Հազվագյուտ հողային ռազմական նյութեր - հազվագյուտ հողային տերբիում

Հազվագյուտ հողային տարրերդրանք անփոխարինելի են այնպիսի բարձր տեխնոլոգիաների զարգացման համար, ինչպիսիք են նոր էներգիան և նյութերը, և ունեն լայն կիրառական արժեք այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են օդատիեզերքը, ազգային պաշտպանությունը և ռազմական արդյունաբերությունը:Ժամանակակից պատերազմի արդյունքները ցույց են տալիս, որ ռազմի դաշտում գերիշխում են հազվագյուտ հողային զենքերը, հազվագյուտ երկրային տեխնոլոգիական առավելությունները ներկայացնում են ռազմական տեխնոլոգիական առավելություններ, և ռեսուրսների առկայությունը երաշխավորված է։Հետևաբար, հազվագյուտ հողերը նույնպես դարձել են ռազմավարական ռեսուրսներ, որոնց համար մրցում են աշխարհի խոշոր տնտեսությունները, և հիմնական հումքի ռազմավարությունները, ինչպիսիք են հազվագյուտ հողերը, հաճախ վերածվում են ազգային ռազմավարությունների:Եվրոպան, Ճապոնիան, Միացյալ Նահանգները և այլ երկրներ և տարածաշրջաններ ավելի մեծ ուշադրություն են դարձնում հիմնական նյութերին, ինչպիսիք են հազվագյուտ հողերը:2008 թվականին հազվագյուտ հողային նյութերը Միացյալ Նահանգների Էներգետիկայի դեպարտամենտի կողմից թվարկվեցին որպես «հիմնական նյութերի ռազմավարություն».2010 թվականի սկզբին Եվրամիությունը հայտարարեց հազվագյուտ հողերի ռազմավարական պաշարի ստեղծման մասին.2007 թվականին Ճապոնիայի կրթության, մշակույթի, գիտության և տեխնոլոգիաների նախարարությունը, ինչպես նաև էկոնոմիկայի, արդյունաբերության և տեխնոլոգիաների նախարարությունը արդեն առաջարկել էին «Էլեմենտների ռազմավարության պլանը» և «Հազվագյուտ մետաղների այլընտրանքային նյութեր» պլանը։Նրանք շարունակական միջոցներ և քաղաքականություն են ձեռնարկել ռեսուրսների պաշարների, տեխնոլոգիական առաջընթացի, ռեսուրսների ձեռքբերման և այլընտրանքային նյութերի որոնման ուղղությամբ։Այս հոդվածից սկսած՝ խմբագիրը մանրամասն կներկայացնի այս հազվագյուտ երկրային տարրերի պատմական զարգացման կարևոր և նույնիսկ անփոխարինելի առաքելությունները և դերերը։

Տերբիում պատկանում է ծանր հազվագյուտ հողերի կատեգորիային, Երկրի ընդերքում ցածր առատությամբ՝ ընդամենը 1,1 պրոմիլ/րոպե։Տերբիումի օքսիդկազմում է հազվագյուտ հողերի ընդհանուր քանակի 0,01%-ից պակասը:Նույնիսկ բարձր իտրիումի իոնային տիպի ծանր հազվագյուտ հողային հանքաքարում՝ տերբիումի ամենաբարձր պարունակությամբ, տերբիումի պարունակությունը կազմում է ընդհանուր հազվագյուտ հողի միայն 1,1-1,2%-ը, ինչը ցույց է տալիս, որ այն պատկանում է հազվագյուտ հողային տարրերի «ազնիվ» կատեգորիային:Տերբիումը արծաթագույն մոխրագույն մետաղ է՝ ճկունությամբ և համեմատաբար փափուկ հյուսվածքով, որը կարելի է կտրել դանակով.Հալման կետ 1360 ℃, եռման կետ 3123 ℃, խտություն 8229 4 կգ/մ3։1843 թվականին տերբիումի հայտնաբերումից ի վեր ավելի քան 100 տարի, դրա սակավությունն ու արժեքը երկար ժամանակ խոչընդոտել են դրա գործնական կիրառմանը:Միայն վերջին 30 տարում է, որ տերբիումը ցույց է տվել իր յուրահատուկ տաղանդը:

Տերբիումի հայտնաբերումը

Նույն ժամանակահատվածում, երբլանթանհայտնաբերվել է, Շվեդիայի Կարլ Մոսանդերը վերլուծել է ի սկզբանե հայտնաբերվածըիտրիումև հրապարակեց զեկույց 1842 թվականին, պարզաբանելով, որ ի սկզբանե հայտնաբերված իտրիումային երկիրը մեկ տարրային օքսիդ չէր, այլ երեք տարրերի օքսիդ:1843 թվականին Մոսանդերը հայտնաբերեց տերբիում տարրը՝ իտրիումային երկրի վերաբերյալ իր հետազոտությունների միջոցով։Նա դեռևս նրանցից մեկին անվանեց իտտրիում երկիր և նրանցից մեկինէրբիումի օքսիդ.Միայն 1877 թվականին այն պաշտոնապես ստացավ տերբիում անունը՝ Tb տարրի խորհրդանիշով։Նրա անվանումը գալիս է նույն աղբյուրից, ինչ իտրիումը, որը ծագել է Շվեդիայի Ստոկհոլմի մոտ գտնվող Իտերբի գյուղից, որտեղ առաջին անգամ հայտնաբերվել է իտրիումի հանքաքար։Տերբիումի և երկու այլ տարրերի՝ լանթանի և էրբիումի հայտնաբերումը հազվագյուտ հողային տարրերի հայտնաբերման երկրորդ դուռը բացեց՝ նշանավորելով դրանց հայտնաբերման երկրորդ փուլը։Այն առաջին անգամ մաքրվել է Գ.Ուրբանի կողմից 1905թ.

Մոսանդեր

Տերբիումի կիրառում

-ի դիմումըտերբիումհիմնականում ներառում է բարձր տեխնոլոգիական ոլորտներ, որոնք տեխնոլոգիական և գիտելիքի ինտենսիվ առաջադեմ նախագծեր են, ինչպես նաև զգալի տնտեսական օգուտներ ունեցող, զարգացման գրավիչ հեռանկարներով նախագծեր:Կիրառման հիմնական ոլորտները ներառում են. (1) օգտագործվում են խառը հազվագյուտ հողերի տեսքով:Օրինակ, այն օգտագործվում է որպես հազվագյուտ հողերի բարդ պարարտանյութ և կերային հավելում գյուղատնտեսության համար:(2) Ակտիվատոր կանաչ փոշու համար երեք հիմնական լյումինեսցենտային փոշիներում:Ժամանակակից օպտոէլեկտրոնային նյութերը պահանջում են ֆոսֆորի երեք հիմնական գույների օգտագործում՝ կարմիր, կանաչ և կապույտ, որոնք կարող են օգտագործվել տարբեր գույների սինթեզման համար:Իսկ տերբիումը շատ բարձրորակ կանաչ լյումինեսցենտային փոշիների անփոխարինելի բաղադրիչ է:(3) Օգտագործվում է որպես մագնիսական օպտիկական պահեստավորման նյութ:Ամորֆ մետաղի տերբիումի անցումային մետաղի համաձուլվածքի բարակ թաղանթները օգտագործվել են բարձր արդյունավետությամբ մագնիսական օպտիկական սկավառակների արտադրության համար:(4) Մագնիսական օպտիկական ապակիների արտադրություն:Տերբիում պարունակող Faraday պտտվող ապակին առանցքային նյութ է լազերային տեխնոլոգիայի պտտիչների, մեկուսիչների և շրջանառու սարքերի արտադրության համար:(5) Terbium dysprosium ferromagnetostrictive համաձուլվածքի (TerFenol) մշակումն ու զարգացումը բացել են տերբիումի նոր կիրառություններ:

 Գյուղատնտեսության և անասնաբուծության համար

Հազվագյուտ հողային տերբիումկարող է բարելավել մշակաբույսերի որակը և բարձրացնել ֆոտոսինթեզի արագությունը որոշակի կոնցենտրացիայի սահմաններում:Տերբիումի համալիրներն ունեն բարձր կենսաբանական ակտիվություն, իսկ տերբիումի եռյակային համալիրները՝ Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, լավ հակաբակտերիալ և բակտերիալ ազդեցություն ունեն Staphylococcus aureus-ի, Bacillus subtilis-ի և Escherichia coli-ի վրա՝ հակաբակտերիալ լայն սպեկտրով: հատկությունները.Այս համալիրների ուսումնասիրությունը նոր հետազոտական ​​ուղղություն է տալիս ժամանակակից մանրէասպան դեղամիջոցների համար։

Օգտագործվում է լյումինեսցենցիայի ոլորտում

Ժամանակակից օպտոէլեկտրոնային նյութերը պահանջում են ֆոսֆորի երեք հիմնական գույների օգտագործում՝ կարմիր, կանաչ և կապույտ, որոնք կարող են օգտագործվել տարբեր գույների սինթեզման համար:Իսկ տերբիումը շատ բարձրորակ կանաչ լյումինեսցենտային փոշիների անփոխարինելի բաղադրիչ է:Եթե ​​հազվագյուտ հողային գույնի հեռուստացույցի կարմիր լյումինեսցենտային փոշու ծնունդը խթանել է իտրիումի և եվրոպիումի պահանջարկը, ապա տերբիումի կիրառումն ու զարգացումը նպաստել են լամպերի համար հազվագյուտ հողի երեք հիմնական գույնի կանաչ լյումինեսցենտ փոշին:1980-ականների սկզբին Philips-ը հայտնագործեց աշխարհում առաջին կոմպակտ էներգախնայող լյումինեսցենտ լամպը և արագ տարածեց այն ամբողջ աշխարհում:Tb3+ իոնները կարող են արձակել 545 նմ ալիքի երկարությամբ կանաչ լույս, և գրեթե բոլոր հազվագյուտ հողային կանաչ լյումինեսցենտ փոշիները օգտագործում են տերբիումը որպես ակտիվացնող:

Կանաչ լյումինեսցենտ փոշին, որն օգտագործվում է գունավոր հեռուստացույցի կաթոդային ճառագայթների խողովակների համար (CRTs) միշտ հիմնականում հիմնված է եղել էժան և արդյունավետ ցինկի սուլֆիդի վրա, սակայն տերբիումի փոշին միշտ օգտագործվել է որպես պրոյեկցիոն գունավոր հեռուստացույցի կանաչ փոշի, ինչպիսին է Y2SiO5: Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12՝ Tb3+, իսկ LaOBr՝ Tb3+։Մեծ էկրանով բարձր հստակությամբ հեռուստացույցի (HDTV) մշակման հետ մեկտեղ մշակվում են նաև բարձր արդյունավետության կանաչ լյումինեսցենտ փոշիներ CRT-ների համար:Օրինակ՝ արտերկրում ստեղծվել է հիբրիդային կանաչ լյումինեսցենտ փոշի՝ բաղկացած Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+ և Y2SiO5: Tb3+, որոնք ունեն լյումինեսցենտային գերազանց արդյունավետություն հոսանքի բարձր խտության դեպքում:

Ավանդական ռենտգենյան լյումինեսցենտ փոշին կալցիումի վոլֆրամ է:1970-ականներին և 1980-ականներին ստեղծվեցին հազվագյուտ հողային լյումինեսցենտային փոշիներ՝ զգայունացնող էկրանների համար, ինչպիսիք են տերբիումով ակտիվացված լանթանի սուլֆիդի օքսիդը, տերբիում ակտիվացված լանթանի բրոմիդի օքսիդը (կանաչ էկրանների համար) և տերբիում ակտիվացված իտրիումի սուլֆիդի օքսիդը:Կալցիումի վոլֆրամի համեմատությամբ՝ հազվագյուտ հողային լյումինեսցենտ փոշին կարող է նվազեցնել ռենտգենյան ճառագայթման ժամանակը հիվանդների մոտ 80%-ով, բարելավել ռենտգեն ֆիլմերի լուծումը, երկարացնել ռենտգենյան խողովակների կյանքի տևողությունը և նվազեցնել էներգիայի սպառումը:Terbium-ը նաև օգտագործվում է որպես լյումինեսցենտային փոշի ակտիվացնող բժշկական ռենտգենյան էկրանների համար, ինչը կարող է մեծապես բարելավել ռենտգենյան ճառագայթների վերափոխման զգայունությունը օպտիկական պատկերների, բարելավել ռենտգեն ֆիլմերի հստակությունը և զգալիորեն նվազեցնել ռենտգենյան ճառագայթման դոզան: ճառագայթները մարդու մարմնին (ավելի քան 50%):

Տերբիումօգտագործվում է նաև որպես ակտիվացուցիչ սպիտակ LED ֆոսֆորի մեջ, որը գրգռված է կապույտ լույսով նոր կիսահաղորդչային լուսավորության համար:Այն կարող է օգտագործվել տերբիումի ալյումինի մագնիսական օպտիկական բյուրեղային ֆոսֆորներ արտադրելու համար՝ օգտագործելով կապույտ լույս արտանետող դիոդներ՝ որպես գրգռման լույսի աղբյուրներ, և առաջացած ֆլուորեսցենտը խառնվում է գրգռման լույսի հետ՝ մաքուր սպիտակ լույս արտադրելու համար:

Տերբիումից պատրաստված էլեկտրալյումինեսցենտ նյութերը հիմնականում ներառում են ցինկի սուլֆիդի կանաչ լյումինեսցենտ փոշի՝ որպես ակտիվացնող տերբիում:Ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման ներքո տերբիումի օրգանական համալիրները կարող են արձակել ուժեղ կանաչ ֆլյուորեսցենտ և կարող են օգտագործվել որպես բարակ թաղանթով էլեկտրալյումինեսցենտ նյութեր:Թեև զգալի առաջընթաց է գրանցվել հազվագյուտ հողերի օրգանական բարդ էլեկտրալյումինեսցենտ բարակ թաղանթների ուսումնասիրության մեջ, այնուամենայնիվ, գործնականությունից որոշակի բաց կա, և հազվագյուտ հողային օրգանական բարդ էլեկտրալյումինեսցենտ բարակ թաղանթների և սարքերի վերաբերյալ հետազոտությունը դեռ խորանում է:

Տերբիումի ֆլյուորեսցենտային բնութագրերը նույնպես օգտագործվում են որպես լյումինեսցենտային զոնդեր։Օֆլոքասին տերբիումի (Tb3+) համալիրի և դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթվի (ԴՆԹ) փոխազդեցությունը ուսումնասիրվել է ֆլյուորեսցենտային և կլանման սպեկտրների միջոցով, ինչպիսին է օֆլոքասին տերբիումի (Tb3+) ֆլուորեսցենտային զոնդը:Արդյունքները ցույց են տվել, որ ofloxacin Tb3+ զոնդը կարող է ձևավորել ակոս, որը կապվում է ԴՆԹ-ի մոլեկուլների հետ, իսկ դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթուն կարող է զգալիորեն բարձրացնել ofloxacin Tb3+ համակարգի ֆլյուորեսցենտությունը:Այս փոփոխության հիման վրա կարելի է որոշել դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթուն։

Մագնիսական օպտիկական նյութերի համար

Ֆարադեյի էֆեկտով նյութերը, որոնք հայտնի են նաև որպես մագնիս-օպտիկական նյութեր, լայնորեն օգտագործվում են լազերներում և այլ օպտիկական սարքերում։Գոյություն ունեն մագնիսական օպտիկական նյութերի երկու ընդհանուր տեսակ՝ մագնիսական օպտիկական բյուրեղներ և մագնիսական օպտիկական ապակիներ:Դրանցից մագնիս-օպտիկական բյուրեղները (ինչպիսիք են իտրիումի երկաթի նռնաքարը և տերբիումի գալիումի նռնաքարը) ունեն կարգավորելի աշխատանքային հաճախականության և բարձր ջերմային կայունության առավելություններ, սակայն դրանք թանկ են և դժվար է արտադրել:Բացի այդ, շատ մագնիս-օպտիկական բյուրեղներ, որոնք ունեն Ֆարադեյի պտտման բարձր անկյուններ, ունեն բարձր կլանում կարճ ալիքի միջակայքում, ինչը սահմանափակում է դրանց օգտագործումը:Մագնիսական օպտիկական բյուրեղների համեմատությամբ՝ մագնիսական օպտիկական ապակին ունի բարձր հաղորդունակության առավելություն և հեշտ է վերածվել խոշոր բլոկների կամ մանրաթելերի:Ներկայումս մագնիս-օպտիկական ակնոցները բարձր Ֆարադայ էֆեկտով հիմնականում հազվագյուտ հողային իոնային ակնոցներ են:

Օգտագործվում է մագնիսական օպտիկական պահեստավորման նյութերի համար

Վերջին տարիներին, մուլտիմեդիա և գրասենյակային ավտոմատացման արագ զարգացման հետ մեկտեղ, մեծանում է նոր մեծ հզորությամբ մագնիսական սկավառակների պահանջարկը:Ամորֆ մետաղի տերբիումի անցումային մետաղի համաձուլվածքի բարակ թաղանթները օգտագործվել են բարձր արդյունավետությամբ մագնիսական օպտիկական սկավառակների արտադրության համար:Դրանց թվում լավագույն կատարումն ունի TbFeCo խառնուրդի բարակ թաղանթը:Մեծ մասշտաբով արտադրվել են տերբիումի վրա հիմնված մագնիս-օպտիկական նյութեր, որոնցից պատրաստված մագնիս-օպտիկական սկավառակներն օգտագործվում են որպես համակարգչային պահեստավորման բաղադրիչներ՝ 10-15 անգամ ավելացած պահեստային հզորությամբ։Նրանք ունեն մեծ հզորության և արագ մուտքի արագության առավելությունները, և կարող են սրբվել և ծածկվել տասնյակ հազարավոր անգամներ, երբ օգտագործվում են բարձր խտության օպտիկական սկավառակների համար:Դրանք կարևոր նյութեր են տեղեկատվության պահպանման էլեկտրոնային տեխնոլոգիայի մեջ:Տեսանելի և մերձ ինֆրակարմիր շերտերում առավել հաճախ օգտագործվող մագնիսական օպտիկական նյութը Terbium Gallium Garnet (TGG) միաբյուրեղն է, որը լավագույն մագնիս-օպտիկական նյութն է Faraday-ի պտույտներ և մեկուսիչներ պատրաստելու համար:

Մագնիսական օպտիկական ապակու համար

Faraday մագնիսական օպտիկական ապակին ունի լավ թափանցիկություն և իզոտրոպիա տեսանելի և ինֆրակարմիր շրջաններում և կարող է ձևավորել տարբեր բարդ ձևեր:Հեշտ է արտադրել մեծ չափի արտադրանք և կարող է ներծծվել օպտիկական մանրաթելերի մեջ:Հետևաբար, այն լայն կիրառման հեռանկարներ ունի մագնիսական օպտիկական սարքերում, ինչպիսիք են մագնիսական օպտիկական մեկուսիչները, մագնիտոօպտիկական մոդուլյատորները և օպտիկամանրաթելային հոսանքի սենսորները:Շնորհիվ իր մեծ մագնիսական պահի և տեսանելի և ինֆրակարմիր տիրույթում կլանման փոքր գործակցի՝ Tb3+իոնները դարձել են սովորաբար օգտագործվող հազվագյուտ հողային իոններ մագնիսական օպտիկական ակնոցներում:

Terbium dysprosium ferromagnetostrictive խառնուրդ

20-րդ դարի վերջին, համաշխարհային տեխնոլոգիական հեղափոխության շարունակական խորացման հետ մեկտեղ, հազվագյուտ հողի կիրառման նոր նյութեր արագորեն ի հայտ եկան։1984 թվականին Այովա նահանգի համալսարանը, ԱՄՆ էներգետիկայի դեպարտամենտի Էյմս լաբորատորիան և ԱՄՆ ռազմածովային ուժերի մակերևութային զենքերի հետազոտական ​​կենտրոնը (որից եկել են ավելի ուշ ստեղծված Edge Technology Corporation-ի (ET REMA) հիմնական անձնակազմը) համագործակցել են՝ ստեղծելու նոր հազվագյուտ Երկիր խելացի նյութ, այն է՝ տերբիումի դիսպրոզիում ֆերոմագնիսական մագնիսական նեղացնող նյութ։Այս նոր խելացի նյութն ունի էլեկտրական էներգիան մեխանիկական էներգիայի արագ փոխակերպելու գերազանց բնութագրեր:Այս հսկա մագնիսական սեղմող նյութից պատրաստված ստորջրյա և էլեկտրաակուստիկ փոխարկիչները հաջողությամբ կարգավորվել են ռազմածովային սարքավորումներում, նավթահորերի հայտնաբերման բարձրախոսներում, աղմուկի և թրթռումների կառավարման համակարգերում, օվկիանոսի հետախուզման և ստորգետնյա հաղորդակցության համակարգերում:Հետևաբար, հենց որ ծնվեց տերբիումի դիսպրոզիումի երկաթի հսկա մագնիսական նեղացնող նյութը, այն լայն ուշադրություն դարձրեց աշխարհի արդյունաբերական զարգացած երկրների կողմից:Edge Technologies-ը Միացյալ Նահանգներում սկսեց արտադրել տերբիում դիսպրոզիումի երկաթի հսկա մագնիսական նեղացնող նյութեր և դրանք անվանեց Terfenol D: Հետագայում Շվեդիան, Ճապոնիան, Ռուսաստանը, Միացյալ Թագավորությունը և Ավստրալիան նաև մշակեցին տերբիում դիսպրոզիումի երկաթի հսկա մագնիսական նեղացնող նյութեր:

Միացյալ Նահանգներում այս նյութի մշակման պատմությունից և՛ նյութի գյուտը, և՛ դրա վաղ մենաշնորհային կիրառությունները անմիջականորեն կապված են ռազմական արդյունաբերության հետ (օրինակ՝ նավատորմը):Չնայած Չինաստանի ռազմական և պաշտպանական գերատեսչությունները աստիճանաբար ամրապնդում են այս նյութի վերաբերյալ իրենց պատկերացումները:Այնուամենայնիվ, Չինաստանի համապարփակ ազգային հզորության զգալի ընդլայնմամբ, 21-րդ դարի ռազմական մրցակցային ռազմավարության հասնելու և սարքավորումների մակարդակի բարելավման պահանջը միանշանակ շատ հրատապ կլինի:Հետևաբար, ռազմական և ազգային պաշտպանության գերատեսչությունների կողմից տերբիումի դիսպրոզիումի երկաթի հսկա մագնիսական նեղացնող նյութերի համատարած օգտագործումը պատմական անհրաժեշտություն կլինի:

Մի խոսքով, շատ հիանալի հատկություններտերբիումդարձնել այն շատ ֆունկցիոնալ նյութերի անփոխարինելի անդամ և անփոխարինելի դիրք որոշ կիրառական ոլորտներում:Այնուամենայնիվ, տերբիումի բարձր գնի պատճառով մարդիկ ուսումնասիրում էին, թե ինչպես խուսափել և նվազագույնի հասցնել տերբիումի օգտագործումը՝ արտադրության ծախսերը նվազեցնելու համար:Օրինակ, հազվագյուտ հողային մագնիս-օպտիկական նյութերը պետք է օգտագործեն նաև էժան դիսպրոզիումի երկաթի կոբալտ կամ գադոլինիում տերբիում կոբալտ, որքան հնարավոր է;Փորձեք նվազեցնել տերբիումի պարունակությունը կանաչ լյումինեսցենտ փոշու մեջ, որը պետք է օգտագործվի:Գինը դարձել է տերբիումի համատարած օգտագործումը սահմանափակող կարևոր գործոն։Բայց շատ ֆունկցիոնալ նյութեր չեն կարող անել առանց դրա, ուստի մենք պետք է հավատարիմ մնանք «սայրի վրա լավ պողպատ օգտագործելու» սկզբունքին և փորձենք հնարավորինս խնայել տերբիումի օգտագործումը: