Terbiuma nehéz kategóriába tartozikritkaföldfémek, alacsony abundanciával a földkéregben, mindössze 1,1 ppm. A terbium-oxid az összes ritkaföldfém kevesebb mint 0,01%-át teszi ki. A legnagyobb terbiumtartalmú, magas ittrium-ion típusú nehéz ritkaföldfémben is a terbiumtartalom mindössze 1,1-1,2%-át teszi ki az összes ritkaföldfémnek, ami azt jelzi, hogy a ritkaföldfémek „nemes” kategóriájába tartozik. A terbium 1843-as felfedezése óta több mint 100 éve, szűkössége és értéke hosszú ideig akadályozta a gyakorlati alkalmazását. A terbium csak az elmúlt 30 évben mutatta meg egyedülálló tehetségét.
A történelem felfedezése
Carl Gustaf Mosander svéd vegyész 1843-ban fedezte fel a terbiumot.ittrium(III)-oxidésY2O3. Az ittrium nevét a svédországi Ytterby faluról kapta. Az ioncserélő technológia megjelenése előtt a terbiumot nem izolálták tiszta formájában.
A Mosant először három részre osztotta az ittrium(III)-oxidot, amelyek mindegyike az ércekről kapta a nevét: ittrium(III)-oxid,Erbium(III)-oxidés terbium-oxid. A terbium-oxid eredetileg egy rózsaszín részből állt, az erbium néven ismert elem miatt. Az „erbium(III)-oxid” (beleértve azt is, amit ma terbiumnak nevezünk) eredetileg az oldat lényegében színtelen része volt. Ennek az elemnek az oldhatatlan oxidját barnának tekintik.
A későbbi munkások alig tudták megfigyelni az apró színtelen „Erbium(III)-oxidot”, de az oldódó rózsaszín részt sem lehetett figyelmen kívül hagyni. Az erbium(III)-oxid létezésével kapcsolatos viták többször is felmerültek. A káoszban az eredeti név megfordult és a névcsere elakadt, így végül a rózsaszín részt erbiumot tartalmazó oldatként emlegették (az oldatban rózsaszín volt). Manapság úgy gondolják, hogy a nátrium-hidrogén- vagy kálium-szulfátot használó dolgozók szedikCérium(IV)-oxidaz ittrium(III)-oxidból, és a terbiumot akaratlanul cériumtartalmú üledékké alakítja. Az eredeti ittrium(III)-oxidnak, amelyet ma „terbiumnak” neveznek, mindössze körülbelül 1%-a elegendő ahhoz, hogy sárgás színt adja át az ittrium(III)-oxidnak. Ezért a terbium egy másodlagos komponens, amely eredetileg tartalmazta, és közvetlen szomszédai, a gadolínium és a diszprózium szabályozzák.
Később, amikor más ritkaföldfém elemeket választottak le ebből a keverékből, függetlenül az oxid arányától, a terbium nevét megtartották, míg végül a terbium barna oxidját tiszta formában megkapták. A 19. század kutatói nem alkalmaztak ultraibolya fluoreszcencia technológiát az élénksárga vagy zöld csomók (III) megfigyelésére, ami megkönnyítette a terbium felismerését szilárd keverékekben vagy oldatokban.
Elektron konfiguráció
Elektron konfiguráció:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
A terbium elektronkonfigurációja [Xe] 6s24f9. Általában csak három elektron távolítható el, mielőtt a magtöltés túl nagy lesz ahhoz, hogy tovább ionizálható legyen, de a terbium esetében a félig töltött terbium lehetővé teszi a negyedik elektron további ionizálását nagyon erős oxidálószerek, például fluorgáz jelenlétében.
A terbium egy ezüstfehér ritkaföldfém, amely rugalmas, szívós és lágy, és késsel vágható. Olvadáspont 1360 ℃, forráspont 3123 ℃, sűrűség 8229 4kg/m3. A korai Lanthanidehoz képest viszonylag stabil a levegőben. A lantanid kilencedik elemeként a terbium erős elektromossággal rendelkező fém. Vízzel reagálva hidrogén keletkezik.
A természetben a terbiumot soha nem találták szabad elemnek, amely kis mennyiségben megtalálható a phosphocerium tórium homokban és a gadolinitben. A terbium más ritkaföldfém elemekkel együtt létezik a monacit homokban, általában 0,03% terbiumtartalommal. További források a xenotime és a fekete ritka aranyércek, mindkettő oxidok keveréke, és legfeljebb 1% terbiumot tartalmaz.
Alkalmazás
A terbium alkalmazása leginkább high-tech területeket érint, amelyek technológia- és tudásintenzív élvonalbeli projektek, valamint jelentős gazdasági haszonnal járó, vonzó fejlesztési kilátásokkal rendelkező projektek.
A fő alkalmazási területek a következők:
(1) Vegyes ritkaföldfémek formájában hasznosítják. Például ritkaföldfém-műtrágyaként és takarmány-adalékanyagként használják a mezőgazdaságban.
(2) Aktivátor zöld porhoz három elsődleges fluoreszcens porban. A modern optoelektronikai anyagok a fényporok három alapszínének, nevezetesen a vörösnek, a zöldnek és a kéknek a használatát igénylik, amelyek különböző színek szintetizálására használhatók. A terbium pedig számos kiváló minőségű zöld fluoreszcens por nélkülözhetetlen komponense.
(3) Magnetooptikai tárolóanyagként használják. Amorf fém, terbium átmenetifém ötvözetből készült vékony filmeket nagy teljesítményű mágneses-optikai lemezek gyártására használtak.
(4) Magnetooptikai üveg gyártása. A terbiumot tartalmazó Faraday forgóüveg kulcsfontosságú anyag a lézertechnológiában használt rotátorok, szigetelők és keringtetők gyártásához.
(5) A terbium-dysprosium ferromagnetostriktív ötvözet (TerFenol) fejlesztése és fejlesztése új alkalmazásokat nyitott meg a terbium számára.
Mezőgazdaságra és állattenyésztésre
A ritkaföldfém-terbium javíthatja a termés minőségét és növelheti a fotoszintézis sebességét egy bizonyos koncentrációtartományon belül. A terbium komplexek nagy biológiai aktivitással rendelkeznek. A terbium háromkomponensű komplexei, a Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3 · 3H2O, jó antibakteriális és baktericid hatással rendelkeznek a Staphylococcus aureus, a Bacillus subtilis és az Escherichia coli ellen. Széles antibakteriális spektrummal rendelkeznek. Az ilyen komplexek tanulmányozása új kutatási irányt biztosít a modern baktericid gyógyszerek számára.
A lumineszcencia területén használják
A modern optoelektronikai anyagok a fényporok három alapszínének, nevezetesen a vörösnek, a zöldnek és a kéknek a használatát igénylik, amelyek különböző színek szintetizálására használhatók. A terbium pedig számos kiváló minőségű zöld fluoreszcens por nélkülözhetetlen komponense. Ha a ritkaföldfém színes TV-piros fluoreszcens por megszületése felkeltette az ittrium és európium iránti keresletet, akkor a terbium alkalmazását és fejlesztését a ritkaföldfém három alapszínû zöld fénycsõpor segítette elõ. Az 1980-as évek elején a Philips feltalálta a világ első kompakt energiatakarékos fénycsövét, és gyorsan világszerte népszerűsítette. A Tb3+ionok 545 nm hullámhosszú zöld fényt bocsátanak ki, és szinte az összes ritkaföldfém zöld foszfor terbiumot használ aktivátorként.
A színes TV katódsugárcsöves (CRT) zöld foszforja mindig is cink-szulfidon alapult, ami olcsó és hatékony, de a terbiumport mindig is zöld fényporként használták a színes TV-vetítéseknél, beleértve az Y2SiO5 ∶ Tb3+, Y3 ( Al, Ga) 5O12 ∶ Tb3+ és LaOBr ∶ Tb3+. A nagy képernyős nagyfelbontású televízió (HDTV) kifejlesztésével a CRT-ekhez való nagy teljesítményű zöld fluoreszcens porok is fejlesztés alatt állnak. Például külföldön kifejlesztettek egy hibrid zöld fluoreszcens port, amely Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+ és Y2SiO5: Tb3+ anyagokból áll, amelyek nagy áramsűrűség mellett kiváló lumineszcens hatásfokkal rendelkeznek.
A hagyományos röntgen-fluoreszcens por a kalcium-volframát. Az 1970-es és 1980-as években ritkaföldfém foszforokat fejlesztettek ki az erősítő képernyőkhöz, mint például a terbium aktivált kén Lantán-oxid, terbium aktivált bróm Lantán-oxid (zöld képernyőkhöz), terbium aktivált kén Ittrium(III)-oxid stb. ritkaföldfém fluoreszcens por csökkentheti az időt A betegek röntgensugaras besugárzása 80%-kal javítja a röntgenfilmek felbontását, meghosszabbítja a röntgencsövek élettartamát és csökkenti az energiafogyasztást. A terbiumot fluoreszcens por-aktivátorként is használják orvosi röntgensugárzás-javító képernyőkhöz, amelyek nagymértékben javíthatják a röntgensugárzás optikai képpé alakításának érzékenységét, javíthatják a röntgenfilmek tisztaságát, és nagymértékben csökkenthetik a röntgensugárzás expozíciós dózisát. az emberi testet érő sugarak (több mint 50%-kal).
A terbiumot aktiválóként is használják a kék fénnyel gerjesztett fehér LED foszforban az új félvezető világításhoz. Használható terbium-alumínium mágneses optikai kristály foszforok előállítására, gerjesztő fényforrásként kék fénykibocsátó diódákat használva, és a generált fluoreszcenciát a gerjesztő fénnyel keverve tiszta fehér fényt állítanak elő.
A terbiumból készült elektrolumineszcens anyagok főként cink-szulfid zöld foszfort tartalmaznak, aktivátorként terbiummal. Ultraibolya besugárzás hatására a szerves terbium komplexek erős zöld fluoreszcenciát bocsáthatnak ki, és vékonyfilmes elektrolumineszcens anyagokként használhatók. Bár jelentős előrelépés történt a ritkaföldfém-komplex elektrolumineszcens vékonyfilmek tanulmányozása terén, még mindig van egy bizonyos rés a gyakorlatban, és a ritkaföldfém-komplex elektrolumineszcens vékonyfilmek és eszközök kutatása még mindig mélyreható.
A terbium fluoreszcencia jellemzőit fluoreszcens szondákként is használják. Például Ofloxacin terbium (Tb3+) fluoreszcens szondát használtak az Ofloxacin terbium (Tb3+) komplex és a DNS (DNS) közötti kölcsönhatás vizsgálatára fluoreszcencia spektrummal és abszorpciós spektrummal, jelezve, hogy az Ofloxacin Tb3+ próba barázdás kötődést képezhet a DNS molekulákkal. és a DNS jelentősen fokozhatja az Ofloxacin fluoreszcenciáját Tb3+rendszer. E változás alapján a DNS meghatározható.
Magnetooptikai anyagokhoz
A Faraday-hatású anyagokat, más néven magneto-optikai anyagokat széles körben használják lézerekben és más optikai eszközökben. A mágneses optikai anyagoknak két általános típusa van: a magnetooptikai kristályok és a magnetooptikai üveg. Ezek közül a magneto-optikai kristályok (például ittrium-vasgránát és terbium-gallium-gránát) állítható működési frekvenciával és nagy hőstabilitással rendelkeznek, de ezek drágák és nehezen gyárthatók. Ezenkívül sok nagy Faraday-forgásszögű magneto-optikai kristály nagy abszorpcióval rendelkezik a rövid hullámtartományban, ami korlátozza használatukat. A magnetooptikai kristályokhoz képest a magnetooptikai üveg előnye, hogy nagy áteresztőképességgel rendelkezik, és könnyen alakítható nagy tömbökké vagy szálakká. Jelenleg a nagy Faraday-effektussal rendelkező magneto-optikai üvegek főként ritkaföldfém-ionnal adalékolt üvegek.
Magnetooptikai tárolóanyagokhoz használják
Az elmúlt években a multimédia és az irodai automatizálás rohamos fejlődésével az új, nagy kapacitású mágneslemezek iránti igény megnőtt. Amorf fém-terbium átmenetifém-ötvözet fóliákat használtak nagy teljesítményű magneto-optikai lemezek gyártására. Közülük a TbFeCo ötvözet vékonyréteg a legjobb teljesítményt nyújtja. Terbium alapú magneto-optikai anyagokat nagy mennyiségben gyártottak, a belőlük készült magneto-optikai lemezeket számítógépes tárolóelemként használják, 10-15-szörös tárolókapacitással. Előnyük a nagy kapacitás és a gyors hozzáférési sebesség, és több tízezer alkalommal törölhetők és bevonhatók, ha nagy sűrűségű optikai lemezekhez használják őket. Az elektronikus információtárolási technológia fontos anyagai. A látható és közeli infravörös sávban leggyakrabban használt magneto-optikai anyag a terbium-gallium-gránát (TGG) egykristály, amely a legjobb mágneses-optikai anyag a Faraday-forgatók és -szigetelők gyártásához.
Magnetooptikai üveghez
A Faraday magneto optikai üveg jó átlátszósággal és izotrópiával rendelkezik a látható és infravörös tartományban, és különféle összetett formákat tud kialakítani. Könnyen előállítható nagy méretű termékek, optikai szálakba húzható. Ezért széles körű alkalmazási lehetőségei vannak a mágneses optikai eszközökben, például a mágneses optikai leválasztókban, a mágneses optikai modulátorokban és a száloptikai áramérzékelőkben. Nagy mágneses nyomatékának és kis abszorpciós együtthatójának köszönhetően a látható és infravörös tartományban a Tb3+ionok általánosan használt ritkaföldfém-ionokká váltak a magnetooptikai üvegekben.
Terbium dysprosium ferromagnetostriktív ötvözet
A 20. század végén, a tudományos és technológiai világforradalom elmélyülésével az új ritkaföldfém-alkalmazott anyagok gyorsan megjelennek. 1984-ben az Egyesült Államok Iowa Állami Egyeteme, az Amerikai Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának Ames Laboratóriuma és az Amerikai Haditengerészet Felszíni Fegyverek Kutatóközpontja (a később megalakult American Edge Technology Company (ET REMA) fő személyzete a központ) közösen fejlesztettek ki egy új ritkaföldfém Smart anyagot, nevezetesen a terbium-dysprosium vas óriás magnetosztriktív anyagot. Ez az új Smart anyag kiváló tulajdonságokkal rendelkezik, hogy az elektromos energiát gyorsan mechanikai energiává alakítja. Az ebből az óriási magnetostrikciós anyagból készült víz alatti és elektroakusztikus jelátalakítókat sikeresen konfigurálták a haditengerészeti berendezésekben, az olajkutak érzékelő hangszóróiban, a zaj- és rezgésszabályozó rendszerekben, valamint az óceánkutatási és földalatti kommunikációs rendszerekben. Ezért amint megszületett a terbium dysprosium vas óriás magnetostrikciós anyag, széleskörű figyelmet kapott a világ iparosodott országaiban. Az Edge Technologies az Egyesült Államokban 1989-ben kezdett terbium-disprosium vas óriás magnetosztriktív anyagokat gyártani, és Terfenol D-nek nevezték el őket. Ezt követően Svédország, Japán, Oroszország, az Egyesült Királyság és Ausztrália is kifejlesztett terbium-dysprosium vas óriás magnetosztriktív anyagokat.
Ennek az anyagnak az egyesült államokbeli fejlesztésének történetéből az anyag feltalálása és korai monopolisztikus alkalmazása egyaránt közvetlenül kapcsolódik a hadiiparhoz (például a haditengerészethez). Bár Kína katonai és védelmi osztályai fokozatosan erősítik az anyag megértését. Miután azonban Kína átfogó nemzeti hatalma jelentősen megnőtt, minden bizonnyal nagyon sürgető lesz a 21. századi katonai versenystratégia megvalósításának és a felszereltség javításának követelménye. Ezért történelmi szükségszerűség lesz a terbium-dysprosium vas óriás magnetosztriktív anyagok katonai és honvédelmi osztályok általi széles körű alkalmazása.
Röviden: a terbium számos kiváló tulajdonsága számos funkcionális anyag nélkülözhetetlen tagjává és néhány alkalmazási területen pótolhatatlan pozícióvá teszi. A terbium magas ára miatt azonban az emberek azt tanulmányozták, hogyan lehet elkerülni és minimalizálni a terbium használatát a termelési költségek csökkentése érdekében. Például a ritkaföldfém-magneto-optikai anyagoknak a lehető legnagyobb mértékben alacsony költségű diszprózium-vas-kobaltot vagy gadolínium-terbium-kobaltot is kell használniuk; Próbálja meg csökkenteni a felhasználandó zöld fluoreszcens por terbiumtartalmát. Az ár a terbium széles körű felhasználását korlátozó fontos tényezővé vált. De sok funkcionális anyag nem nélkülözheti, ezért ragaszkodnunk kell a „jó acél használata a pengéhez” elvéhez, és a terbium felhasználását lehetőleg megtakarítani kell.
Feladás időpontja: 2023.05.05