Varázslatos ritkaföldfém elem: Terbium

TerbiumA nehéz ritkaföldfémek kategóriájához tartozik, a földkéregben csak 1,1 ppm -nél alacsony.Terbium -oxidA teljes ritkaföldfémek kevesebb, mint 0,01% -át teszi ki. A terbium-tartalom még a legmagasabb Terbium tartalmú, a magas yttrium-ion típusú, nehéz ritkaföldfém ércében is, csak a teljes 1,1-1,2% -át teszi kiritkaföldföld, jelezve, hogy a „nemes” kategóriába tartozikritkaföldföldelemek. A Terbium 1843 -as felfedezése óta több mint 100 éve, annak hiánya és értéke hosszú ideig megakadályozta gyakorlati alkalmazását. Csak az elmúlt 30 évbenterbiummegmutatta egyedi tehetségét.

A történelem felfedezése

Carl Gustaf Mosader svéd kémikus 1843 -ban fedezte fel a Terbiumot. Felfedezte a szennyeződéseketyttrium -oxidésY2O3. Ittriumaz Itby falujának nevezték el Svédországban. Az ioncserélő technológia kialakulása előtt a terbium nem volt izolálva tiszta formájában.

A Mossander először megosztottayttrium -oxidHárom részre, mind az ércek elnevezése:yttrium -oxid, erbium -oxid, ésterbium -oxid. Terbium -oxideredetileg rózsaszín részből állt, a ma ismert elem miatterbium. Erbium -oxid(beleértve azt is, amit most Terbiumnak hívunk), eredetileg színtelen része volt a megoldásnak. Ennek az elemnek az oldhatatlan oxidját barna tekintjük.

Később a munkavállalóknak nehéz volt megfigyelni az apró színtelen "erbium -oxid„, De az oldható rózsaszín részt nem szabad figyelmen kívül hagyni. A vita aerbium -oxidismételten felmerült. A káoszban az eredeti név megfordult, és a nevek cseréje beragadt, tehát a rózsaszín részt végül erbiumot tartalmazó megoldásként említették (az oldatban rózsaszínű volt). Most úgy gondolják, hogy a nátrium -diszulfidot vagy a kálium -szulfátot használó munkavállalók a cérium -dioxid eltávolításáhozyttrium -oxidakaratlanul forduljonterbiuma csapadékot tartalmazó cériumba. Jelenleg nevezik 'terbium', az eredetinek csak körülbelül 1% -ayttrium -oxidjelen van, de ez elegendő a világos sárga szín továbbításáhozyttrium -oxid- Ezért,terbiumegy másodlagos elem, amely eredetileg azt tartalmazza, és közvetlen szomszédai irányítják,gadolíniumésdiszprosium.

Utána, amikor másritkaföldföldAz elemeket elválasztottuk ettől a keveréktől, függetlenül az oxid arányától, a terbium nevét megőrizték, amíg végül a barna -oxidterbiumtiszta formában nyertük. A 19. század kutatói nem használtak ultraibolya fluoreszcencia technológiát az élénk sárga vagy zöld csomók (III) megfigyelésére, megkönnyítve a terbiumot szilárd keverékekben vagy megoldásokban.

Elektronkonfiguráció

Elektronikus elrendezés:

1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D10 4P6 5S2 4D10 5P6 6S2 4F9

Az elektronikus elrendezésterbium[xe] 6S24F9. Általában csak három elektron távolítható el, mielőtt a nukleáris töltés túlságosan nagy lesz ahhoz, hogy tovább ionizálódjon. Azonban aterbium, a félig teleterbiumLehetővé teszi a negyedik elektron további ionizálását egy nagyon erős oxidáns, például fluorgáz jelenlétében.

Fém

TerbiumEzüst fehér ritkaföldfém fém, rugalmassággal, keménységgel és lágysággal, amelyet késsel lehet vágni. Olvadási pont 1360 ℃, forráspont 3123 ℃, sűrűség 8229 4kg/m3. A korai lantanid elemekhez képest viszonylag stabil a levegőben. A lantanid elemek kilencedik eleme, a terbium, egy nagyon töltésű fém, amely vízzel reagál hidrogéngáz kialakításához.

A természetben,terbiumSoha nem találták szabad elemnek, amely kis mennyiségben jelen van a foszfor cerium tórium homokban és a szilícium -berillium -oftrium ércben.TerbiumEgyidejűleg létezik más ritkaföldfémi elemekkel a monazit homokban, általában 0,03% terbium -tartalommal. Egyéb források közé tartozik a yttrium -foszfát és a ritkaföldfém arany, amelyek mindegyike 1% terbiumot tartalmazó oxidok keveréke.

Alkalmazás

AterbiumLeginkább a csúcstechnológiájú mezőket foglalja magában, amelyek technológia intenzív és tudásintenzív élvonalbeli projektek, valamint jelentős gazdasági előnyökkel járó projektek, vonzó fejlesztési kilátásokkal.

A fő jelentkezési területek a következők:

(1) Vegyes ritkaföldfémek formájában történő felhasználása. Például ritkaföldfém -összetett műtrágyaként és takarmány -adalékanyagként használják a mezőgazdaság számára.

(2) A zöld por aktivátora három primer fluoreszcens porban. A modern optoelektronikus anyagok három alapvető foszfor, nevezetesen a piros, a zöld és a kék színt igényelnek, amelyek felhasználhatók a különféle színek szintetizálására. Ésterbiumnélkülözhetetlen komponens sok kiváló minőségű zöld fluoreszkáló porban.

(3) Magneto optikai tárolóanyagként használják. Amorf fém terbium átmeneti fémötvözet vékonyrétegeket használtak nagy teljesítményű magneto optikai lemezek előállítására.

(4) Magneto optikai üveggyártás. A Terbiumot tartalmazó Faraday forgó üveg kulcsfontosságú anyag a rotátorok, izolátorok és keringők gyártásához a lézertechnikában.

(5) A terbium dysprosium ferromagnetostrictive ötvözet (Terfenol) fejlesztése és fejlesztése új alkalmazásokat nyitott meg a terbium számára.

A mezőgazdaság és az állattenyésztéshez

RitkaföldföldterbiumJavíthatja a növények minőségét és növelheti a fotoszintézis sebességét egy bizonyos koncentrációs tartományon belül. A terbium komplexei magas biológiai aktivitással rendelkeznek, és a hármas komplexekterbium, TB (ALA) 3BENIM (CLO4) 3-3H2O, jó antibakteriális és baktericid hatással van a Staphylococcus aureusra, a Bacillus subtilis-ra és az Escherichia coli-ra, széles spektrumú antibakteriális tulajdonságokkal. Ezeknek a komplexeknek a tanulmányozása új kutatási irányt nyújt a modern baktericid gyógyszerek számára.

A lumineszcencia területén használják

A modern optoelektronikus anyagok három alapvető foszfor, nevezetesen a piros, a zöld és a kék színt igényelnek, amelyek felhasználhatók a különféle színek szintetizálására. És a terbium elengedhetetlen komponens sok kiváló minőségű zöld fluoreszcens porban. Ha a ritkaföldfém színű TV vörös fluoreszcens por születése stimulálta a keresletetittriumésEuropium, majd a Terbium alkalmazását és fejlesztését a Rare Földre előmozdították a lámpákhoz három elsődleges zöld fluoreszcens por. Az 1980-as évek elején a Philips feltalálta a világ első kompakt energiatakarékos fényszóró lámpáját, és gyorsan előléptette azt világszerte. A TB3+ionok zöld fényt bocsáthatnak ki 545 nm hullámhosszon, és szinte az összes ritkafém zöld fluoreszcens por használterbium, mint aktivátor.

A színes TV katódsugárcsövekhez használt zöld fluoreszcens por mindig elsősorban az olcsó és hatékony cink -szulfidon alapult, de a terbiumport mindig is vetített színes TV -zöld porként használták, például Y2SIO5: TB3+, Y3 (AL, GA) 5O12: TB3+és LAOBR: TB3+. A nagy képernyős nagyfelbontású televízió (HDTV) fejlesztésével a CRT-k nagy teljesítményű zöld fluoreszcens porokat is fejlesztenek. Például egy hibrid zöld fluoreszcens port fejlesztettek ki külföldön, amely Y3 (AL, GA) 5O12: TB3+, LAOCL: TB3+és Y2SIO5: TB3+-ból áll, amelyek kiváló lumineszcencia hatékonysággal rendelkeznek nagy áram sűrűségnél.

A hagyományos röntgen fluoreszcens por kalcium-tungstate. Az 1970 -es és 1980 -as években a ritkaföldfémi fluoreszcens porokat fejlesztették ki, példáulterbium, aktivált lanthanum -szulfid -oxid, terbiummal aktivált lanthanum -bromid -oxid (zöld képernyőkhöz) és terbiummal aktivált yttrium -szulfid -oxid. A kalcium-tungstate-hoz képest a ritkaföldfém-fluoreszcens por 80%-kal csökkentheti a röntgen besugárzás idejét, javíthatja a röntgenfilmek felbontását, meghosszabbíthatja a röntgengékek élettartamát és csökkentheti az energiafogyasztást. A terbiumot fluoreszcens por-aktivátorként is használják az orvosi röntgen-javító képernyőkhöz, amelyek jelentősen javíthatják az optikai képekké történő átalakulás érzékenységét, javíthatják a röntgenfilmek egyértelműségét, és jelentősen csökkenthetik az emberi testre irányuló röntgen dózisát (több mint 50%-kal).

TerbiumAktivátorként használják a fehér LED -foszforban is, amelyet a Blue Light izgatott az új félvezető világításhoz. Használható terbium alumínium mágneses optikai kristályfoszforok előállítására, kék fényt kibocsátó diódákat gerjesztő fényforrásokként, és a generált fluoreszcenciát összekeverik a gerjesztő fényhez, hogy tiszta fehér fényt kapjanak, hogy tiszta fehér fényt kapjanak

A terbiumból készült elektrolumineszcens anyagok főként cink -szulfid zöld fluoreszcens port tartalmaznakterbiummint aktivátor. Az ultraibolya besugárzás alatt a terbium szerves komplexei erős zöld fluoreszcenciát bocsáthatnak ki, és vékony film -elektrolumineszcens anyagként is felhasználhatók. Bár a tanulmányban jelentős előrelépés történt aritkaföldföldSzerves komplex elektrolumineszcens vékony fóliák, még mindig van egy bizonyos rés a praktikusságból, és a ritkaföldfémek szerves komplex elektrolumineszcens vékonyrétegek és eszközök kutatása továbbra is mélyen mély.

A terbium fluoreszcencia jellemzőit szintén használják fluoreszcencia próbákként. Az ofloxacin terbium (TB3+) komplex és a dezoxiribonukleinsav (DNS) közötti kölcsönhatást fluoreszcencia és abszorpciós spektrumok, például az ofloxacin terbium (TB3+) fluoreszcencia szondájával vizsgáltuk. Az eredmények azt mutatták, hogy az ofloxacin TB3+szonda horonykötést képezhet DNS -molekulákkal, és a dezoxiribonukleinsav szignifikánsan javíthatja az ofloxacin TB3+rendszer fluoreszcenciáját. Ezen változás alapján meghatározható a dezoxiribonukleinsav.

Magneto optikai anyagokhoz

A Faraday effektusú anyagokat, más néven mágneses optikai anyagokat, széles körben használják lézerekben és más optikai eszközökben. Két általános típusú mágneses optikai anyag létezik: Magneto optikai kristályok és magneto optikai üveg. Közülük a mágneses-optikai kristályok (mint például a Yttrium Iron Garnet és a Terbium gallium gránát) az állítható működési frekvencia és a nagy hőstabilitás előnyei vannak, ám ezek drágák és nehezen gyárthatók. Ezenkívül számos magas Faraday forgási szöggel rendelkező mágneses-optikai kristály magas abszorpcióval rendelkezik a rövid hullámtartományban, ami korlátozza azok használatát. A Magneto optikai kristályokkal összehasonlítva a Magneto optikai üvegnek a nagy transzmittancia előnye, és könnyen elkészíthető nagy blokkokba vagy rostokká. Jelenleg a magas Faraday-effektusú mágneses-optikai szemüveg elsősorban a ritkaföldfém ion-doppelt szemüveg.

Magneto optikai tárolóanyagokhoz használják

Az utóbbi években, a multimédia és az irodai automatizálás gyors fejlődésével, az új, nagy kapacitású mágneses lemezek iránti igény növekszik. Amorf fém terbium átmeneti fémötvözet vékonyrétegeket használtak nagy teljesítményű magneto optikai lemezek előállítására. Közülük a TBFECO ötvözet vékony filmje a legjobb teljesítmény. A terbium alapú mágneses-optikai anyagokat nagy léptékben állítják elő, és a belőlük készített mágneses-optikai lemezeket számítógépes tároló alkatrészekként használják, a tárolókapacitás 10-15-szer növeli. A nagy kapacitás és a gyors hozzáférési sebesség előnyei vannak, és több tízezer alkalommal törölhetők és bevonhatók, ha nagy sűrűségű optikai lemezekhez használják. Fontos anyagok az elektronikus információtároló technológiában. A látható és közel infravörös sávokban a leggyakrabban használt mágneses-optikai anyag a Terbium Gallium Garnet (TGG) egykristály, amely a legjobb mágneses-optikai anyag a Faraday forgó és izolátorok előállításához.

Magneto optikai üveghez

A Faraday Magneto optikai üvegnek jó átláthatósága és izotrópiája van a látható és infravörös régiókban, és különféle komplex formákat képezhet. Könnyű nagy méretű termékeket előállítani, és az optikai szálakba is be lehet vonni. Ezért széles körű alkalmazási kilátásokkal rendelkezik a Magneto optikai eszközökön, mint például a Magneto optikai izolátorok, a Magneto optikai modulátorok és a száloptikai áram érzékelők. A nagy mágneses momentum és a kis abszorpciós együtthatója miatt a látható és infravörös tartományban a TB3+ionok általánosan használt ritkaföldfém -ionokká váltak a mágneses optikai szemüvegekben.

Terbium dysprosium ferromagnetostrictive ötvözet

A 20. század végén, a világ technológiai forradalmának folyamatos elmélyítésével, az új ritkaföldfémek alkalmazási anyagok gyorsan megjelentek. 1984 -ben az Iowa Állami Egyetem, az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának Ames Laboratóriuma és az Egyesült Államok Haditengerészeti Fegyverek Kutatóközpontja (amelyből a későbbi megalapozott Edge Technology Corporation (ET Rema) fő személyzete együttműködött egy új ritkaföldfémek intelligens anyagának, nevezetesen a terbium dysprosium ferromágneses mágnesező anyag kidolgozásában. Ez az új intelligens anyag kiváló tulajdonságokkal rendelkezik, hogy az elektromos energiát gyorsan mechanikus energiává alakítsák. Az ebből az óriási magnetosztriktív anyagból készült víz alatti és elektroakusztikus transzduktorok sikeresen konfiguráltak a haditengerészeti berendezésekbe, az olajkút-detektáló hangszórókba, a zaj- és rezgésvezérlő rendszerekben, valamint az óceánkutatási és földalatti kommunikációs rendszerekben. Ezért, amint a terbium dysprosium vas óriási magnetosztiktív anyag született, széles körben elterjedt a világon az iparosodott országoktól. Az Egyesült Államokban az Edge Technologies 1989 -ben kezdte meg a terbium dysprosium vas óriási mágneses mágneses anyagok előállítását, és később Svédország, Japán, Oroszország, az Egyesült Királyság és Ausztrália Terfenol Dysprosium vas óriási magnetostrictive anyagokat is kifejlesztettek.

Ennek az anyagnak az Egyesült Államokban történő fejlesztésének történetéből mind az anyag feltalálása, mind korai monopolisztikus alkalmazásai közvetlenül kapcsolódnak a katonai ágazathoz (például a haditengerészet). Noha Kína katonai és védelmi osztályai fokozatosan erősítik megértésüket ennek az anyagnak. Kína átfogó nemzeti erejének jelentős javításával azonban a 21. századi katonai versenystratégia elérése és a berendezések szintjének javítása iránti igény határozottan sürgős. Ezért a Terbium dysprosium vas óriási mágneses anyagok katonai és nemzetvédelmi osztályok általi széles körű használata történelmi szükségszerűség lesz.

Röviden: a sok kiváló tulajdonságterbiumTegye nélkülözhetetlen tagjává sok funkcionális anyagból és pótolhatatlan helyzetévé egyes alkalmazáspályákon. A Terbium magas ára miatt azonban az emberek azt vizsgálták, hogyan lehet elkerülni és minimalizálni a terbium használatát a termelési költségek csökkentése érdekében. Például a ritkaföldfém mágneses-optikai anyagoknak is olcsó költségeket kell használniukdysprosium vaskobalt vagy gadolinium terbium kobalt, amennyire csak lehetséges; Próbálja meg csökkenteni a terbium tartalmát a felhasználandó zöld fluoreszcens porban. Az ár fontos tényezővé vált, amely korlátozza a széles körben elterjedt használatátterbium- De sok funkcionális anyag nem képes megtenni nélküle, ezért be kell tartanunk a „jó acél használata a pengén”, és meg kell próbálnunk megmenteni a használatátterbiumA lehető legnagyobb mértékben.