Elemente de pământ raresunt indispensabile pentru dezvoltarea tehnologiei înalte, cum ar fi noi energie și materiale și au o valoare largă de aplicare în domenii precum aerospațial, apărare națională și industria militară.Rezultatele războiului modern indică faptul că armele din pământuri rare domină câmpul de luptă, avantajele tehnologice ale pământurilor rare reprezintă avantaje tehnologice militare, iar deținerea de resurse este garantată.Prin urmare, pământurile rare au devenit, de asemenea, resurse strategice pentru care concurează marile economii din întreaga lume, iar strategiile cheie pentru materie primă, cum ar fi pământurile rare, se ridică adesea la strategii naționale.Europa, Japonia, Statele Unite și alte țări și regiuni acordă mai multă atenție materialelor cheie, cum ar fi pământurile rare.În 2008, materialele din pământuri rare au fost listate drept „strategie cheie pentru materiale” de către Departamentul de Energie al Statelor Unite;La începutul anului 2010, Uniunea Europeană a anunțat înființarea unei rezerve strategice de pământuri rare;În 2007, Ministerul japonez al Educației, Culturii, Științei și Tehnologiei, precum și Ministerul Economiei, Industriei și Tehnologiei, au propus deja „Planul strategic pentru elemente” și planul „Materiale alternative metalice rare”.Ei au luat măsuri și politici continue în rezervele de resurse, progresul tehnologic, achiziția de resurse și căutarea de materiale alternative.Pornind de la acest articol, editorul va introduce în detaliu misiunile și rolurile de dezvoltare istorică importante și chiar indispensabile ale acestor elemente de pământuri rare.
terbiu aparține categoriei pământurilor rare grele, cu o abundență scăzută în scoarța terestră la doar 1,1 ppm.Oxid de terbiureprezintă mai puțin de 0,01% din totalul pământurilor rare.Chiar și în minereul greu de pământuri rare de tip itriu cu cel mai mare conținut de terbiu, conținutul de terbiu reprezintă doar 1,1-1,2% din totalul pământului rare, ceea ce indică faptul că acesta aparține categoriei „nobile” a elementelor pământurilor rare.Terbiul este un metal gri argintiu cu ductilitate și textura relativ moale, care poate fi tăiat cu un cuțit;Punct de topire 1360 ℃, punct de fierbere 3123 ℃, densitate 8229 4kg/m3.De peste 100 de ani de la descoperirea terbiului în 1843, deficitul și valoarea lui au împiedicat mult timp aplicarea sa practică.Doar în ultimii 30 de ani terbiul și-a arătat talentul unic.
Descoperirea Terbiului
În aceeași perioadă în carelantana fost descoperit, Karl G. Mosander din Suedia a analizat cele descoperite inițialytriuși a publicat un raport în 1842, clarificând că pământul de ytriu descoperit inițial nu era un singur oxid elementar, ci un oxid de trei elemente.În 1843, Mossander a descoperit elementul terbiu prin cercetările sale asupra pământului cu ytriu.El încă i-a numit pe unul dintre ei pământ de ytriu și unul dintre eioxid de erbiu.Abia în 1877 a fost denumit oficial terbiu, cu simbolul elementului Tb.Denumirea sa provine din aceeași sursă ca și ytriul, provenind din satul Ytterby de lângă Stockholm, Suedia, unde a fost descoperit pentru prima dată minereul de ytriu.Descoperirea terbiului și a altor două elemente, lantanul și erbiul, a deschis cea de-a doua ușă către descoperirea elementelor pământurilor rare, marcând a doua etapă a descoperirii lor.A fost purificat pentru prima dată de G. Urban în 1905.
Mossander
Aplicarea terbiului
Aplicarea deterbiuimplică în cea mai mare parte domenii de înaltă tehnologie, care sunt proiecte de ultimă oră intensivă în tehnologie și cunoștințe, precum și proiecte cu beneficii economice semnificative, cu perspective de dezvoltare atractive.Principalele domenii de aplicare includ: (1) utilizarea sub formă de pământuri rare mixte.De exemplu, este folosit ca îngrășământ compus din pământuri rare și aditiv pentru hrana pentru agricultură.(2) Activator pentru pulbere verde în trei pulberi fluorescente primare.Materialele optoelectronice moderne necesită utilizarea a trei culori de bază ale fosforilor, și anume roșu, verde și albastru, care pot fi folosite pentru a sintetiza diverse culori.Iar terbiul este o componentă indispensabilă în multe pulberi fluorescente verzi de înaltă calitate.(3) Folosit ca material de stocare magneto optic.Filmele subțiri din aliaj de metal de tranziție de terbiu din metal amorf au fost folosite pentru a fabrica discuri magneto optice de înaltă performanță.(4) Fabricarea sticlei magneto optice.Sticla rotativă Faraday care conține terbiu este un material cheie pentru fabricarea rotatoarelor, izolatoarelor și circulatoarelor în tehnologia laser.(5) Dezvoltarea și dezvoltarea aliajului feromagnetostrictiv cu terbiu disproziu (TerFenol) a deschis noi aplicații pentru terbiu.
Pentru agricultura si cresterea animalelor
Terbiu de pământ rarepoate îmbunătăți calitatea culturilor și poate crește rata de fotosinteză într-un anumit interval de concentrație.Complexele de terbiu au activitate biologică ridicată, iar complexele ternare de terbiu, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, au efecte antibacteriene și bactericide bune asupra Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis și Escherichia coli, cu spectru larg antibacterian. proprietăți.Studiul acestor complexe oferă o nouă direcție de cercetare pentru medicamentele bactericide moderne.
Folosit în domeniul luminiscenței
Materialele optoelectronice moderne necesită utilizarea a trei culori de bază ale fosforilor, și anume roșu, verde și albastru, care pot fi folosite pentru a sintetiza diverse culori.Iar terbiul este o componentă indispensabilă în multe pulberi fluorescente verzi de înaltă calitate.Dacă nașterea pulberii fluorescente de culoare roșie TV cu pământuri rare a stimulat cererea de ytriu și europiu, atunci aplicarea și dezvoltarea terbiului au fost promovate de pulberea fluorescentă verde cu trei culori primare de pământuri rare pentru lămpi.La începutul anilor 1980, Philips a inventat prima lampă fluorescentă compactă de economisire a energiei din lume și a promovat-o rapid la nivel global.Ionii Tb3+ pot emite lumină verde cu o lungime de undă de 545 nm, iar aproape toate pulberile fluorescente verzi de pământuri rare folosesc terbiul ca activator.
Pulberea verde fluorescentă utilizată pentru tuburile catodice color TV (CRT) a fost întotdeauna bazată în principal pe sulfură de zinc ieftină și eficientă, dar pulberea de terbiu a fost întotdeauna folosită ca pulbere verde pentru proiecție TV color, cum ar fi Y2SiO5: Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+ și LaOBr: Tb3+.Odată cu dezvoltarea televiziunii cu ecran mare de înaltă definiție (HDTV), sunt dezvoltate și pulberi fluorescente verzi de înaltă performanță pentru CRT.De exemplu, în străinătate a fost dezvoltată o pulbere fluorescentă verde hibridă, constând din Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+ și Y2SiO5: Tb3+, care au o eficiență de luminiscență excelentă la densitate mare de curent.
Pulberea fluorescentă tradițională cu raze X este tungstat de calciu.În anii 1970 și 1980, au fost dezvoltate pulberi fluorescente de pământuri rare pentru ecrane de sensibilizare, cum ar fi oxidul de sulfură de lantan activat cu terbiu, oxidul de bromură de lantan activat cu terbiu (pentru ecranele verzi) și oxidul de sulfură de ytriu activat cu terbiu.În comparație cu tungstatul de calciu, pulberea fluorescentă de pământuri rare poate reduce timpul de iradiere cu raze X pentru pacienți cu 80%, poate îmbunătăți rezoluția filmelor cu raze X, poate prelungi durata de viață a tuburilor cu raze X și poate reduce consumul de energie.Terbiul este, de asemenea, utilizat ca activator de pulbere fluorescentă pentru ecranele medicale de îmbunătățire a razelor X, ceea ce poate îmbunătăți considerabil sensibilitatea conversiei razelor X în imagini optice, poate îmbunătăți claritatea filmelor cu raze X și poate reduce foarte mult doza de expunere de X- razele către corpul uman (cu mai mult de 50%).
terbiueste, de asemenea, folosit ca activator în fosforul LED alb excitat de lumina albastră pentru iluminarea cu semiconductor nou.Poate fi folosit pentru a produce fosfor cu cristale magnetooptice din terbiu aluminiu, folosind diode emițătoare de lumină albastră ca surse de lumină de excitație, iar fluorescența generată este amestecată cu lumina de excitare pentru a produce lumină albă pură.
Materialele electroluminiscente realizate din terbiu includ în principal pulbere fluorescentă verde de sulfură de zinc cu terbiu ca activator.Sub iradiere cu ultraviolete, complecșii organici de terbiu pot emite fluorescență verde puternică și pot fi utilizați ca materiale electroluminiscente cu peliculă subțire.Deși s-au făcut progrese semnificative în studiul filmelor subțiri electroluminiscente complexe organice de pământuri rare, există încă un anumit decalaj din punct de vedere practic, iar cercetarea filmelor și dispozitivelor subțiri electroluminiscente complexe organice de pământuri rare este încă în profunzime.
Caracteristicile de fluorescență ale terbiului sunt, de asemenea, utilizate ca sonde de fluorescență.Interacțiunea dintre complexul ofloxacin terbiu (Tb3+) și acidul dezoxiribonucleic (ADN) a fost studiată utilizând spectre de fluorescență și absorbție, cum ar fi sonda de fluorescență a ofloxacinei terbiu (Tb3+).Rezultatele au arătat că sonda ofloxacină Tb3+ poate forma o legătură cu moleculele de ADN, iar acidul dezoxiribonucleic poate spori semnificativ fluorescența sistemului ofloxacinei Tb3+.Pe baza acestei modificări, se poate determina acidul dezoxiribonucleic.
Pentru materiale magneto optice
Materialele cu efect Faraday, cunoscute și sub denumirea de materiale magneto-optice, sunt utilizate pe scară largă în lasere și alte dispozitive optice.Există două tipuri comune de materiale magneto optice: cristale magneto optice și sticlă magneto optică.Printre acestea, cristalele magneto-optice (cum ar fi granatul de fier ytriu și granatul de terbiu galiu) au avantajele frecvenței de funcționare reglabile și stabilității termice ridicate, dar sunt costisitoare și dificil de fabricat.În plus, multe cristale magneto-optice cu unghiuri mari de rotație Faraday au o absorbție mare în domeniul undelor scurte, ceea ce limitează utilizarea lor.În comparație cu cristalele magneto optice, sticla magneto optică are avantajul unei transmisii mari și este ușor de transformat în blocuri sau fibre mari.În prezent, ochelarii magneto-optici cu efect Faraday ridicat sunt în principal ochelari dopați cu ioni de pământuri rare.
Folosit pentru materiale de stocare magneto optice
În ultimii ani, odată cu dezvoltarea rapidă a multimedia și a automatizării de birou, cererea pentru noi discuri magnetice de mare capacitate a crescut.Filmele subțiri din aliaj de metal de tranziție de terbiu din metal amorf au fost folosite pentru a fabrica discuri magneto optice de înaltă performanță.Dintre acestea, pelicula subțire din aliaj TbFeCo are cea mai bună performanță.Materialele magneto-optice pe bază de terbiu au fost produse la scară largă, iar discuri magneto-optice realizate din acestea sunt folosite ca componente de stocare a calculatorului, cu capacitatea de stocare mărită de 10-15 ori.Acestea au avantajele unei capacități mari și viteze de acces rapide și pot fi șterse și acoperite de zeci de mii de ori atunci când sunt utilizate pentru discuri optice de înaltă densitate.Sunt materiale importante în tehnologia electronică de stocare a informațiilor.Materialul magneto-optic cel mai frecvent utilizat în benzile vizibile și în infraroșu apropiat este un singur cristal Terbium Gallium Garnet (TGG), care este cel mai bun material magneto-optic pentru fabricarea rotatoarelor și izolatoarelor Faraday.
Pentru sticla magneto optică
Sticla optică magneto Faraday are o bună transparență și izotropie în regiunile vizibil și infraroșu și poate forma diverse forme complexe.Este ușor să produci produse de dimensiuni mari și pot fi trase în fibre optice.Prin urmare, are perspective largi de aplicare în dispozitivele magneto optice, cum ar fi izolatoarele magneto optice, modulatorii magneto optici și senzorii de curent cu fibră optică.Datorită momentului său magnetic mare și coeficientului mic de absorbție în domeniul vizibil și în infraroșu, ionii Tb3+ au devenit ionii de pământuri rare utilizați în mod obișnuit în ochelarii magneto optici.
Aliaj feromagnetostrictiv cu terbiu disproziu
La sfârșitul secolului al XX-lea, odată cu adâncirea continuă a revoluției tehnologice mondiale, au apărut rapid noi materiale de aplicare cu pământuri rare.În 1984, Universitatea de Stat din Iowa, Laboratorul Ames al Departamentului de Energie al SUA și Centrul de Cercetare a Armelor de Suprafață ale Marinei SUA (de la care a provenit personalul principal al Edge Technology Corporation (ET REMA) înființată mai târziu) au colaborat pentru a dezvolta un nou rar. material inteligent pământ, și anume material magnetostrictiv feromagnetic cu terbiu disproziu.Acest nou material inteligent are caracteristici excelente de transformare rapidă a energiei electrice în energie mecanică.Traductoarele subacvatice și electro-acustice realizate din acest material magnetostrictiv uriaș au fost configurate cu succes în echipamente navale, difuzoare de detectare a puțurilor de petrol, sisteme de control al zgomotului și vibrațiilor și sistemele de explorare oceanică și comunicații subterane.Prin urmare, de îndată ce s-a născut materialul magnetostrictiv gigant de fier terbiu disprosiu, acesta a primit o atenție pe scară largă din partea țărilor industrializate din întreaga lume.Edge Technologies din Statele Unite a început să producă materiale magnetostrictive cu terbiu disprosiu fier gigant în 1989 și le-a numit Terfenol D. Ulterior, Suedia, Japonia, Rusia, Regatul Unit și Australia au dezvoltat, de asemenea, materiale magnetostrictive gigant cu terbiu disprosiu fier.
Din istoria dezvoltării acestui material în Statele Unite, atât invenția materialului, cât și aplicațiile sale monopolistice timpurii sunt direct legate de industria militară (cum ar fi marina).Deși departamentele militare și de apărare ale Chinei își întăresc treptat înțelegerea acestui material.Cu toate acestea, odată cu îmbunătățirea semnificativă a puterii naționale cuprinzătoare a Chinei, cererea pentru realizarea unei strategii militare competitive în secolul 21 și îmbunătățirea nivelurilor de echipamente va fi cu siguranță foarte urgentă.Prin urmare, utilizarea pe scară largă a materialelor magnetostrictive gigantice de fier terbiu disprosiu de către departamentele militare și naționale de apărare va fi o necesitate istorică.
Pe scurt, numeroasele proprietăți excelente aleterbiuface din acesta un membru indispensabil al multor materiale funcționale și o poziție de neînlocuit în unele domenii de aplicare.Cu toate acestea, din cauza prețului ridicat al terbiului, oamenii au studiat cum să evite și să minimizeze utilizarea terbiului pentru a reduce costurile de producție.De exemplu, materialele magneto-optice cu pământuri rare ar trebui să utilizeze cât mai mult posibil cobalt de fier disprosiu sau gadoliniu terbiu cobalt la preț redus;Încercați să reduceți conținutul de terbiu din pulberea verde fluorescentă care trebuie utilizată.Prețul a devenit un factor important care limitează utilizarea pe scară largă a terbiului.Dar multe materiale funcționale nu se pot lipsi de el, așa că trebuie să aderăm la principiul „folosirea de oțel bun pe lamă” și să încercăm să economisim pe cât posibil utilizarea terbiului.
Ora postării: august-07-2023