Sjeldne jordelementerer uunnværlige for utvikling av høyteknologi som ny energi og materialer, og har bred bruksverdi innen felt som romfart, nasjonalt forsvar og militær industri.Resultatene av moderne krigføring indikerer at sjeldne jordartsvåpen dominerer slagmarken, sjeldne jordartsteknologiske fordeler representerer militære teknologiske fordeler, og det er garantert å ha ressurser.Derfor har sjeldne jordarter også blitt strategiske ressurser som store økonomier rundt om i verden konkurrerer om, og viktige råvarestrategier som sjeldne jordarter oppstår ofte til nasjonale strategier.Europa, Japan, USA og andre land og regioner legger mer vekt på viktige materialer som sjeldne jordarter.I 2008 ble sjeldne jordmaterialer oppført som "nøkkelmaterialstrategi" av USAs energidepartement;I begynnelsen av 2010 kunngjorde EU etableringen av en strategisk reserve av sjeldne jordarter;I 2007 hadde det japanske departementet for utdanning, kultur, vitenskap og teknologi, samt departementet for økonomi, industri og teknologi allerede foreslått planen "Element Strategy Plan" og "Rare Metal Alternative Materials".De har tatt kontinuerlige tiltak og retningslinjer i ressursreserver, teknologisk fremgang, ressursanskaffelse og leting etter alternative materialer.Fra denne artikkelen vil redaktøren introdusere i detalj de viktige og til og med uunnværlige historiske utviklingsoppdragene og rollene til disse sjeldne jordelementene.
Terbium tilhører kategorien tunge sjeldne jordarter, med en lav overflod i jordskorpen på bare 1,1 ppm.Terbiumoksidstår for mindre enn 0,01 % av de totale sjeldne jordartene.Selv i den tunge sjeldne jordartmalmen med høy yttriumiontype med det høyeste innholdet av terbium, utgjør terbiuminnholdet bare 1,1-1,2 % av den totale sjeldne jordarten, noe som indikerer at den tilhører den "edle" kategorien av sjeldne jordartsmetaller.Terbium er et sølvgrå metall med duktilitet og relativt myk tekstur, som kan skjæres opp med en kniv;Smeltepunkt 1360 ℃, kokepunkt 3123 ℃, tetthet 8229 4 kg/m3.I over 100 år siden oppdagelsen av terbium i 1843, har dets knapphet og verdi hindret dens praktiske anvendelse i lang tid.Det er først de siste 30 årene at terbium har vist sitt unike talent.
Oppdagelsen av terbium
I samme periode nårlantanble oppdaget, analyserte Karl G. Mosander fra Sverige det opprinnelig oppdagedeyttriumog publiserte en rapport i 1842, som klargjorde at den opprinnelig oppdagede yttriumjorden ikke var et enkelt elementært oksid, men et oksid av tre elementer.I 1843 oppdaget Mossander grunnstoffet terbium gjennom sin forskning på yttriumjord.Han kalte fortsatt en av dem yttriumjord og en av demerbiumoksid.Det var først i 1877 at det offisielt ble kalt terbium, med grunnstoffsymbolet Tb.Navnet kommer fra samme kilde som yttrium, som stammer fra landsbyen Ytterby nær Stockholm, Sverige, hvor yttriummalm først ble oppdaget.Oppdagelsen av terbium og to andre grunnstoffer, lantan og erbium, åpnet den andre døren til oppdagelsen av sjeldne jordartselementer, og markerte den andre fasen av oppdagelsen deres.Den ble først renset av G. Urban i 1905.
Mossander
Påføring av terbium
Anvendelsen avterbiuminvolverer for det meste høyteknologiske felt, som er teknologi- og kunnskapsintensive banebrytende prosjekter, samt prosjekter med betydelige økonomiske fordeler, med attraktive utviklingsmuligheter.De viktigste bruksområdene inkluderer: (1) blir brukt i form av blandede sjeldne jordarter.For eksempel brukes det som en sjeldne jordartsgjødsel og fôrtilsetning for landbruket.(2) Aktivator for grønt pulver i tre primære fluorescerende pulver.Moderne optoelektroniske materialer krever bruk av tre grunnleggende farger av fosfor, nemlig rød, grønn og blå, som kan brukes til å syntetisere forskjellige farger.Og terbium er en uunnværlig komponent i mange høykvalitets grønne fluorescerende pulver.(3) Brukes som et magnetooptisk lagringsmateriale.Amorft metall terbium overgangsmetalllegering tynne filmer har blitt brukt til å produsere høyytelses magneto-optiske plater.(4) Produksjon av magneto optisk glass.Faraday rotasjonsglass som inneholder terbium er et nøkkelmateriale for produksjon av rotatorer, isolatorer og sirkulatorer innen laserteknologi.(5) Utviklingen og utviklingen av terbium dysprosium ferromagnetostriktiv legering (TerFenol) har åpnet for nye anvendelser for terbium.
For landbruk og husdyrhold
Terbium av sjeldne jordarterkan forbedre kvaliteten på avlingene og øke fotosyntesehastigheten innenfor et visst konsentrasjonsområde.Terbiumkompleksene har høy biologisk aktivitet, og de ternære kompleksene av terbium, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, har gode antibakterielle og bakteriedrepende effekter på Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis og Escherichia coli, med bredspektret antibakteriell effekt. egenskaper.Studiet av disse kompleksene gir en ny forskningsretning for moderne bakteriedrepende medisiner.
Brukes innen luminescens
Moderne optoelektroniske materialer krever bruk av tre grunnleggende farger av fosfor, nemlig rød, grønn og blå, som kan brukes til å syntetisere forskjellige farger.Og terbium er en uunnværlig komponent i mange høykvalitets grønne fluorescerende pulver.Hvis fødselen av rødt fluorescerende pulver for farge-TV med sjeldne jordarter har stimulert etterspørselen etter yttrium og europium, har anvendelsen og utviklingen av terbium blitt fremmet av sjeldne jordarters tre primærfargede grønne fluorescerende pulver for lamper.På begynnelsen av 1980-tallet oppfant Philips verdens første kompakte energisparende lysrør og markedsførte den raskt globalt.Tb3+ioner kan sende ut grønt lys med en bølgelengde på 545nm, og nesten alle sjeldne jordarters grønne fluorescerende pulvere bruker terbium som aktivator.
Det grønne fluorescerende pulveret som brukes til farge-TV katodestrålerør (CRT) har alltid hovedsakelig vært basert på billig og effektivt sinksulfid, men terbiumpulver har alltid vært brukt som projeksjonsfarge-TV-grønt pulver, slik som Y2SiO5: Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5012: Tb3+ og LaOBr: Tb3+.Med utviklingen av høyoppløselig TV (HDTV) med stor skjerm, utvikles også høyytelses grønne fluorescerende pulver for CRT-er.For eksempel er det utviklet et hybrid grønt fluorescerende pulver i utlandet, bestående av Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+ og Y2SiO5: Tb3+, som har utmerket luminescenseffektivitet ved høy strømtetthet.
Det tradisjonelle røntgenfluorescerende pulveret er kalsiumwolframat.På 1970- og 1980-tallet ble det utviklet sjeldne jordarters fluorescerende pulver for sensibiliseringsskjermer, for eksempel terbiumaktivert lantansulfidoksid, terbiumaktivert lantanbromidoksid (for grønne skjermer) og terbiumaktivert yttriumsulfidoksid.Sammenlignet med kalsiumwolframat kan sjeldne jordarters fluorescerende pulver redusere tiden for røntgenbestråling for pasienter med 80 %, forbedre oppløsningen til røntgenfilmer, forlenge levetiden til røntgenrør og redusere energiforbruket.Terbium brukes også som en fluorescerende pulveraktivator for medisinske røntgenforbedringsskjermer, som i stor grad kan forbedre følsomheten til røntgenkonvertering til optiske bilder, forbedre klarheten til røntgenfilmer og redusere eksponeringsdosen av røntgen- stråler til menneskekroppen (med mer enn 50%).
Terbiumbrukes også som en aktivator i den hvite LED-fosforen begeistret av blått lys for ny halvlederbelysning.Den kan brukes til å produsere terbium-aluminiummagneto-optiske krystallfosforer, ved å bruke blålysdioder som eksitasjonslyskilder, og den genererte fluorescensen blandes med eksitasjonslyset for å produsere rent hvitt lys.
De elektroluminescerende materialene laget av terbium inkluderer hovedsakelig sinksulfidgrønt fluorescerende pulver med terbium som aktivator.Under ultrafiolett bestråling kan organiske komplekser av terbium avgi sterk grønn fluorescens og kan brukes som tynnfilm elektroluminescerende materialer.Selv om det er gjort betydelige fremskritt i studiet av organiske komplekse elektroluminescerende tynnfilmer av sjeldne jordarter, er det fortsatt et visst gap fra det praktiske, og forskning på organisk komplekse elektroluminescerende tynnfilmer og enheter for sjeldne jordarter er fortsatt i dybden.
Fluorescensegenskapene til terbium brukes også som fluorescensprober.Interaksjonen mellom ofloxacin terbium (Tb3+) kompleks og deoksyribonukleinsyre (DNA) ble studert ved bruk av fluorescens- og absorpsjonsspektre, slik som fluorescensproben til ofloxacin terbium (Tb3+).Resultatene viste at ofloxacin Tb3+-proben kan danne en rillebinding med DNA-molekyler, og deoksyribonukleinsyre kan forbedre fluorescensen til ofloksacin Tb3+-systemet betydelig.Basert på denne endringen kan deoksyribonukleinsyre bestemmes.
For magneto-optiske materialer
Materialer med Faraday-effekt, også kjent som magneto-optiske materialer, er mye brukt i lasere og andre optiske enheter.Det er to vanlige typer magneto-optiske materialer: magneto-optiske krystaller og magneto-optisk glass.Blant dem har magneto-optiske krystaller (som yttriumjerngranat og terbiumgalliumgranat) fordelene med justerbar driftsfrekvens og høy termisk stabilitet, men de er dyre og vanskelige å produsere.I tillegg har mange magneto-optiske krystaller med høye Faraday-rotasjonsvinkler høy absorpsjon i kortbølgeområdet, noe som begrenser bruken.Sammenlignet med magneto-optiske krystaller, har magneto-optisk glass fordelen av høy transmittans og er lett å lage til store blokker eller fibre.For tiden er magneto-optiske briller med høy Faraday-effekt hovedsakelig sjeldne jordarts-ionedopede briller.
Brukes til magnetooptiske lagringsmaterialer
De siste årene, med den raske utviklingen av multimedia og kontorautomatisering, har etterspørselen etter nye høykapasitets magnetiske plater økt.Amorfe metallterbium-overgangsmetallegerings-tynne filmer har blitt brukt til å produsere høyytelses magneto-optiske plater.Blant dem har TbFeCo-legeringen den beste ytelsen.Terbiumbaserte magneto-optiske materialer har blitt produsert i stor skala, og magneto-optiske plater laget av dem brukes som datalagringskomponenter, med lagringskapasitet økt med 10-15 ganger.De har fordelene med stor kapasitet og rask tilgangshastighet, og kan tørkes og belegges titusenvis av ganger når de brukes til optiske plater med høy tetthet.De er viktige materialer i elektronisk informasjonslagringsteknologi.Det mest brukte magneto-optiske materialet i de synlige og nær-infrarøde båndene er Terbium Gallium Garnet (TGG) enkeltkrystall, som er det beste magneto-optiske materialet for å lage Faraday-rotatorer og isolatorer.
For magneto optisk glass
Faraday magneto optisk glass har god gjennomsiktighet og isotropi i de synlige og infrarøde områdene, og kan danne ulike komplekse former.Det er enkelt å produsere store produkter og kan trekkes inn i optiske fibre.Derfor har den brede bruksmuligheter i magneto-optiske enheter som magneto-optiske isolatorer, magneto-optiske modulatorer og fiberoptiske strømsensorer.På grunn av det store magnetiske momentet og den lille absorpsjonskoeffisienten i det synlige og infrarøde området, har Tb3+-ioner blitt vanlig brukte sjeldne jordarts-ioner i magneto-optiske briller.
Terbium dysprosium ferromagnetostriktiv legering
På slutten av 1900-tallet, med den kontinuerlige utdypingen av verdens teknologiske revolusjon, dukket det raskt opp nye sjeldne jordartsmaterialer.I 1984 samarbeidet Iowa State University, Ames Laboratory ved US Department of Energy og US Navy Surface Weapons Research Center (hvorfra hovedpersonellet til det senere etablerte Edge Technology Corporation (ET REMA) kom) for å utvikle en ny sjelden jord intelligent materiale, nemlig terbium dysprosium ferromagnetisk magnetostriktivt materiale.Dette nye intelligente materialet har utmerkede egenskaper for raskt å konvertere elektrisk energi til mekanisk energi.De undervanns- og elektroakustiske transduserne laget av dette gigantiske magnetostriktive materialet har blitt konfigurert med suksess i marineutstyr, oljebrønndeteksjonshøyttalere, støy- og vibrasjonskontrollsystemer og havutforskning og underjordiske kommunikasjonssystemer.Derfor, så snart det gigantiske magnetostriktive terbiumdysprosium-jernmaterialet ble født, fikk det bred oppmerksomhet fra industrialiserte land rundt om i verden.Edge Technologies i USA begynte å produsere terbium dysprosium jerngigantiske magnetostriktive materialer i 1989 og ga dem navnet Terfenol D. Deretter utviklet også Sverige, Japan, Russland, Storbritannia og Australia terbium dysprosium jerngigantiske magnetostriktive materialer.
Fra historien til utviklingen av dette materialet i USA, er både oppfinnelsen av materialet og dets tidlige monopolistiske anvendelser direkte relatert til militærindustrien (som marinen).Selv om Kinas militær- og forsvarsavdelinger gradvis styrker sin forståelse av dette materialet.Men med den betydelige forbedringen av Kinas omfattende nasjonale styrke, vil kravet om å oppnå en militær konkurransestrategi for det 21. århundre og forbedre utstyrsnivået definitivt være svært presserende.Derfor vil den utbredte bruken av terbium dysprosium jerngigantiske magnetostriktive materialer av militære og nasjonale forsvarsavdelinger være en historisk nødvendighet.
Kort sagt, de mange utmerkede egenskapene tilterbiumgjør den til et uunnværlig element i mange funksjonelle materialer og en uerstattelig posisjon i noen bruksområder.På grunn av den høye prisen på terbium har folk imidlertid studert hvordan man kan unngå og minimere bruken av terbium for å redusere produksjonskostnadene.For eksempel bør magneto-optiske materialer av sjeldne jordarter også bruke rimelig dysprosiumjernkobolt eller gadoliniumterbiumkobolt så mye som mulig;Prøv å redusere innholdet av terbium i det grønne fluorescerende pulveret som må brukes.Pris har blitt en viktig faktor som begrenser den utbredte bruken av terbium.Men mange funksjonelle materialer kan ikke klare seg uten det, så vi må følge prinsippet om å "bruke godt stål på bladet" og prøve å spare bruken av terbium så mye som mulig.
Innleggstid: Aug-07-2023