Terbiuma nehéz ritkaföldfémek kategóriájába tartozik, a földkéregben alacsony, mindössze 1,1 ppm koncentrációban fordul elő.Terbium-oxida teljes ritkaföldfém-mennyiség kevesebb mint 0,01%-át teszi ki. Még a magas ittriumion-tartalmú, terbiumtartalmú nehéz ritkaföldfém-ércben is a terbiumtartalom a teljes mennyiségnek csak 1,1-1,2%-át teszi ki.ritkaföldfém, jelezve, hogy a „nemes” kategóriába tartozikritkaföldfémelemek. A terbium 1843-as felfedezése óta több mint 100 éven át ritkasága és értéke hosszú időre megakadályozta gyakorlati alkalmazását. Csak az elmúlt 30 évbenterbiummegmutatta egyedi tehetségét.
A történelem felfedezése
A svéd vegyész, Carl Gustaf Mosander 1843-ban fedezte fel a terbiumot. Szennyeződéseit aittrium-oxidésY2O3. IttriumA svédországi Itby faluról kapta a nevét. Az ioncserélő technológia megjelenése előtt a terbiumot nem izolálták tiszta formájában.
Mossander először osztotta felittrium-oxidhárom részre, melyek mindegyikét ércekről nevezték el:ittrium-oxid, erbium-oxid, ésterbium-oxid. Terbium-oxideredetileg egy rózsaszín részből állt, a ma ismert elem miatterbium. Erbium-oxid(beleértve azt is, amit ma terbiumnak nevezünk) eredetileg színtelen oldatban volt jelen. Az elem oldhatatlan oxidja barna színű.
A későbbi munkásoknak nehézséget okozott az apró, színtelen „erbium-oxid„, de az oldható rózsaszín részt nem lehet figyelmen kívül hagyni. A létezéséről szóló vitaerbium-oxidismételten felmerült. A káoszban az eredeti nevet felcserélték, és a névcsere elakadt, így a rózsaszín részt végül erbiumot tartalmazó oldatként említették (az oldatban rózsaszín volt). Ma már úgy vélik, hogy azok a munkások, akik nátrium-diszulfidot vagy kálium-szulfátot használnak a cérium-dioxid eltávolítására aittrium-oxidakaratlanul megfordulterbiumcériumot tartalmazó csapadékokká. Jelenlegi nevén "terbium„, az eredetinek csak körülbelül 1%-a”ittrium-oxidjelen van, de ez elegendő ahhoz, hogy halványsárga színt adjon átittrium-oxidEzért,terbiumegy másodlagos komponens, amely eredetileg tartalmazta, és amelyet közvetlen szomszédai irányítanak,gadolíniumésdiszprózium.
Később, valahányszor máskorritkaföldfémelemeket elválasztottak ebből a keverékből, függetlenül az oxid arányától, a terbium nevet megtartották, amíg végül a barna oxidterbiumtiszta formában kapták. A 19. századi kutatók nem használtak ultraibolya fluoreszcencia technológiát az élénk sárga vagy zöld csomók (III) megfigyelésére, így a terbium könnyebben felismerhető szilárd keverékekben vagy oldatokban.
Elektronkonfiguráció
Elektronikus elrendezés:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
Az elektronikus elrendezésterbium[Xe]₆₀₈₄₇. Normális esetben csak három elektron távolítható el, mielőtt a mag töltése túl nagy lesz a további ionizációhoz. Azonban a következő esetben:terbium, a félig töltöttterbiumlehetővé teszi a negyedik elektron további ionizációját egy nagyon erős oxidálószer, például fluorgáz jelenlétében.
Fém
TerbiumEzüstfehér ritkaföldfém, képlékeny, szívós és puha, késsel vágható. Olvadáspontja 1360 ℃, forráspontja 3123 ℃, sűrűsége 8229,4 kg/m3. A korai lantanida elemekhez képest viszonylag stabil a levegőben. A lantanida elemek kilencedik eleme, a terbium, egy erősen töltött fém, amely vízzel reagálva hidrogéngázt képez.
A természetben,terbiumsoha nem találták szabad elemként, kis mennyiségben van jelen a foszfortartalmú cérium-tórium homokban és a szilícium-berillium ittriumércben.Terbiummás ritkaföldfémekkel együtt fordul elő a monacithomokban, általában 0,03% terbiumtartalommal. Egyéb források közé tartozik az ittrium-foszfát és a ritkaföldfém arany, amelyek mindkettő oxidok keveréke, amelyek legfeljebb 1% terbiumot tartalmaznak.
Alkalmazás
Az alkalmazásterbiumtöbbnyire high-tech területeket foglal magában, amelyek technológia- és tudásintenzív élvonalbeli projektek, valamint jelentős gazdasági előnyökkel járó, vonzó fejlesztési kilátásokkal rendelkező projektek.
A főbb alkalmazási területek a következők:
(1) Vegyes ritkaföldfémek formájában használják. Például ritkaföldfém-komplex műtrágyaként és takarmány-adalékanyagként használják a mezőgazdaságban.
(2) Zöld por aktivátora három primer fluoreszkáló porban. A modern optoelektronikai anyagok három alapszínű foszfor használatát igénylik, nevezetesen vöröset, zöldet és kéket, amelyekkel különböző színek szintetizálhatók. Ésterbiumnélkülözhetetlen alkotóeleme számos kiváló minőségű zöld fluoreszkáló pornak.
(3) Magnetooptikai tárolóanyagként használják. Amorf fém-terbium átmenetifém ötvözet vékonyrétegeket használtak nagy teljesítményű magnetooptikai lemezek gyártásához.
(4) Magnetooptikai üveg gyártása. A terbiumot tartalmazó Faraday-féle rotációs üveg kulcsfontosságú anyag a lézertechnológiában használt rotátorok, izolátorok és keringtetők gyártásához.
(5) A terbium-diszprózium ferromagnetostrikciós ötvözet (TerFenol) fejlesztése és fejlesztése új alkalmazási lehetőségeket nyitott a terbium számára.
Mezőgazdaság és állattenyésztés számára
Ritkaföldterbiumjavíthatja a növények minőségét és növelheti a fotoszintézis sebességét egy bizonyos koncentrációtartományon belül. A terbium komplexei magas biológiai aktivitással rendelkeznek, míg a tercier komplexek...terbiumA Tb(Ala)3BenIm(ClO4)3-3H2O komplexek jó antibakteriális és baktericid hatással rendelkeznek a Staphylococcus aureus, a Bacillus subtilis és az Escherichia coli ellen, széles spektrumú antibakteriális tulajdonságokkal. Ezen komplexek vizsgálata új kutatási irányt kínál a modern baktericid gyógyszerek számára.
A lumineszcencia területén használják
A modern optoelektronikai anyagok három alapszínű foszfor használatát igénylik, nevezetesen vöröset, zöldet és kéket, amelyekkel különféle színek szintetizálhatók. A terbium pedig nélkülözhetetlen alkotóeleme számos kiváló minőségű zöld fluoreszkáló pornak. Ha a ritkaföldfém színes TV-k vörös fluoreszkáló porának megszületése felkeltette a keresletet a...ittriuméseurópium, majd a terbium alkalmazását és fejlesztését elősegítette a ritkaföldfém három alapszínű zöld fénycsöves por lámpákhoz. 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 bocsáthatnak ki, és szinte az összes ritkaföldfém zöld fénycsöves por ezt használja.terbium, mint aktivátor.
A színes televíziók katódsugárcsöveiben (CRT) használt zöld fluoreszcens por mindig is főként olcsó és hatékony cink-szulfidon alapult, de a terbium port mindig is használták vetítő színes televíziók zöld porként, például Y2SiO5:Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12:Tb3+ és LaOBr:Tb3+ formában. A nagyméretű, nagyfelbontású televíziók (HDTV) fejlődésével a CRT-khez készült nagy teljesítményű zöld fluoreszcens porok is fejlesztés alatt állnak. Külföldön például egy hibrid zöld fluoreszcens port fejlesztettek ki, amely Y3 (Al, Ga) 5O12:Tb3+, LaOCl:Tb3+ és Y2SiO5:Tb3+ összetételű, és kiváló lumineszcencia-hatékonysággal rendelkezik nagy áramsűrűség mellett.
A hagyományos röntgenfluoreszcens por a kalcium-volframát. Az 1970-es és 1980-as években ritkaföldfém fluoreszcens porokat fejlesztettek ki szenzibilizáló képernyőkhöz, mint példáulterbium, aktivált lantán-szulfid-oxid, terbiummal aktivált lantán-bromid-oxid (zöld képernyőkhöz) és terbiummal aktivált ittrium-szulfid-oxid. A kalcium-volframáthoz képest a ritkaföldfém fluoreszkáló por 80%-kal csökkentheti a betegek röntgenbesugárzásának idejét, javíthatja a röntgenfilmek felbontását, meghosszabbíthatja a röntgencsövek élettartamát és csökkentheti az energiafogyasztást. A terbiumot fluoreszkáló por aktivátoraként is használják orvosi röntgenfelvétel-erősítő képernyőkhöz, ami nagymértékben javíthatja a röntgensugarak optikai képekké alakításának érzékenységét, javíthatja a röntgenfilmek tisztaságát, és nagymértékben (több mint 50%-kal) csökkentheti az emberi test röntgensugárzásának expozíciós dózisát.
TerbiumÚj félvezető világításhoz kék fénnyel gerjesztett fehér LED-foszfor aktivátoraként is használják. Terbium-alumínium magneto optikai kristályfoszforok előállítására használható, kék fénykibocsátó diódákat használva gerjesztő fényforrásként, és a keletkezett fluoreszcenciát a gerjesztő fénnyel összekeverve tiszta fehér fényt hoznak létre.
A terbiumból készült elektrolumineszcens anyagok főként cink-szulfid zöld fluoreszkáló port tartalmaznak,terbiumaktivátorként. Ultraibolya besugárzás hatására a terbium szerves komplexei erős zöld fluoreszcenciát bocsáthatnak ki, és vékonyrétegű elektrolumineszcens anyagokként használhatók. Bár jelentős előrelépés történt a ... vizsgálatábanritkaföldfémA szerves komplex elektrolumineszcens vékonyrétegek esetében még mindig van némi eltérés a gyakorlatiasságtól, és a ritkaföldfém szerves komplex elektrolumineszcens vékonyrétegekkel és eszközökkel kapcsolatos kutatások még mindig mélyrehatóak.
A terbium fluoreszcencia jellemzőit fluoreszcencia próbaként is használják. Az ofloxacin terbium (Tb3+) komplex és a dezoxiribonukleinsav (DNS) közötti kölcsönhatást fluoreszcencia és abszorpciós spektrumok segítségével vizsgálták, például az ofloxacin terbium (Tb3+) fluoreszcencia próbájával. Az eredmények azt mutatták, hogy az ofloxacin Tb3+ próba barázdát képezhet a DNS-molekulákkal való kötődés során, és a dezoxiribonukleinsav jelentősen fokozhatja az ofloxacin Tb3+ rendszer fluoreszcenciáját. Ezen változás alapján meghatározható a dezoxiribonukleinsav.
Magnetooptikai anyagokhoz
A Faraday-effektusú anyagokat, más néven magnetooptikai anyagokat, széles körben használják lézerekben és más optikai eszközökben. A magnetooptikai anyagoknak két gyakori típusa van: a magnetooptikai kristályok és a magnetooptikai üveg. Ezek közül a magnetooptikai kristályok (például az ittrium-vas-gránát és a terbium-gallium-gránát) az állítható üzemi frekvencia és a magas hőstabilitás előnyeivel rendelkeznek, de drágák és nehezen gyárthatók. Ezenkívül számos, nagy Faraday-forgásszögű magnetooptikai kristály nagyfokú abszorpcióval rendelkezik a rövidhullámú tartományban, ami korlátozza a felhasználásukat. A magnetooptikai kristályokkal összehasonlítva a magnetooptikai üveg előnye a nagy áteresztőképesség, és könnyen előállítható nagy tömbökké vagy szálakká. Jelenleg a nagy Faraday-effektusú magnetooptikai üvegek főként ritkaföldfém-ionokkal adalékolt üvegek.
Magnetooptikai tárolóanyagokhoz használják
Az utóbbi években a multimédia és az irodai automatizálás gyors fejlődésével egyre nagyobb az igény az új, nagy kapacitású mágneses lemezekre. Az amorf fém terbium átmenetifém ötvözet vékonyrétegeket nagy teljesítményű magnetooptikai lemezek gyártásához használták. Közülük a TbFeCo ötvözet vékonyréteg rendelkezik a legjobb teljesítménygel. A terbium alapú magnetooptikai anyagokat nagy mennyiségben gyártották, és az ezekből készült magnetooptikai lemezeket számítógépes tárolóalkatrészekként használják, a tárolókapacitás 10-15-szörösére nőtt. Előnyük a nagy kapacitás és a gyors hozzáférési sebesség, és nagy sűrűségű optikai lemezekhez használva több tízezer alkalommal törölhetők és vonhatók be. Fontos anyagok az elektronikus információtárolási technológiában. A látható és közeli infravörös sávokban a leggyakrabban használt magnetooptikai anyag a terbium-gallium gránát (TGG) egykristály, amely a legjobb magnetooptikai anyag Faraday forgatók és izolátorok készítéséhez.
Magneto optikai üveghez
A Faraday magneto optikai üveg jó átlátszósággal és izotrópiával rendelkezik a látható és infravörös tartományban, és különféle összetett alakzatokat képes kialakítani. Könnyen előállítható belőle nagyméretű termékek, és optikai szálakká húzható. Ezért széles körű alkalmazási lehetőségeket kínál magneto optikai eszközökben, például magneto optikai izolátorokban, magneto optikai modulátorokban és száloptikai áramérzékelőkben. Nagy mágneses momentuma és kis abszorpciós együtthatója miatt a látható és infravörös tartományban a Tb3+ ionok gyakran használt ritkaföldfém ionokká váltak a magneto optikai üvegekben.
Terbium-diszprózium ferromagnetostrikciós ötvözet
A 20. század végén, a világ technológiai forradalmának folyamatos elmélyülésével, gyorsan megjelentek új ritkaföldfém-alkalmazási anyagok. 1984-ben az Iowa Állami Egyetem, az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának Ames Laboratóriuma és az Egyesült Államok Haditengerészetének Felszíni Fegyverkutató Központja (ahonnan a később megalapított Edge Technology Corporation (ET REMA) fő személyzete érkezett) együttműködött egy új, intelligens ritkaföldfém-anyag, nevezetesen a terbium-diszprózium ferromágneses magnetostrikciós anyag kifejlesztésében. Ez az új intelligens anyag kiváló tulajdonságokkal rendelkezik, hogy gyorsan átalakítja az elektromos energiát mechanikai energiává. Az ebből az óriási magnetostrikciós anyagból készült víz alatti és elektroakusztikus átalakítókat sikeresen konfigurálták haditengerészeti felszerelésekben, olajkút-felderítő hangszórókban, zaj- és rezgésszabályozó rendszerekben, valamint óceánkutató és földalatti kommunikációs rendszerekben. Ezért amint megszületett a terbium-diszprózium vasóriás magnetostrikciós anyag, széles körű figyelmet kapott a világ iparosodott országaiban. Az Egyesült Államokban az Edge Technologies 1989-ben kezdte meg a terbium-diszprózium-vasóriás magnetostrikciós anyagok gyártását, és Terfenol D-nek nevezte el őket. Ezt követően Svédország, Japán, Oroszország, az Egyesült Királyság és Ausztrália is kifejlesztett terbium-diszprózium-vasóriás magnetostrikciós anyagokat.
Az anyag amerikai egyesült államokbeli fejlesztésének történetéből kiindulva mind a találmány feltalálása, mind korai monopolhelyzetben lévő alkalmazásai közvetlenül kapcsolódnak a hadiiparhoz (például a haditengerészethez). Bár Kína katonai és védelmi minisztériumai fokozatosan erősítik az anyaggal kapcsolatos ismereteiket, Kína átfogó nemzeti erejének jelentős növekedésével azonban mindenképpen sürgetővé válik a 21. századi katonai versenyképességi stratégia megvalósítása és a felszerelési szintek javítása. Ezért a terbium-diszprózium vasóriás magnetostrikciós anyagok széles körű használata a katonai és nemzetvédelmi minisztériumok által történelmi szükségszerűség lesz.
Röviden, a számos kiváló tulajdonságaterbiumszámos funkcionális anyag nélkülözhetetlen tagjává és bizonyos alkalmazási területeken pótolhatatlan pozícióvá teszi. A terbium magas ára miatt azonban az emberek tanulmányozzák, hogyan lehet elkerülni és minimalizálni a terbium használatát a gyártási költségek csökkentése érdekében. Például a ritkaföldfém magnetooptikai anyagoknak is alacsony költségűnek kell lenniük.diszprózium vaskobalt vagy gadolínium-terbium-kobalt, amennyire csak lehetséges; Próbálja meg csökkenteni a terbium tartalmát a használandó zöld fluoreszkáló porban. Az ár fontos tényezővé vált, amely korlátozza a széles körű elterjedést.terbiumDe sok funkcionális anyag nem nélkülözheti, ezért be kell tartanunk a „jó minőségű acél használata a pengén” elvet, és meg kell próbálnunk megspórolni a használatát.terbiumamennyire csak lehetséges.
Közzététel ideje: 2023. október 25.