Éléments de terres raressont indispensables au développement de hautes technologies telles que les nouvelles énergies et les nouveaux matériaux, et ont une large valeur d'application dans des domaines tels que l'aérospatiale, la défense nationale et l'industrie militaire.Les résultats de la guerre moderne indiquent que les armes des terres rares dominent le champ de bataille, que les avantages technologiques des terres rares représentent des avantages technologiques militaires et que la possession de ressources est garantie.Par conséquent, les terres rares sont également devenues des ressources stratégiques pour lesquelles les principales économies du monde se disputent, et les stratégies clés en matière de matières premières telles que les terres rares se transforment souvent en stratégies nationales.L'Europe, le Japon, les États-Unis et d'autres pays et régions accordent davantage d'attention aux matériaux clés tels que les terres rares.En 2008, les matériaux de terres rares ont été répertoriés comme « stratégie en matière de matériaux clés » par le Département de l'énergie des États-Unis ;Début 2010, l'Union européenne a annoncé la création d'une réserve stratégique de terres rares ;En 2007, le ministère japonais de l'Éducation, de la Culture, des Sciences et de la Technologie, ainsi que le ministère de l'Économie, de l'Industrie et de la Technologie, avaient déjà proposé le « Plan stratégique pour les éléments » et le plan « Matériaux alternatifs aux métaux rares ».Ils ont pris des mesures et des politiques continues en matière de réserves de ressources, de progrès technologique, d'acquisition de ressources et de recherche de matériaux alternatifs.À partir de cet article, l’éditeur présentera en détail les missions et rôles de développement historique importants, voire indispensables, de ces éléments de terres rares.
Terbium appartient à la catégorie des terres rares lourdes, avec une faible abondance dans la croûte terrestre à seulement 1,1 ppm.Oxyde de terbiumreprésente moins de 0,01 % du total des terres rares.Même dans le minerai de terres rares lourdes à haute teneur en ions yttrium avec la teneur la plus élevée en terbium, la teneur en terbium ne représente que 1,1 à 1,2 % du total des terres rares, ce qui indique qu'elle appartient à la catégorie « noble » des éléments des terres rares.Le terbium est un métal gris argenté avec une ductilité et une texture relativement douce, qui peut être ouvert avec un couteau ;Point de fusion 1360 ℃, point d'ébullition 3123 ℃, densité 8229 4kg/m3.Depuis plus de 100 ans depuis la découverte du terbium en 1843, sa rareté et sa valeur ont longtemps empêché son application pratique.Ce n’est qu’au cours des 30 dernières années que le terbium a montré son talent unique.
La découverte du terbium
Durant la même période oùlanthanea été découvert, Karl G. Mosander de Suède a analysé leyttriumet a publié un rapport en 1842, précisant que la terre d'yttrium initialement découverte n'était pas un seul oxyde élémentaire, mais un oxyde de trois éléments.En 1843, Mossander découvrit l'élément terbium grâce à ses recherches sur la terre d'yttrium.Il a quand même nommé l'un d'eux terre d'yttrium et l'un d'euxoxyde d'erbium.Ce n’est qu’en 1877 qu’il fut officiellement nommé terbium, avec le symbole d’élément Tb.Son nom vient de la même source que l'yttrium, originaire du village d'Ytterby près de Stockholm, en Suède, où le minerai d'yttrium a été découvert pour la première fois.La découverte du terbium et de deux autres éléments, le lanthane et l'erbium, a ouvert la deuxième porte à la découverte des éléments des terres rares, marquant la deuxième étape de leur découverte.Il a été purifié pour la première fois par G. Urban en 1905.
Mossandre
Application de terbium
L'application deterbiumIl s'agit principalement de domaines de haute technologie, qui sont des projets de pointe à forte intensité technologique et de connaissances, ainsi que des projets présentant des avantages économiques importants, avec des perspectives de développement attrayantes.Les principaux domaines d'application comprennent : (1) l'utilisation sous forme de mélanges de terres rares.Par exemple, il est utilisé comme engrais composé de terres rares et additif alimentaire pour l’agriculture.(2) Activateur de poudre verte dans trois poudres fluorescentes primaires.Les matériaux optoélectroniques modernes nécessitent l’utilisation de trois couleurs de base de luminophores, à savoir le rouge, le vert et le bleu, qui peuvent être utilisées pour synthétiser diverses couleurs.Et le terbium est un composant indispensable dans de nombreuses poudres fluorescentes vertes de haute qualité.(3) Utilisé comme matériau de stockage magnéto-optique.Des films minces d'alliage de métal de transition à base de terbium et de métal amorphe ont été utilisés pour fabriquer des disques magnéto-optiques hautes performances.(4) Fabrication de verre magnéto-optique.Le verre rotatif de Faraday contenant du terbium est un matériau clé pour la fabrication de rotateurs, d'isolateurs et de circulateurs dans la technologie laser.(5) Le développement et le développement de l'alliage ferromagnétostrictif au terbium dysprosium (TerFenol) ont ouvert de nouvelles applications pour le terbium.
Pour l'agriculture et l'élevage
Terbium de terre rarepeut améliorer la qualité des cultures et augmenter le taux de photosynthèse dans une certaine plage de concentration.Les complexes de terbium ont une activité biologique élevée et les complexes ternaires de terbium, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, ont de bons effets antibactériens et bactéricides sur Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis et Escherichia coli, avec un effet antibactérien à large spectre. propriétés.L’étude de ces complexes ouvre une nouvelle direction de recherche pour les médicaments bactéricides modernes.
Utilisé dans le domaine de la luminescence
Les matériaux optoélectroniques modernes nécessitent l’utilisation de trois couleurs de base de luminophores, à savoir le rouge, le vert et le bleu, qui peuvent être utilisées pour synthétiser diverses couleurs.Et le terbium est un composant indispensable dans de nombreuses poudres fluorescentes vertes de haute qualité.Si la naissance de la poudre fluorescente rouge TV couleur terres rares a stimulé la demande d'yttrium et d'europium, alors l'application et le développement du terbium ont été favorisés par la poudre fluorescente verte à trois couleurs primaires terres rares pour lampes.Au début des années 1980, Philips a inventé la première lampe fluorescente compacte à économie d'énergie au monde et en a rapidement fait la promotion à l'échelle mondiale.Les ions Tb3+ peuvent émettre une lumière verte d’une longueur d’onde de 545 nm, et presque toutes les poudres fluorescentes vertes de terres rares utilisent le terbium comme activateur.
La poudre fluorescente verte utilisée pour les tubes cathodiques (CRT) de télévision couleur a toujours été principalement basée sur du sulfure de zinc bon marché et efficace, mais la poudre de terbium a toujours été utilisée comme poudre verte de télévision couleur de projection, telle que Y2SiO5 : Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12 : Tb3+, et LaOBr : Tb3+.Avec le développement de la télévision haute définition sur grand écran (TVHD), des poudres fluorescentes vertes hautes performances pour les tubes cathodiques sont également en cours de développement.Par exemple, une poudre fluorescente verte hybride a été développée à l'étranger, composée de Y3 (Al, Ga) 5O12 : Tb3+, LaOCl : Tb3+ et Y2SiO5 : Tb3+, qui ont une excellente efficacité de luminescence à haute densité de courant.
La poudre fluorescente aux rayons X traditionnelle est le tungstate de calcium.Dans les années 1970 et 1980, des poudres fluorescentes de terres rares pour écrans de sensibilisation ont été développées, telles que l'oxyde de sulfure de lanthane activé par le terbium, l'oxyde de bromure de lanthane activé par le terbium (pour les écrans verts) et l'oxyde de sulfure d'yttrium activé par le terbium.Par rapport au tungstate de calcium, la poudre fluorescente de terres rares peut réduire de 80 % le temps d'irradiation aux rayons X pour les patients, améliorer la résolution des films radiologiques, prolonger la durée de vie des tubes à rayons X et réduire la consommation d'énergie.Le terbium est également utilisé comme activateur de poudre fluorescente pour les écrans médicaux d'amélioration des rayons X, ce qui peut grandement améliorer la sensibilité de la conversion des rayons X en images optiques, améliorer la clarté des films radiologiques et réduire considérablement la dose d'exposition aux rayons X. rayons sur le corps humain (de plus de 50 %).
Terbiumest également utilisé comme activateur dans le phosphore LED blanc excité par la lumière bleue pour un nouvel éclairage à semi-conducteurs.Il peut être utilisé pour produire des phosphores à cristaux magnéto-optiques au terbium-aluminium, en utilisant des diodes électroluminescentes bleues comme sources de lumière d'excitation, et la fluorescence générée est mélangée à la lumière d'excitation pour produire une lumière blanche pure.
Les matériaux électroluminescents à base de terbium comprennent principalement de la poudre fluorescente verte de sulfure de zinc avec du terbium comme activateur.Sous irradiation ultraviolette, les complexes organiques de terbium peuvent émettre une forte fluorescence verte et peuvent être utilisés comme matériaux électroluminescents en couches minces.Bien que des progrès significatifs aient été réalisés dans l'étude des films minces électroluminescents à complexes organiques de terres rares, il existe encore un certain écart par rapport à la praticité, et la recherche sur les films minces et les dispositifs électroluminescents à complexes organiques de terres rares est encore approfondie.
Les caractéristiques de fluorescence du terbium sont également utilisées comme sondes de fluorescence.L'interaction entre le complexe d'ofloxacine terbium (Tb3+) et l'acide désoxyribonucléique (ADN) a été étudiée à l'aide de spectres de fluorescence et d'absorption, tels que la sonde de fluorescence de l'ofloxacine terbium (Tb3+).Les résultats ont montré que la sonde ofloxacine Tb3+ peut former un sillon se liant aux molécules d'ADN et que l'acide désoxyribonucléique peut améliorer considérablement la fluorescence du système ofloxacine Tb3+.Sur la base de ce changement, l'acide désoxyribonucléique peut être déterminé.
Pour les matériaux magnéto-optiques
Les matériaux à effet Faraday, également appelés matériaux magnéto-optiques, sont largement utilisés dans les lasers et autres dispositifs optiques.Il existe deux types courants de matériaux magnéto-optiques : les cristaux magnéto-optiques et le verre magnéto-optique.Parmi eux, les cristaux magnéto-optiques (tels que le grenat d'yttrium-fer et le grenat de terbium-gallium) présentent les avantages d'une fréquence de fonctionnement réglable et d'une stabilité thermique élevée, mais ils sont coûteux et difficiles à fabriquer.De plus, de nombreux cristaux magnéto-optiques présentant des angles de rotation de Faraday élevés ont une absorption élevée dans la gamme des ondes courtes, ce qui limite leur utilisation.Comparé aux cristaux magnéto-optiques, le verre magnéto-optique présente l’avantage d’une transmission élevée et est facile à transformer en gros blocs ou fibres.À l'heure actuelle, les verres magnéto-optiques à effet Faraday élevé sont principalement des verres dopés aux ions terres rares.
Utilisé pour les matériaux de stockage magnéto-optique
Ces dernières années, avec le développement rapide du multimédia et de la bureautique, la demande de nouveaux disques magnétiques de grande capacité s'est accrue.Des films minces d'alliage de métal de transition à base de terbium et de métal amorphe ont été utilisés pour fabriquer des disques magnéto-optiques hautes performances.Parmi eux, le film mince en alliage TbFeCo présente les meilleures performances.Des matériaux magnéto-optiques à base de terbium ont été produits à grande échelle, et les disques magnéto-optiques fabriqués à partir de ceux-ci sont utilisés comme composants de stockage informatique, avec une capacité de stockage augmentée de 10 à 15 fois.Ils présentent les avantages d'une grande capacité et d'une vitesse d'accès rapide, et peuvent être essuyés et enduits des dizaines de milliers de fois lorsqu'ils sont utilisés pour des disques optiques haute densité.Ce sont des matériaux importants dans la technologie de stockage électronique de l’information.Le matériau magnéto-optique le plus couramment utilisé dans les bandes du visible et du proche infrarouge est le monocristal de grenat de terbium et de gallium (TGG), qui est le meilleur matériau magnéto-optique pour fabriquer des rotateurs et des isolateurs de Faraday.
Pour verre magnéto-optique
Le verre magnéto-optique de Faraday présente une bonne transparence et une bonne isotropie dans les régions visible et infrarouge et peut former diverses formes complexes.Il est facile de produire des produits de grande taille et peut être transformé en fibres optiques.Par conséquent, il présente de larges perspectives d’application dans les dispositifs magnéto-optiques tels que les isolateurs magnéto-optiques, les modulateurs magnéto-optiques et les capteurs de courant à fibre optique.En raison de son grand moment magnétique et de son faible coefficient d’absorption dans la gamme visible et infrarouge, les ions Tb3+ sont devenus des ions de terres rares couramment utilisés dans les verres magnéto-optiques.
Alliage ferromagnétostrictif de Terbium dysprosium
À la fin du 20e siècle, avec l’approfondissement continu de la révolution technologique mondiale, de nouveaux matériaux destinés aux applications des terres rares faisaient rapidement leur apparition.En 1984, l'Université d'État de l'Iowa, le laboratoire Ames du ministère américain de l'Énergie et le centre de recherche sur les armes de surface de la marine américaine (d'où sont issus le personnel principal de la Edge Technology Corporation (ET REMA), créée plus tard) ont collaboré pour développer un nouveau rare matériau intelligent terrestre, nommément matériau magnétostrictif ferromagnétique au terbium dysprosium.Ce nouveau matériau intelligent présente d'excellentes caractéristiques de conversion rapide de l'énergie électrique en énergie mécanique.Les transducteurs sous-marins et électroacoustiques fabriqués à partir de ce matériau magnétostrictif géant ont été configurés avec succès dans des équipements navals, des haut-parleurs de détection de puits de pétrole, des systèmes de contrôle du bruit et des vibrations, ainsi que des systèmes d'exploration océanique et de communication souterraine.Par conséquent, dès la naissance du matériau magnétostrictif géant de fer terbium dysprosium, il a reçu une large attention de la part des pays industrialisés du monde entier.Edge Technologies aux États-Unis a commencé à produire des matériaux magnétostrictifs géants de fer au terbium dysprosium en 1989 et les a nommés Terfenol D. Par la suite, la Suède, le Japon, la Russie, le Royaume-Uni et l'Australie ont également développé des matériaux magnétostrictifs géants au terbium dysprosium et au fer.
D’après l’histoire du développement de ce matériau aux États-Unis, tant l’invention du matériau que ses premières applications monopolistiques sont directement liées à l’industrie militaire (comme la marine).Bien que les départements militaires et de défense chinois renforcent progressivement leur compréhension de ce matériau.Cependant, avec le renforcement significatif de la force nationale globale de la Chine, la nécessité de parvenir à une stratégie militaire compétitive du 21e siècle et d'améliorer les niveaux d'équipement deviendra certainement très urgente.Par conséquent, l’utilisation généralisée de matériaux magnétostrictifs géants de fer au terbium dysprosium par les ministères militaires et de la défense nationale sera une nécessité historique.
En bref, les nombreuses excellentes propriétés deterbiumen font un élément indispensable de nombreux matériaux fonctionnels et une position irremplaçable dans certains domaines d'application.Cependant, en raison du prix élevé du terbium, des chercheurs ont étudié comment éviter et minimiser son utilisation afin de réduire les coûts de production.Par exemple, les matériaux magnéto-optiques de terres rares devraient également utiliser autant que possible du dysprosium fer cobalt ou du gadolinium terbium cobalt ;Essayez de réduire la teneur en terbium de la poudre fluorescente verte qui doit être utilisée.Le prix est devenu un facteur important limitant l’utilisation généralisée du terbium.Mais de nombreux matériaux fonctionnels ne peuvent s'en passer, nous devons donc adhérer au principe « d'utiliser un bon acier sur la lame » et essayer d'économiser autant que possible l'utilisation du terbium.
Heure de publication : 07 août 2023