【材料+】說:

稀土元素是新能源、新材料等高科技發(fā)展不可或缺的元素，特別是在航天空、國防、軍工等行業(yè)。現(xiàn)代戰(zhàn)爭的結(jié)果表明，稀土武器主導(dǎo)了戰(zhàn)爭局勢，稀土的技術(shù)優(yōu)勢代表了軍事技術(shù)優(yōu)勢，而資源的占有是有保障的。因此，稀土也成為世界各大經(jīng)濟(jì)體的戰(zhàn)略資源，稀土等關(guān)鍵原材料的戰(zhàn)略往往上升到國家戰(zhàn)略。歐洲、日本、美國等國家和地區(qū)更重視稀土等關(guān)鍵材料。2008年，稀土材料被美國能源部列為“關(guān)鍵材料戰(zhàn)略”；2010年初，歐盟宣布建立稀土戰(zhàn)略儲備；2007年，教育、文化、體育、科技和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省提出了“元素戰(zhàn)略計劃”和“稀有金屬替代材料”計劃，并在資源儲備、技術(shù)進(jìn)步、資源獲取和替代材料搜索等方面采取了持續(xù)的措施和政策。從這篇文章開始，邊肖將詳細(xì)介紹這些稀土元素重要的、甚至是不可或缺的歷史發(fā)展使命和作用。

鋱是重稀土，在地殼中的豐度很低，只有1.1ppm，而氧化鋱占稀土總量的不到0.01%。即在鋱含量最高的高釔離子型重稀土礦中，鋱含量僅占稀土總量的1.1~1.2%，說明其屬于稀土元素系列中的“貴金屬”。鋱為銀灰色金屬，延展性好，質(zhì)地柔軟，可用小刀切割；熔點(diǎn)1360℃，沸點(diǎn)3123℃，密度8229。4kg/m3。自1843年發(fā)現(xiàn)鋱以來的100多年里，鋱因其稀缺性和珍貴性而長期沒有投入實際使用。鋱只是在近30年才顯示出它的獨(dú)特才華。

鋱的發(fā)現(xiàn)

在發(fā)現(xiàn)鑭的同一時期，瑞典的卡爾·g·莫桑德爾分析了最早發(fā)現(xiàn)的釔，并于1842年發(fā)表了一篇報告，明確了最早發(fā)現(xiàn)的釔土不是單一元素氧化物，而是三種元素的氧化物。鋱是1843年通過研究莫桑德爾的釔土發(fā)現(xiàn)的。他還把其中一種叫做釔土，其中一種叫做氧化鉺。1877年正式命名為鋱，元素的符號為Tb。像釔一樣，它來自瑞典斯德哥爾摩附近的伊特比村，在那里首次發(fā)現(xiàn)了釔礦石。鋱和另外兩種元素鑭、鉺的發(fā)現(xiàn)，開啟了稀土元素發(fā)現(xiàn)的第二扇門，這是稀土元素發(fā)現(xiàn)的第二階段。它于1905年首次從于爾班提純。

莫桑德爾

鋱的應(yīng)用

鋱的應(yīng)用大多涉及高科技領(lǐng)域，是一個技術(shù)密集、知識密集的前沿項目，也是一個經(jīng)濟(jì)效益顯著、發(fā)展前景誘人的項目。主要應(yīng)用領(lǐng)域如下:(1)以混合稀土的形式使用。例如，可用作農(nóng)業(yè)稀土復(fù)合肥和飼料添加劑。(2)三色熒光粉中綠色粉末活化劑?，F(xiàn)代光電材料都使用紅、綠、藍(lán)三基色熒光粉，即三基色熒光粉，可以用來合成各種顏色。鋱是許多高質(zhì)量綠色熒光粉不可缺少的成分。(3)作為磁光存儲材料。非晶態(tài)金屬鋱-過渡金屬合金薄膜已被用于制造高性能磁光盤。(4)制造磁光玻璃。含鋱法拉第旋光玻璃是激光技術(shù)中制造旋轉(zhuǎn)器、隔離器和環(huán)形器的關(guān)鍵材料。(TerFenol的研發(fā)開辟了鋱的新用途。

用于農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)

鋱在一定濃度范圍內(nèi)可以改善作物品質(zhì)，提高光合作用速率。鋱配合物具有很高的生物活性。鋱三元配合物TB (Ala) 3benim (Clo4) 3 3H2O對金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌和大腸桿菌具有良好的抗菌殺菌作用，抗菌譜廣。這類配合物的研究為現(xiàn)代殺菌藥物提供了新的研究方向。

用于照明領(lǐng)域

現(xiàn)代光電材料都使用紅、綠、藍(lán)三基色熒光粉，即三基色熒光粉，可以用來合成各種顏色。鋱是許多高質(zhì)量綠色熒光粉不可缺少的成分。如果說彩電用稀土紅色熒光粉的誕生刺激了釔和銪的需求，那么燈用稀土三基色綠色熒光粉促進(jìn)了鋱的應(yīng)用和發(fā)展。20世紀(jì)80年代初，菲利普發(fā)明了世界上第一個緊湊型節(jié)能熒光燈，并迅速在世界各地推廣。Tb3+離子可以發(fā)射波長為545nm的綠光，幾乎所有稀土綠色熒光粉都使用鋱作為激活劑。

用于彩色電視陰極射線管(CRT)的綠色熒光粉一直以硫化鋅為基礎(chǔ)，價格低廉，效率高，但用于投影電視的綠色熒光粉一直是鋱粉，包括Y2SiO5∶Tb3+、Y3(Al，Ga)5O12∶Tb3+、LaOBr∶Tb3+。隨著大屏幕高清電視的發(fā)展，高性能的陰極射線管綠色熒光粉也在開發(fā)中。比如國外開發(fā)的一種雜化綠色熒光粉，由Y3(Al，Ga) 5O12: Tb3+，LaoCl:Tb3+和Y2SiO5: Tb3+三種綠色熒光粉組成，在高電流密度下具有優(yōu)異的發(fā)光效率。

傳統(tǒng)的x光熒光粉是鎢酸鈣。從20世紀(jì)70年代到80年代，增感屏用稀土熒光粉得到了發(fā)展，如鋱活化氧化鑭硫化物、鋱活化氧化溴化鑭(用于綠色屏)、鋱活化氧化釔硫化物等。與鎢酸鈣相比，稀土熒光粉可以減少患者接受x光照射的時間80%，提高x光片的分辨率，延長x光管的使用壽命，降低能耗。鋱還用作醫(yī)用X射線增強(qiáng)屏熒光粉的活化劑，可以大大提高X射線轉(zhuǎn)換成光學(xué)圖像的靈敏度，提高X射線膠片的清晰度，大大降低X射線對人體的曝光劑量(減少50%以上)。

鋱還被用作半導(dǎo)體照明用藍(lán)光激發(fā)的白光LED的新型熒光粉的活化劑。可用于制作鋱-鋁磁光晶體熒光粉。藍(lán)色發(fā)光二極管作為激發(fā)光源，產(chǎn)生的熒光與激發(fā)光混合產(chǎn)生純白光。

鋱電致發(fā)光材料主要包括以鋱為激活劑的硫化鋅綠色熒光粉。鋱的有機(jī)配合物在紫外輻射下能發(fā)出強(qiáng)烈的綠色熒光，可用作薄膜電致發(fā)光材料。雖然稀土有機(jī)配合物電致發(fā)光薄膜的研究取得了顯著進(jìn)展，但離實際應(yīng)用還有一定的差距，稀土有機(jī)配合物電致發(fā)光薄膜和器件的研究仍在進(jìn)行中。

鋱的熒光特性也被用作熒光探針。如用氧氟沙星-鋱(Tb3+)熒光探針，通過熒光光譜和吸收光譜研究氧氟沙星-鋱(Tb3+)配合物與脫氧核糖核酸(DNA)的相互作用。結(jié)果表明，氧氟沙星-Tb3+探針能與DNA分子形成結(jié)合槽，脫氧核糖核酸能顯著增強(qiáng)氧氟沙星-Tb3+體系的熒光。基于此，

用于磁光材料

具有法拉第效應(yīng)的材料，也稱為磁光材料，廣泛應(yīng)用于激光器和其他光學(xué)器件。常見的磁光材料有兩種:磁光晶體和磁光玻璃。磁光晶體(如釔鐵石榴石和鋱鎵石榴石)具有工作頻率可調(diào)、熱穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)，但價格昂貴，制造困難。此外，許多高法拉第旋轉(zhuǎn)角的磁光晶體在短波范圍內(nèi)有很高的吸收，限制了它們的使用。與磁光晶體相比，磁光玻璃具有透光率高的優(yōu)點(diǎn)，易于制成大塊或光纖。目前高法拉第效應(yīng)的磁光玻璃主要是稀土離子摻雜玻璃。

磁光存儲材料

近年來，隨著多媒體和辦公自動化的快速發(fā)展，對新型大容量磁光盤的需求越來越大。非晶態(tài)金屬鋱-過渡金屬合金薄膜已被用于制造高性能磁光盤。鋱-鐵-鈷(TbFeCo)合金薄膜性能最好。鋱磁光材料已大規(guī)模生產(chǎn)，用其制成的磁光盤可用作計算機(jī)存儲元件，存儲容量提高10 ~ 15倍。它們具有容量大、存取速度快的優(yōu)點(diǎn)，對于高存儲密度的光盤，可以擦涂數(shù)萬次，是電子信息存儲技術(shù)的重要材料。鋱鎵石榴石(TGG)是可見光和近紅外波段最常用的磁光材料，是制作法拉第旋光器和隔離器的最佳磁光材料。

用于磁光玻璃

法拉第磁光玻璃在可見光和紅外區(qū)域具有良好的透光率和各向同性，可以形成各種復(fù)雜形狀，易于制造大尺寸產(chǎn)品，并且可以拉制成光纖，因此在磁光隔離器、磁光調(diào)制器、光纖電流傳感器等磁光器件中具有廣闊的應(yīng)用前景。Tb3+離子是磁光玻璃中常用的稀土離子，因為它在可見光和紅外范圍內(nèi)磁矩大，吸收系數(shù)小。

鋱鏑鐵磁電致伸縮合金

20世紀(jì)末，隨著世界科技革命的深入，新的稀土應(yīng)用材料迅速涌現(xiàn)。1984年，美國艾奧瓦州立大學(xué)、美國能源部艾姆斯實驗室和美國Edge技術(shù)公司(ET REMA)主要員工所在的美國海軍水面武器研究中心共同研制出一種新型稀土智能材料，即鋱-鏑-鐵超磁致伸縮材料。這種新型智能材料具有將電能快速轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的優(yōu)良特性。由這種超磁致伸縮材料制成的水聲換能器和電聲換能器已經(jīng)成功地應(yīng)用于海軍裝備、油井探測揚(yáng)聲器、噪聲和振動控制系統(tǒng)、海洋探測和地下通信系統(tǒng)。因此，鋱鏑鐵超磁致伸縮材料一誕生，就受到了世界各國工業(yè)化國家的廣泛關(guān)注。1989年，美國EdgeTechnologies開始生產(chǎn)terfenol-d超磁致伸縮材料，隨后瑞典、日本、俄羅斯、英國和澳大利亞也相繼研發(fā)出Terfenol-D超磁致伸縮材料。

從這種材料在美國的發(fā)展歷史來看，無論是材料的發(fā)明還是其早期的壟斷應(yīng)用，都與軍事工業(yè)(海軍等)直接相關(guān)。).雖然中國的軍事和國防部門正在逐步加強(qiáng)對這一材料的了解。但是，中國綜合國力明顯增強(qiáng)后，實現(xiàn)21世紀(jì)軍事競爭戰(zhàn)略，提高裝備水平的要求肯定會非常迫切。因此，軍事和國防部門大量使用TB-Fe超磁致伸縮材料將是歷史的必然。

總之，鋱具有許多優(yōu)異的性能，使其成為許多功能材料中不可或缺的一員，在一些應(yīng)用領(lǐng)域具有不可替代的作用。但由于鋱價格昂貴，人們一直在研究盡量少用鋱，以降低生產(chǎn)成本。例如低成本的鏑、鐵、鈷或釓、鋱、鈷也盡量作為稀土磁光材料；使用的綠色熒光粉中鋱的含量也盡可能降低。價格已經(jīng)成為制約鋱大規(guī)模使用的重要因素。但是很多功能材料離不開它，所以我們不得不本著“好鋼出刃”的原則，盡可能多地使用鋱。

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