Prvky vzácných zeminjsou nepostradatelné pro vývoj špičkových technologií, jako jsou nové energie a materiály, a mají širokou aplikační hodnotu v oblastech, jako je letecký a kosmický průmysl, národní obrana a vojenský průmysl.Výsledky moderního válčení naznačují, že na bojišti dominují zbraně vzácných zemin, technologické výhody vzácných zemin představují vojenské technologické výhody a mít zdroje je zaručeno.Vzácné zeminy se proto také staly strategickými zdroji, o které soutěží velké ekonomiky po celém světě, a strategie klíčových surovin, jako jsou vzácné zeminy, se často stávají národními strategiemi.Evropa, Japonsko, Spojené státy a další země a regiony věnují větší pozornost klíčovým materiálům, jako jsou vzácné zeminy.V roce 2008 byly materiály vzácných zemin uvedeny jako „strategie klíčových materiálů“ ministerstvem energetiky Spojených států amerických;Na začátku roku 2010 Evropská unie oznámila zřízení strategické rezervace vzácných zemin;V roce 2007 již japonské ministerstvo školství, kultury, vědy a technologie, jakož i ministerstvo hospodářství, průmyslu a technologie navrhly „Plán strategie prvků“ a plán „Alternativní materiály vzácných kovů“.Přijali nepřetržitá opatření a politiky v oblasti rezerv zdrojů, technologického pokroku, získávání zdrojů a hledání alternativních materiálů.Počínaje tímto článkem editor podrobně představí důležité a dokonce nepostradatelné historické vývojové poslání a role těchto prvků vzácných zemin.
Terbium patří do kategorie těžkých vzácných zemin, s nízkým zastoupením v zemské kůře pouze 1,1 ppm.Oxid terbiumtvoří méně než 0,01 % celkových vzácných zemin.Dokonce i v těžké rudě vzácných zemin typu iontů yttria s nejvyšším obsahem terbia představuje obsah terbia pouze 1,1–1,2 % z celkového množství vzácných zemin, což naznačuje, že patří do „ušlechtilé“ kategorie prvků vzácných zemin.Terbium je stříbrně šedý kov s tažností a relativně měkkou strukturou, který lze rozříznout nožem;Bod tání 1360 ℃, bod varu 3123 ℃, hustota 8229 4kg/m3.Více než 100 let od objevu terbia v roce 1843 jeho nedostatek a hodnota na dlouhou dobu bránily jeho praktickému použití.Teprve za posledních 30 let ukázalo terbium svůj jedinečný talent.
Objev Terbia
Ve stejném období, kdylanthanubyl objeven, Karl G. Mosander ze Švédska analyzoval původně objevenéyttriuma publikoval zprávu v roce 1842, objasňující, že původně objevená yttria země nebyla jediným elementárním oxidem, ale oxidem tří prvků.V roce 1843 Mossander objevil prvek terbium prostřednictvím svého výzkumu na yttriové zemi.Jednu z nich ještě pojmenoval yttriová zemina a jednu z nichoxid erbia.Teprve v roce 1877 bylo oficiálně pojmenováno terbium se symbolem prvku Tb.Jeho pojmenování pochází ze stejného zdroje jako yttrium, pocházející z vesnice Ytterby u Stockholmu ve Švédsku, kde byla poprvé objevena yttriová ruda.Objev terbia a dalších dvou prvků, lanthanu a erbia, otevřel druhé dveře k objevu prvků vzácných zemin a označil tak druhou etapu jejich objevu.Poprvé byl očištěn G. Urbanem v roce 1905.
Mossander
Aplikace terbia
Aplikaceterbiumvětšinou jde o high-tech obory, což jsou technologicky náročné a znalostně náročné špičkové projekty, stejně jako projekty s významnými ekonomickými přínosy, s atraktivní perspektivou rozvoje.Hlavní oblasti použití zahrnují: (1) využití ve formě smíšených vzácných zemin.Používá se například jako směsné hnojivo vzácných zemin a přísada do krmiv pro zemědělství.(2) Aktivátor pro zelený prášek ve třech primárních fluorescenčních prášcích.Moderní optoelektronické materiály vyžadují použití tří základních barev fosforu, a to červené, zelené a modré, pomocí kterých lze syntetizovat různé barvy.A terbium je nepostradatelnou součástí mnoha vysoce kvalitních zelených fluorescenčních prášků.(3) Používá se jako magnetooptický úložný materiál.K výrobě vysoce výkonných magnetooptických disků byly použity tenké filmy slitiny přechodného kovu amorfního kovu.(4) Výroba magnetooptického skla.Faradayovo rotační sklo obsahující terbium je klíčovým materiálem pro výrobu rotátorů, izolátorů a cirkulátorů v laserové technologii.(5) Vývoj a vývoj feromagnetostrikční slitiny terbium dysprosium (TerFenol) otevřel terbium nové aplikace.
Pro zemědělství a chov zvířat
Terbium vzácných zeminmůže zlepšit kvalitu plodin a zvýšit rychlost fotosyntézy v určitém koncentračním rozmezí.Komplexy terbia mají vysokou biologickou aktivitu a ternární komplexy terbia, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, mají dobré antibakteriální a baktericidní účinky na Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis a Escherichia coli se širokospektrálními antibakteriálními účinky. vlastnosti.Studium těchto komplexů poskytuje nový směr výzkumu moderních baktericidních léků.
Používá se v oblasti luminiscence
Moderní optoelektronické materiály vyžadují použití tří základních barev fosforu, a to červené, zelené a modré, pomocí kterých lze syntetizovat různé barvy.A terbium je nepostradatelnou součástí mnoha vysoce kvalitních zelených fluorescenčních prášků.Pokud zrození barevného TV červeného fluorescenčního prášku vzácných zemin podnítilo poptávku po yttriu a europiu, pak byla aplikace a vývoj terbia podporována zeleným fluorescenčním práškem vzácných zemin se třemi primárními barvami pro lampy.Na počátku 80. let společnost Philips vynalezla první kompaktní energeticky úspornou zářivku na světě a rychle ji propagovala po celém světě.Ionty Tb3+ mohou vyzařovat zelené světlo o vlnové délce 545 nm a téměř všechny zelené fluorescenční prášky vzácných zemin používají jako aktivátor terbium.
Zelený fluorescenční prášek používaný pro barevné televizní katodové trubice (CRT) byl vždy založen hlavně na levném a účinném sulfidu zinečnatém, ale terbium prášek byl vždy používán jako projekční barevný TV zelený prášek, jako je Y2SiO5: Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5012: Tb3+ a LaOBr: Tb3+.S rozvojem velkoplošné televize s vysokým rozlišením (HDTV) se vyvíjejí také vysoce výkonné zelené fluorescenční prášky pro CRT.V zahraničí byl například vyvinut hybridní zelený fluorescenční prášek sestávající z Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+ a Y2SiO5: Tb3+, které mají vynikající luminiscenční účinnost při vysoké proudové hustotě.
Tradiční rentgenový fluorescenční prášek je wolframan vápenatý.V 70. a 80. letech 20. století byly vyvinuty fluorescenční prášky vzácných zemin pro senzibilizační obrazovky, jako je terbiem aktivovaný oxid lanthanitého sulfidu, terbiem aktivovaný oxid lanthanitého bromidu (pro zelené obrazovky) a terbiem aktivovaný oxid yttritý.Ve srovnání s wolframanem vápenatým může fluorescenční prášek vzácných zemin zkrátit dobu rentgenového ozařování pacientů o 80 %, zlepšit rozlišení rentgenových filmů, prodloužit životnost rentgenových trubic a snížit spotřebu energie.Terbium se také používá jako fluorescenční práškový aktivátor pro lékařské rentgenové obrazovky, které mohou výrazně zlepšit citlivost konverze rentgenového záření na optické snímky, zlepšit čirost rentgenových filmů a výrazně snížit expoziční dávku rentgenového záření. paprsky do lidského těla (o více než 50 %).
Terbiumse také používá jako aktivátor v bílém LED fosforu buzeném modrým světlem pro nové polovodičové osvětlení.Může být použit k výrobě terbiových hliníkových magnetooptických krystalových luminoforů pomocí diod emitujících modré světlo jako zdrojů excitačního světla a generovaná fluorescence se smísí s excitačním světlem za vzniku čistého bílého světla.
Mezi elektroluminiscenční materiály vyrobené z terbia patří především zelený fluorescenční prášek sulfidu zinečnatého s terbiem jako aktivátorem.Organické komplexy terbia mohou pod ultrafialovým zářením emitovat silnou zelenou fluorescenci a lze je použít jako tenkovrstvé elektroluminiscenční materiály.Přestože byl učiněn významný pokrok ve studiu organických komplexních elektroluminiscenčních tenkých filmů vzácných zemin, stále existuje určitá mezera v praktičnosti a výzkum organických komplexních elektroluminiscenčních tenkých filmů a zařízení vzácných zemin je stále v hloubce.
Fluorescenční charakteristiky terbia se také používají jako fluorescenční sondy.Interakce mezi komplexem ofloxacin terbium (Tb3+) a deoxyribonukleovou kyselinou (DNA) byla studována pomocí fluorescenčních a absorpčních spekter, jako je fluorescenční sonda ofloxacinu terbium (Tb3+).Výsledky ukázaly, že ofloxacinová sonda Tb3+ může tvořit žlábkovou vazbu s molekulami DNA a deoxyribonukleová kyselina může významně zvýšit fluorescenci systému ofloxacinu Tb3+.Na základě této změny lze stanovit kyselinu deoxyribonukleovou.
Pro magnetooptické materiály
Materiály s Faradayovým efektem, známé také jako magnetooptické materiály, jsou široce používány v laserech a dalších optických zařízeních.Existují dva běžné typy magnetooptických materiálů: magnetooptické krystaly a magnetooptické sklo.Mezi nimi magnetooptické krystaly (jako je yttrium-železný granát a terbium-galliový granát) mají výhody nastavitelné pracovní frekvence a vysoké tepelné stability, ale jsou drahé a obtížně vyrobitelné.Navíc mnoho magneto-optických krystalů s vysokými Faradayovými úhly rotace má vysokou absorpci v oblasti krátkých vln, což omezuje jejich použití.Ve srovnání s magnetooptickými krystaly má magnetooptické sklo výhodu vysoké propustnosti a lze jej snadno vyrobit do velkých bloků nebo vláken.V současnosti jsou magnetooptická skla s vysokým Faradayovým efektem především skla dopovaná ionty vzácných zemin.
Používá se pro magnetooptické úložné materiály
V posledních letech s rychlým rozvojem multimédií a automatizace kanceláří roste poptávka po nových vysokokapacitních magnetických discích.K výrobě vysoce výkonných magnetooptických disků byly použity tenké filmy slitiny přechodného kovu amorfního kovu.Mezi nimi má nejlepší výkon tenký film slitiny TbFeCo.Magnetooptické materiály na bázi terbia byly vyráběny ve velkém měřítku a magnetooptické disky z nich vyrobené se používají jako komponenty počítačové paměti, s úložnou kapacitou zvýšenou 10-15krát.Mají výhodu velké kapacity a rychlé přístupové rychlosti a při použití pro optické disky s vysokou hustotou je lze otírat a potahovat desetitisíckrát.Jsou důležitými materiály v technologii elektronického ukládání informací.Nejčastěji používaným magnetooptickým materiálem ve viditelném a blízkém infračerveném pásmu je monokrystal Terbium Gallium Garnet (TGG), což je nejlepší magnetooptický materiál pro výrobu Faradayových rotátorů a izolátorů.
Pro magnetooptické sklo
Magnetooptické sklo Faraday má dobrou průhlednost a izotropii ve viditelné a infračervené oblasti a může vytvářet různé složité tvary.Je snadné vyrábět výrobky velkých rozměrů a lze je vtáhnout do optických vláken.Proto má široké uplatnění v magnetooptických zařízeních, jako jsou magnetooptické izolátory, magnetooptické modulátory a proudové senzory z optických vláken.Díky svému velkému magnetickému momentu a malému absorpčnímu koeficientu ve viditelné a infračervené oblasti se ionty Tb3+ staly běžně používanými ionty vzácných zemin v magnetooptických brýlích.
Feromagnetostrikční slitina Terbium dysprosium
Na konci 20. století s neustálým prohlubováním světové technologické revoluce se rychle objevovaly nové aplikační materiály vzácných zemin.V roce 1984 Iowa State University, Ames Laboratory amerického ministerstva energetiky a US Navy Surface Weapons Research Center (ze kterého pocházeli hlavní pracovníci později založené Edge Technology Corporation (ET REMA)) spolupracovali na vývoji nového vzácného zemský inteligentní materiál, jmenovitě feromagnetický magnetostrikční materiál terbium dysprosium.Tento nový inteligentní materiál má vynikající vlastnosti rychlé přeměny elektrické energie na mechanickou energii.Podvodní a elektroakustické měniče vyrobené z tohoto obřího magnetostrikčního materiálu byly úspěšně nakonfigurovány v námořních zařízeních, reproduktorech pro detekci ropných vrtů, systémech kontroly hluku a vibrací a v systémech pro průzkum oceánů a podzemních komunikačních systémech.Proto, jakmile se zrodil magnetostriktivní materiál terbium dysprosium železný gigant, získal širokou pozornost průmyslových zemí po celém světě.Společnost Edge Technologies ve Spojených státech začala vyrábět obří magnetostrikční materiály terbium dysprosium a železo v roce 1989 a pojmenovala je Terfenol D. Následně Švédsko, Japonsko, Rusko, Spojené království a Austrálie také vyvinuly obří magnetostrikční materiály terbium dysprosium a železo.
Z historie vývoje tohoto materiálu ve Spojených státech, jak vynález materiálu, tak jeho rané monopolní aplikace přímo souvisí s vojenským průmyslem (jako je námořnictvo).Ačkoli čínské vojenské a obranné oddělení postupně posilují své chápání tohoto materiálu.S výrazným posílením komplexní národní síly Číny však bude požadavek na dosažení vojenské konkurenční strategie 21. století a zlepšení úrovně vybavení rozhodně velmi naléhavý.Rozšířené použití magnetostrikčních magnetostrikčních materiálů terbium dysprosium a železa ze strany armády a národní obrany bude proto historickou nutností.
Stručně řečeno, mnoho vynikajících vlastnostíterbiumčiní z něj nepostradatelný člen mnoha funkčních materiálů a nezastupitelné místo v některých aplikačních oblastech.Kvůli vysoké ceně terbia však lidé studovali, jak se vyhnout a minimalizovat používání terbia, aby se snížily výrobní náklady.Například magnetooptické materiály vzácných zemin by také měly co nejvíce využívat levné dysprosium železo kobalt nebo gadolinium terbium kobalt;Pokuste se snížit obsah terbia v zeleném fluorescenčním prášku, který je nutné použít.Cena se stala důležitým faktorem omezujícím rozšířené používání terbia.Mnoho funkčních materiálů se bez něj ale neobejde, a tak se musíme držet zásady „použití dobré oceli na čepel“ a snažit se používání terbia co nejvíce ušetřit.
Čas odeslání: srpen-07-2023