Terbiumtilhører kategorien tunge sjeldne jordarter, med en lav overflod i jordskorpen på bare 1,1 ppm.Terbiumoksidstår for mindre enn 0,01 % av de totale sjeldne jordartene. Selv i den tunge sjeldne jordarten med høy yttriumion-type med høyest innhold av terbium, utgjør terbiuminnholdet kun 1,1-1,2 % av totalensjeldne jordarter, som indikerer at den tilhører kategorien "edle" avsjeldne jordarterelementer. I over 100 år siden oppdagelsen av terbium i 1843, har dets knapphet og verdi hindret dens praktiske anvendelse i lang tid. Det er først de siste 30 årene detterbiumhar vist sitt unike talent.
Oppdage historie
Den svenske kjemikeren Carl Gustaf Mosander oppdaget terbium i 1843. Han oppdaget dets urenheter iyttriumoksidogY2O3. Yttriumer oppkalt etter landsbyen Itby i Sverige. Før fremveksten av ionebytterteknologi ble ikke terbium isolert i sin rene form.
Mossander delte seg førstyttriumoksidi tre deler, alle oppkalt etter malmer:yttriumoksid, erbiumoksid, ogterbiumoksid. Terbiumoksidvar opprinnelig sammensatt av en rosa del, på grunn av elementet nå kjent somerbium. Erbiumoksid(inkludert det vi nå kaller terbium) var opprinnelig en fargeløs del i løsning. Det uløselige oksidet av dette elementet regnes som brunt.
Senere fant arbeidere det vanskelig å observere små fargeløse "erbiumoksid", men den løselige rosa delen kan ikke ignoreres. Debatten om eksistensen averbiumoksidhar dukket opp gjentatte ganger. I kaoset ble det opprinnelige navnet snudd og navneutvekslingen satt fast, så den rosa delen ble til slutt nevnt som en løsning som inneholdt erbium (i løsningen var den rosa). Det antas nå at arbeidere som bruker natriumdisulfid eller kaliumsulfat for å fjerne ceriumdioksid frayttriumoksidsnu seg utilsiktetterbiumtil ceriumholdige utfellinger. For tiden kjent som 'terbium', bare omtrent 1% av originalenyttriumoksider tilstede, men dette er tilstrekkelig til å overføre en lys gul farge tilyttriumoksid. Derfor,terbiumer en sekundær komponent som opprinnelig inneholdt den, og den kontrolleres av dens umiddelbare naboer,gadoliniumogdysprosium.
Etterpå, når som helst annetsjeldne jordarterelementer ble separert fra denne blandingen, uavhengig av andelen av oksidet, navnet på terbium ble beholdt til det brune oksidet til sluttterbiumble oppnådd i ren form. Forskere på 1800-tallet brukte ikke ultrafiolett fluorescensteknologi for å observere knallgule eller grønne knuter (III), noe som gjorde det lettere for terbium å bli gjenkjent i faste blandinger eller løsninger.
Elektronkonfigurasjon
Elektronisk layout:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
Den elektroniske ordningen avterbiumer [Xe] 6s24f9. Normalt kan bare tre elektroner fjernes før atomladningen blir for stor til å bli ytterligere ionisert. Imidlertid, i tilfelle avterbium, den halvfylteterbiumtillater ytterligere ionisering av det fjerde elektronet i nærvær av en veldig sterk oksidant som fluorgass.
Metall
Terbiumer et sølvhvitt sjeldne jordmetall med duktilitet, seighet og mykhet som kan kuttes med en kniv. Smeltepunkt 1360 ℃, kokepunkt 3123 ℃, tetthet 8229 4 kg/m3. Sammenlignet med tidlige lantanidelementer er den relativt stabil i luften. Det niende elementet av lantanidelementer, terbium, er et høyt ladet metall som reagerer med vann for å danne hydrogengass.
I naturen,terbiumhar aldri blitt funnet å være et fritt grunnstoff, tilstede i små mengder i fosforcerium thorium sand og silisium beryllium yttrium malm.Terbiumsameksisterer med andre sjeldne jordartselementer i monazittsand, med et generelt 0,03% terbiuminnhold. Andre kilder inkluderer yttriumfosfat og sjeldne jordarters gull, som begge er blandinger av oksider som inneholder opptil 1 % terbium.
Søknad
Anvendelsen avterbiuminvolverer for det meste høyteknologiske felt, som er teknologi- og kunnskapsintensive banebrytende prosjekter, samt prosjekter med betydelige økonomiske fordeler, med attraktive utviklingsmuligheter.
De viktigste bruksområdene inkluderer:
(1) Benyttes i form av blandede sjeldne jordarter. For eksempel brukes det som en sjeldne jordartsgjødsel og fôrtilsetning for landbruket.
(2) Aktivator for grønt pulver i tre primære fluorescerende pulver. Moderne optoelektroniske materialer krever bruk av tre grunnleggende farger av fosfor, nemlig rød, grønn og blå, som kan brukes til å syntetisere forskjellige farger. Ogterbiumer en uunnværlig komponent i mange høykvalitets grønne fluorescerende pulver.
(3) Brukes som et magnetooptisk lagringsmateriale. Amorfe metallterbium-overgangsmetallegerings-tynne filmer har blitt brukt til å produsere høyytelses magneto-optiske plater.
(4) Produksjon av magneto optisk glass. Faraday roterende glass som inneholder terbium er et nøkkelmateriale for produksjon av rotatorer, isolatorer og sirkulatorer innen laserteknologi.
(5) Utviklingen og utviklingen av terbium dysprosium ferromagnetostriktiv legering (TerFenol) har åpnet for nye anvendelser for terbium.
For landbruk og husdyrhold
Sjelden jordterbiumkan forbedre kvaliteten på avlingene og øke fotosyntesehastigheten innenfor et visst konsentrasjonsområde. Terbiumkompleksene har høy biologisk aktivitet, og de ternære kompleksene avterbium, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, har gode antibakterielle og bakteriedrepende effekter på Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis og Escherichia coli, med bredspektrede antibakterielle egenskaper. Studiet av disse kompleksene gir en ny forskningsretning for moderne bakteriedrepende medisiner.
Brukes innen luminescens
Moderne optoelektroniske materialer krever bruk av tre grunnleggende farger av fosfor, nemlig rød, grønn og blå, som kan brukes til å syntetisere forskjellige farger. Og terbium er en uunnværlig komponent i mange høykvalitets grønne fluorescerende pulver. Hvis fødselen av sjeldne jordarter farge-TV rødt fluorescerende pulver har stimulert etterspørselen etteryttriumogeuropium, så har anvendelsen og utviklingen av terbium blitt fremmet av sjeldne jordartsmetaller tre primærfarger grønt fluorescerende pulver for lamper. På begynnelsen av 1980-tallet oppfant Philips verdens første kompakte energisparende lysrør og markedsførte den raskt globalt. Tb3+ioner kan sende ut grønt lys med en bølgelengde på 545nm, og nesten alle sjeldne jordarters grønne fluorescerende pulvere brukerterbium, som en aktivator.
Det grønne fluorescerende pulveret som brukes til farge-TV katodestrålerør (CRT) har alltid hovedsakelig vært basert på billig og effektivt sinksulfid, men terbiumpulver har alltid vært brukt som projeksjonsfarge-TV-grønt pulver, slik som Y2SiO5: Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5012: Tb3+ og LaOBr: Tb3+. Med utviklingen av høyoppløselig TV (HDTV) med stor skjerm, utvikles også høyytelses grønne fluorescerende pulver for CRT-er. For eksempel er det utviklet et hybrid grønt fluorescerende pulver i utlandet, bestående av Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+ og Y2SiO5: Tb3+, som har utmerket luminescenseffektivitet ved høy strømtetthet.
Det tradisjonelle røntgenfluorescerende pulveret er kalsiumwolframat. På 1970- og 1980-tallet ble det utviklet sjeldne jordartsfluorescerende pulver for sensibiliseringsskjermer, som f.eks.terbium,aktivert lantansulfidoksid, terbiumaktivert lantanbromidoksid (for grønne skjermer), og terbiumaktivert yttriumsulfidoksid. Sammenlignet med kalsiumwolframat kan sjeldne jordarters fluorescerende pulver redusere tiden for røntgenbestråling for pasienter med 80 %, forbedre oppløsningen til røntgenfilmer, forlenge levetiden til røntgenrør og redusere energiforbruket. Terbium brukes også som en fluorescerende pulveraktivator for medisinske røntgenforbedringsskjermer, som i stor grad kan forbedre følsomheten til røntgenkonvertering til optiske bilder, forbedre klarheten til røntgenfilmer og redusere eksponeringsdosen av røntgen- stråler til menneskekroppen (med mer enn 50%).
Terbiumbrukes også som en aktivator i den hvite LED-fosforen begeistret av blått lys for ny halvlederbelysning. Den kan brukes til å produsere terbium aluminium magneto optiske krystallfosfor, ved å bruke blå lysdioder som eksitasjonslyskilder, og den genererte fluorescensen blandes med eksitasjonslyset for å produsere rent hvitt lys
De elektroluminescerende materialene laget av terbium inkluderer hovedsakelig sinksulfidgrønt fluorescerende pulver medterbiumsom aktivator. Under ultrafiolett bestråling kan organiske komplekser av terbium avgi sterk grønn fluorescens og kan brukes som tynnfilm elektroluminescerende materialer. Selv om det er gjort betydelige fremskritt i studiet avsjeldne jordarterorganiske komplekse elektroluminescerende tynne filmer, er det fortsatt et visst gap fra det praktiske, og forskning på sjeldne jordartskomplekser elektroluminescerende tynne filmer og enheter er fortsatt i dybden.
Fluorescensegenskapene til terbium brukes også som fluorescensprober. Interaksjonen mellom ofloxacin terbium (Tb3+) kompleks og deoksyribonukleinsyre (DNA) ble studert ved bruk av fluorescens- og absorpsjonsspektre, slik som fluorescensproben til ofloxacin terbium (Tb3+). Resultatene viste at ofloxacin Tb3+-proben kan danne en rillebinding med DNA-molekyler, og deoksyribonukleinsyre kan forbedre fluorescensen til ofloksacin Tb3+-systemet betydelig. Basert på denne endringen kan deoksyribonukleinsyre bestemmes.
For magneto-optiske materialer
Materialer med Faraday-effekt, også kjent som magneto-optiske materialer, er mye brukt i lasere og andre optiske enheter. Det er to vanlige typer magneto-optiske materialer: magneto-optiske krystaller og magneto-optisk glass. Blant dem har magneto-optiske krystaller (som yttriumjerngranat og terbiumgalliumgranat) fordelene med justerbar driftsfrekvens og høy termisk stabilitet, men de er dyre og vanskelige å produsere. I tillegg har mange magneto-optiske krystaller med høye Faraday-rotasjonsvinkler høy absorpsjon i kortbølgeområdet, noe som begrenser bruken. Sammenlignet med magneto-optiske krystaller, har magneto-optisk glass fordelen av høy transmittans og er lett å lage til store blokker eller fibre. For tiden er magneto-optiske briller med høy Faraday-effekt hovedsakelig sjeldne jordarts-ionedopede briller.
Brukes til magnetooptiske lagringsmaterialer
De siste årene, med den raske utviklingen av multimedia og kontorautomatisering, har etterspørselen etter nye høykapasitets magnetiske plater økt. Amorfe metallterbium-overgangsmetallegerings-tynne filmer har blitt brukt til å produsere høyytelses magneto-optiske plater. Blant dem har TbFeCo-legeringen den beste ytelsen. Terbiumbaserte magneto-optiske materialer har blitt produsert i stor skala, og magneto-optiske plater laget av dem brukes som datalagringskomponenter, med lagringskapasitet økt med 10-15 ganger. De har fordelene med stor kapasitet og rask tilgangshastighet, og kan tørkes og belegges titusenvis av ganger når de brukes til optiske plater med høy tetthet. De er viktige materialer i elektronisk informasjonslagringsteknologi. Det mest brukte magneto-optiske materialet i de synlige og nær-infrarøde båndene er Terbium Gallium Garnet (TGG) enkeltkrystall, som er det beste magneto-optiske materialet for å lage Faraday-rotatorer og isolatorer.
For magneto optisk glass
Faraday magneto optisk glass har god gjennomsiktighet og isotropi i de synlige og infrarøde områdene, og kan danne ulike komplekse former. Det er enkelt å produsere store produkter og kan trekkes inn i optiske fibre. Derfor har den brede bruksmuligheter i magneto-optiske enheter som magneto-optiske isolatorer, magneto-optiske modulatorer og fiberoptiske strømsensorer. På grunn av det store magnetiske momentet og den lille absorpsjonskoeffisienten i det synlige og infrarøde området, har Tb3+-ioner blitt vanlig brukte sjeldne jordarts-ioner i magneto-optiske briller.
Terbium dysprosium ferromagnetostriktiv legering
På slutten av 1900-tallet, med den kontinuerlige utdypingen av verdens teknologiske revolusjon, dukket det raskt opp nye sjeldne jordartsmaterialer. I 1984 samarbeidet Iowa State University, Ames Laboratory ved US Department of Energy og US Navy Surface Weapons Research Center (hvorfra hovedpersonellet til det senere etablerte Edge Technology Corporation (ET REMA) kom) for å utvikle en ny sjelden jord intelligent materiale, nemlig terbium dysprosium ferromagnetisk magnetostriktivt materiale. Dette nye intelligente materialet har utmerkede egenskaper for raskt å konvertere elektrisk energi til mekanisk energi. De undervanns- og elektroakustiske transduserne laget av dette gigantiske magnetostriktive materialet har blitt konfigurert med suksess i marineutstyr, oljebrønndeteksjonshøyttalere, støy- og vibrasjonskontrollsystemer og havutforskning og underjordiske kommunikasjonssystemer. Derfor, så snart det gigantiske magnetostriktive terbiumdysprosium-jernmaterialet ble født, fikk det bred oppmerksomhet fra industrialiserte land rundt om i verden. Edge Technologies i USA begynte å produsere terbium dysprosium jerngigantiske magnetostriktive materialer i 1989 og ga dem navnet Terfenol D. Deretter utviklet også Sverige, Japan, Russland, Storbritannia og Australia terbium dysprosium jerngigantiske magnetostriktive materialer.
Fra historien til utviklingen av dette materialet i USA, er både oppfinnelsen av materialet og dets tidlige monopolistiske anvendelser direkte relatert til militærindustrien (som marinen). Selv om Kinas militær- og forsvarsavdelinger gradvis styrker sin forståelse av dette materialet. Men med den betydelige forbedringen av Kinas omfattende nasjonale styrke, vil kravet om å oppnå en militær konkurransestrategi for det 21. århundre og forbedre utstyrsnivået definitivt være svært presserende. Derfor vil den utbredte bruken av terbium dysprosium jerngigantiske magnetostriktive materialer av militære og nasjonale forsvarsavdelinger være en historisk nødvendighet.
Kort sagt, de mange utmerkede egenskapene tilterbiumgjør den til et uunnværlig element i mange funksjonelle materialer og en uerstattelig posisjon i noen bruksområder. På grunn av den høye prisen på terbium har folk imidlertid studert hvordan man kan unngå og minimere bruken av terbium for å redusere produksjonskostnadene. For eksempel bør magneto-optiske materialer av sjeldne jordarter også bruke lavprisdysprosium jernkobolt eller gadolinium terbium kobolt så mye som mulig; Prøv å redusere innholdet av terbium i det grønne fluorescerende pulveret som må brukes. Pris har blitt en viktig faktor som begrenser den utbredte bruken avterbium. Men mange funksjonelle materialer kan ikke klare seg uten det, så vi må følge prinsippet om å "bruke godt stål på bladet" og prøve å spare bruken avterbiumså mye som mulig.
Innleggstid: 25. oktober 2023