğunu açıklayan bir rapor yayınladı. 1843 yılında Mossander, itriyum toprağı üzerinde yaptığı araştırmalar sonucunda terbiyum elementini keşfetti. Bunlardan birine hâlâ itriyum toprağı, birine ise itriyum toprağı adını verdi.erbiyum oksit. 1877 yılına kadar resmi olarak Tb element sembolü ile terbiyum olarak adlandırılmadı. Adlandırılması, itriyum cevherinin ilk keşfedildiği İsveç'in Stockholm kenti yakınlarındaki Ytterby köyünden gelen itriyum ile aynı kaynaktan gelmektedir. Terbiyumun ve diğer iki elementin (lantan ve erbiyum) keşfi, nadir toprak elementlerinin keşfine ikinci kapıyı açarak keşiflerinin ikinci aşamasını oluşturdu. İlk kez 1905 yılında G. Urban tarafından saflaştırıldı.
Mossander
Terbiyum uygulaması
Uygulamasıterbiyumçoğunlukla teknoloji yoğun ve bilgi yoğun ileri teknoloji projeleri olan yüksek teknoloji alanlarını ve ayrıca önemli ekonomik faydaları olan ve cazip gelişme beklentileri olan projeleri içerir. Başlıca uygulama alanları şunlardır: (1) karışık nadir toprak elementleri formunda kullanılması. Örneğin tarımda nadir toprak bileşiği gübresi ve yem katkı maddesi olarak kullanılır. (2) Üç ana floresan tozdaki yeşil toz için aktivatör. Modern optoelektronik malzemeler, çeşitli renkleri sentezlemek için kullanılabilen üç temel fosfor renginin (kırmızı, yeşil ve mavi) kullanılmasını gerektirir. Ve terbiyum, birçok yüksek kaliteli yeşil floresan tozunun vazgeçilmez bir bileşenidir. (3) Manyeto optik depolama malzemesi olarak kullanılır. Amorf metal terbiyum geçiş metali alaşımlı ince filmler, yüksek performanslı manyeto optik disklerin üretiminde kullanılmıştır. (4) Manyeto optik cam imalatı. Terbiyum içeren Faraday döner camı, lazer teknolojisinde döndürücülerin, izolatörlerin ve sirkülatörlerin üretiminde önemli bir malzemedir. (5) Terbiyum disprosyum ferromanyetostriktif alaşımın (TerFenol) geliştirilmesi ve geliştirilmesi, terbiyum için yeni uygulamaların önünü açmıştır.
Tarım ve hayvancılık için
Nadir toprak terbiyumbelirli bir konsantrasyon aralığında mahsulün kalitesini artırabilir ve fotosentez oranını artırabilir. Terbiyum kompleksleri yüksek biyolojik aktiviteye sahiptir ve terbiyum üçlü kompleksleri, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, geniş spektrumlu antibakteriyel ile Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis ve Escherichia coli üzerinde iyi antibakteriyel ve bakterisidal etkilere sahiptir. özellikler. Bu komplekslerin incelenmesi, modern bakteri öldürücü ilaçlar için yeni bir araştırma yönü sağlar.
Lüminesans alanında kullanılır
Modern optoelektronik malzemeler, çeşitli renkleri sentezlemek için kullanılabilen üç temel fosfor renginin (kırmızı, yeşil ve mavi) kullanılmasını gerektirir. Ve terbiyum, birçok yüksek kaliteli yeşil floresan tozunun vazgeçilmez bir bileşenidir. Nadir toprak renkli TV kırmızı floresan tozunun doğuşu, itriyum ve europium talebini artırdıysa, terbiyumun uygulanması ve geliştirilmesi, lambalar için nadir toprak üç ana renkli yeşil floresan tozuyla da desteklendi. 1980'lerin başında Philips, dünyanın ilk kompakt, enerji tasarruflu floresan lambasını icat etti ve bunu hızla dünya çapında tanıttı. Tb3+ iyonları 545 nm dalga boyunda yeşil ışık yayabilir ve neredeyse tüm nadir toprak yeşili floresan tozları aktivatör olarak terbiyum kullanır.
Renkli TV katot ışın tüpleri (CRT'ler) için kullanılan yeşil floresan tozu her zaman esas olarak ucuz ve verimli çinko sülfite dayalı olmuştur, ancak projeksiyon renkli TV yeşil tozu olarak terbiyum tozu her zaman Y2SiO5: Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+ ve LaOBr: Tb3+. Büyük ekran yüksek çözünürlüklü televizyonun (HDTV) geliştirilmesiyle birlikte, CRT'ler için yüksek performanslı yeşil floresan tozlar da geliştirilmektedir. Örneğin yurtdışında Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+ ve Y2SiO5: Tb3+'dan oluşan, yüksek akım yoğunluğunda mükemmel lüminesans verimliliğine sahip hibrit yeşil floresan tozu geliştirildi.
Geleneksel X-ışını floresan tozu kalsiyum tungstattır. 1970'lerde ve 1980'lerde, terbiyumla aktifleştirilmiş lantan sülfür oksit, terbiyumla aktifleştirilmiş lantan bromür oksit (yeşil ekranlar için) ve terbiyumla aktifleştirilmiş itriyum sülfür oksit gibi hassaslaştırma ekranları için nadir toprak floresan tozları geliştirildi. Kalsiyum tungstat ile karşılaştırıldığında, nadir toprak floresan tozu, hastalar için X-ışını ışınlama süresini% 80 oranında azaltabilir, X-ışını filmlerinin çözünürlüğünü artırabilir, X-ışını tüplerinin ömrünü uzatabilir ve enerji tüketimini azaltabilir. Terbiyum aynı zamanda tıbbi X-ışını geliştirme ekranları için floresan toz aktivatörü olarak da kullanılır; bu, X-ışınının optik görüntülere dönüştürülmesinin hassasiyetini büyük ölçüde artırabilir, X-ışını filmlerinin netliğini artırabilir ve X-ışınının maruz kalma dozunu büyük ölçüde azaltabilir. insan vücuduna ışınlar (% 50'den fazla).
Terbiyumaynı zamanda yeni yarı iletken aydınlatma için mavi ışıkla uyarılan beyaz LED fosforunda aktivatör olarak da kullanılıyor. Uyarıcı ışık kaynakları olarak mavi ışık yayan diyotlar kullanılarak terbiyum alüminyum manyeto optik kristal fosforlar üretmek için kullanılabilir ve üretilen floresan, saf beyaz ışık üretmek için uyarım ışığıyla karıştırılır.
Terbiyumdan yapılan elektrominesans malzemeler esas olarak aktivatör olarak terbiyum içeren çinko sülfit yeşili floresan tozu içerir. Ultraviyole ışınlama altında, terbiyumun organik kompleksleri güçlü yeşil floresans yayabilir ve ince film elektrolüminesans malzemeler olarak kullanılabilir. Nadir toprak organik kompleksi elektrolüminesans ince filmlerin incelenmesinde önemli ilerleme kaydedilmiş olmasına rağmen, pratikte hala belirli bir boşluk vardır ve nadir toprak organik kompleksi elektrolüminesans ince filmler ve cihazlar üzerine araştırmalar hala derinlemesinedir.
Terbiyumun floresans özellikleri aynı zamanda floresans probları olarak da kullanılır. Ofloksasin terbiyum (Tb3+) kompleksi ile deoksiribonükleik asit (DNA) arasındaki etkileşim, ofloksasin terbiyumun (Tb3+) floresans probu gibi floresans ve absorpsiyon spektrumları kullanılarak incelenmiştir. Sonuçlar, ofloksasin Tb3+ probunun, DNA molekülleri ile bir oluk bağlanması oluşturabildiğini ve deoksiribonükleik asidin, ofloksasin Tb3+ sisteminin floresansını önemli ölçüde artırabildiğini gösterdi. Bu değişikliğe dayanarak deoksiribonükleik asit belirlenebilir.
Manyeto optik malzemeler için
Manyeto-optik malzemeler olarak da bilinen Faraday etkisine sahip malzemeler, lazerlerde ve diğer optik cihazlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Manyeto optik malzemelerin iki yaygın türü vardır: manyeto optik kristaller ve manyeto optik cam. Bunlar arasında manyeto-optik kristaller (itriyum demir garnet ve terbiyum galyum garnet gibi) ayarlanabilir çalışma frekansı ve yüksek termal kararlılık avantajlarına sahiptir, ancak bunların üretimi pahalıdır ve zordur. Ek olarak, yüksek Faraday dönme açılarına sahip birçok manyeto-optik kristal, kısa dalga aralığında yüksek emilime sahiptir ve bu da kullanımlarını sınırlamaktadır. Manyeto optik kristallerle karşılaştırıldığında manyeto optik cam, yüksek geçirgenlik avantajına sahiptir ve büyük bloklar veya fiberler halinde yapılması kolaydır. Şu anda, yüksek Faraday etkisine sahip manyeto-optik camlar çoğunlukla nadir toprak iyonu katkılı camlardır.
Manyeto optik depolama malzemeleri için kullanılır
Son yıllarda multimedya ve ofis otomasyonunun hızla gelişmesiyle birlikte yeni yüksek kapasiteli manyetik disklere olan talep artıyor. Amorf metal terbiyum geçiş metali alaşımlı ince filmler, yüksek performanslı manyeto optik disklerin üretiminde kullanılmıştır. Bunlar arasında TbFeCo alaşımlı ince film en iyi performansa sahiptir. Terbiyum bazlı manyeto-optik malzemeler büyük ölçekte üretilmekte ve bunlardan yapılan manyeto-optik diskler bilgisayar depolama bileşenleri olarak kullanılmakta ve depolama kapasitesi 10-15 kat artırılmaktadır. Büyük kapasite ve hızlı erişim hızı gibi avantajlara sahiptirler ve yüksek yoğunluklu optik diskler için kullanıldığında on binlerce kez silinip kaplanabilirler. Elektronik bilgi depolama teknolojisinde önemli materyallerdir. Görünür ve yakın kızılötesi bantlarda en yaygın olarak kullanılan manyeto-optik malzeme, Faraday döndürücüleri ve izolatörleri yapmak için en iyi manyeto-optik malzeme olan Terbiyum Galyum Garnet (TGG) tek kristalidir.
Manyeto optik cam için
Faraday manyeto optik camı görünür ve kızılötesi bölgelerde iyi şeffaflığa ve izotropiye sahiptir ve çeşitli karmaşık şekiller oluşturabilmektedir. Büyük boyutlu ürünler üretmek kolaydır ve optik fiberlere çekilebilir. Bu nedenle manyeto optik izolatörler, manyeto optik modülatörler ve fiber optik akım sensörleri gibi manyeto optik cihazlarda geniş uygulama beklentileri vardır. Görünür ve kızılötesi aralıktaki büyük manyetik momenti ve küçük soğurma katsayısı nedeniyle, Tb3+ iyonları manyeto optik camlarda yaygın olarak kullanılan nadir toprak iyonları haline geldi.
Terbiyum disprosyum ferromanyetostriktif alaşım
20. yüzyılın sonlarında dünya teknolojik devriminin sürekli derinleşmesiyle birlikte yeni nadir toprak uygulama malzemeleri hızla ortaya çıkıyordu. 1984 yılında, Iowa Eyalet Üniversitesi, ABD Enerji Bakanlığı'nın Ames Laboratuvarı ve ABD Donanması Yüzey Silahları Araştırma Merkezi (daha sonra kurulan Edge Technology Corporation'ın (ET REMA) ana personelinin geldiği) yeni bir nadir silah geliştirmek için işbirliği yaptı. toprak akıllı malzemesi, yani terbiyum disprosyum ferromanyetik manyetostriktif malzeme. Bu yeni akıllı malzeme, elektrik enerjisini hızlı bir şekilde mekanik enerjiye dönüştürme konusunda mükemmel özelliklere sahiptir. Bu dev manyetostriktif malzemeden yapılan su altı ve elektro-akustik dönüştürücüler, denizcilik ekipmanlarında, petrol kuyusu tespit hoparlörlerinde, gürültü ve titreşim kontrol sistemlerinde ve okyanus keşif ve yer altı iletişim sistemlerinde başarıyla yapılandırılmıştır. Bu nedenle, terbiyum disprosyum demir dev manyetostriktif malzeme doğar doğmaz, dünya çapında sanayileşmiş ülkelerden yaygın ilgi gördü. Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Edge Technologies, 1989 yılında terbiyum disprosyum demir dev manyetostriktif malzemeler üretmeye başladı ve bunlara Terfenol D adını verdi. Daha sonra İsveç, Japonya, Rusya, Birleşik Krallık ve Avustralya da terbiyum disprosyum demir dev manyetostriktif malzemeler geliştirdi.
Bu malzemenin Amerika Birleşik Devletleri'ndeki gelişim tarihinden itibaren, hem malzemenin icadı hem de ilk tekelci uygulamaları doğrudan askeri endüstriyle (donanma gibi) ilişkilidir. Her ne kadar Çin'in askeri ve savunma departmanları bu materyale ilişkin anlayışlarını giderek güçlendiriyor. Ancak Çin'in kapsamlı ulusal gücünün önemli ölçüde artmasıyla birlikte, 21. yüzyıl askeri rekabet stratejisine ulaşma ve teçhizat seviyelerini iyileştirme talebi kesinlikle çok acil olacaktır. Bu nedenle terbiyum disprosyum demir devi manyetostriktif malzemelerin askeri ve ulusal savunma birimleri tarafından yaygın şekilde kullanılması tarihi bir zorunluluk olacaktır.
Kısacası, birçok mükemmel özelliğiterbiyumonu birçok fonksiyonel malzemenin vazgeçilmez bir üyesi ve bazı uygulama alanlarında yeri doldurulamaz bir konuma getiriyor. Bununla birlikte, terbiyumun yüksek fiyatı nedeniyle insanlar, üretim maliyetlerini azaltmak için terbiyumun kullanımını nasıl önleyecekleri ve en aza indirecekleri üzerinde çalışıyorlar. Örneğin, nadir toprak manyeto-optik malzemeleri aynı zamanda mümkün olduğunca düşük maliyetli disprosyum demir kobalt veya gadolinyum terbiyum kobalt kullanmalıdır; Kullanılması gereken yeşil floresan tozundaki terbiyum içeriğini azaltmaya çalışın. Fiyat, terbiyumun yaygın kullanımını kısıtlayan önemli bir faktör haline geldi. Ancak birçok işlevsel malzeme onsuz yapamaz, bu nedenle "bıçakta iyi çelik kullanma" ilkesine bağlı kalmalı ve terbiyum kullanımını mümkün olduğunca azaltmaya çalışmalıyız.
Gönderim zamanı: Ağu-07-2023