Terbiumtilhører kategorien tunge sjeldne jordarter, med en lav forekomst i jordskorpen på bare 1,1 ppm.Terbiumoksidstår for mindre enn 0,01 % av den totale mengden sjeldne jordarter. Selv i den tunge sjeldne jordartmalmen med høyt yttriumioninnhold og det høyeste innholdet av terbium, utgjør terbiuminnholdet bare 1,1–1,2 % av den totale mengdensjeldne jordarter, noe som indikerer at den tilhører den «edle» kategorien avsjeldne jordartergrunnstoffer. I over 100 år siden oppdagelsen av terbium i 1843 har knappheten og verdien forhindret praktisk anvendelse i lang tid. Det er først i løpet av de siste 30 årene atterbiumhar vist sitt unike talent.
Oppdage historie
Den svenske kjemikeren Carl Gustaf Mosander oppdaget terbium i 1843. Han oppdaget urenhetene 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 grunnstoffet som nå er 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 forskere fant det vanskelig å observere ørsmå fargeløse «erbiumoksid«, men den løselige rosa delen kan ikke ignoreres. Debatten om eksistensen averbiumoksidhar dukket opp gjentatte ganger. I kaoset ble det opprinnelige navnet reversert og navnebyttet ble sittende 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 frayttriumoksidutilsiktet snuterbiumtil ceriumholdige utfellinger. For tiden kjent som 'terbium', bare omtrent 1 % av originalenyttriumoksider til stede, men dette er tilstrekkelig til å overføre en lys gul farge tilyttriumoksidDerfor,terbiumer en sekundær komponent som opprinnelig inneholdt den, og den kontrolleres av dens nærmeste naboer,gadoliniumogdysprosium.
Etterpå, når andresjeldne jordarterElementene ble separert fra denne blandingen, uavhengig av andelen av oksidet, navnet terbium ble beholdt inntil til slutt det brune oksidet avterbiumble oppnådd i ren form. Forskere på 1800-tallet brukte ikke ultrafiolett fluorescensteknologi for å observere knallgule eller grønne noduler (III), noe som gjorde det lettere for terbium å bli gjenkjent i faste blandinger eller løsninger.
Elektronkonfigurasjon
Elektronisk oppsett:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
Det elektroniske arrangementet avterbiumer [Xe] 6s²⁴f⁶. Normalt kan bare tre elektroner fjernes før kjerneladningen blir for stor til å bli ytterligere ionisert. Imidlertid, i tilfelle avterbium, den halvfylteterbiumtillater ytterligere ionisering av det fjerde elektronet i nærvær av et veldig sterkt oksidasjonsmiddel som fluorgass.
Metall
Terbiumer et sølvhvitt sjeldent jordmetall med duktilitet, seighet og mykhet som kan skjæres med kniv. Smeltepunkt 1360 ℃, kokepunkt 3123 ℃, tetthet 8229 4 kg/m3. Sammenlignet med tidlige lantanidelementer er det relativt stabilt i luften. Det niende elementet av lantanidelementene, terbium, er et høyt ladet metall som reagerer med vann og danner hydrogengass.
I naturen,terbiumhar aldri blitt funnet å være et fritt element, tilstede i små mengder i fosfor cerium thorium sand og silisium beryllium yttriummalm.Terbiumsameksisterer med andre sjeldne jordartsmetaller i monazittsand, med et terbiuminnhold på vanligvis 0,03 %. Andre kilder inkluderer yttriumfosfat og gull av sjeldne jordartsmetaller, som begge er blandinger av oksider som inneholder opptil 1 % terbium.
Søknad
Anvendelsen avterbiuminvolverer hovedsakelig høyteknologiske felt, som er teknologiintensive og kunnskapsintensive banebrytende prosjekter, samt prosjekter med betydelige økonomiske fordeler, med attraktive utviklingsutsikter.
De viktigste bruksområdene inkluderer:
(1) Brukes i form av blandede sjeldne jordarter. For eksempel brukes det som en gjødselblanding av sjeldne jordarter og fôrtilsetningsstoff i landbruket.
(2) Aktivator for grønt pulver i tre primære fluorescerende pulvere. Moderne optoelektroniske materialer krever bruk av tre grunnfarger av fosfor, nemlig rød, grønn og blå, som kan brukes til å syntetisere forskjellige farger. Ogterbiumer en uunnværlig komponent i mange grønne fluorescerende pulver av høy kvalitet.
(3) Brukes som magnetooptisk lagringsmateriale. Tynne filmer av amorfe metallterbium-overgangsmetalllegeringer har blitt brukt til å produsere magnetooptiske plater med høy ytelse.
(4) Produksjon av magnetooptisk glass. Faradays roterende glass som inneholder terbium er et nøkkelmateriale for produksjon av rotatorer, isolatorer og sirkulatorer innen laserteknologi.
(5) Utviklingen og videreutviklingen av terbiumdysprosium-ferromagnetostriktiv legering (TerFenol) har åpnet for nye bruksområder for terbium.
For landbruk og husdyrhold
Sjeldne jordarterterbiumkan forbedre kvaliteten på avlinger 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 legemidler.
Brukes innen luminescens
Moderne optoelektroniske materialer krever bruk av tre grunnleggende fosforfarger, nemlig rød, grønn og blå, som kan brukes til å syntetisere forskjellige farger. Og terbium er en uunnværlig komponent i mange grønne fluorescerende pulver av høy kvalitet. Hvis fremveksten av rødt fluorescerende pulver av sjeldne jordartsmetaller for farge-TV har stimulert etterspørselen etteryttriumogeuropium, deretter har anvendelsen og utviklingen av terbium blitt fremmet av sjeldne jordartsmetaller med tre primærfarger, grønt fluorescerende pulver for lamper. Tidlig på 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 545 nm, og nesten alle sjeldne jordartsmetaller med grønt fluorescerende pulver brukerterbium, som en aktivator.
Det grønne fluorescerende pulveret som brukes til katodestrålerør (CRT-er) for farge-TV har alltid hovedsakelig vært basert på billig og effektivt sinksulfid, men terbiumpulver har alltid blitt brukt som grønt pulver til projeksjonsfarge-TV, som Y2SiO5:Tb3+, Y3 (Al, Ga)5O12:Tb3+ og LaOBr:Tb3+. Med utviklingen av storskjerm-HDTV (high-definition TV) utvikles også høypresterende grønne fluorescerende pulver for CRT-er. For eksempel har et hybrid grønt fluorescerende pulver blitt utviklet 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 fluorescerende pulver av sjeldne jordarter for sensibiliseringsskjermer, som for eksempelterbium,aktivert lantansulfidoksid, terbiumaktivert lantanbromidoksid (for grønne skjermer) og terbiumaktivert yttriumsulfidoksid. Sammenlignet med kalsiumwolframat kan fluorescerende pulver av sjeldne jordarter 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, noe som kan forbedre følsomheten til røntgenkonvertering til optiske bilder betraktelig, forbedre klarheten til røntgenfilmer og redusere eksponeringsdosen av røntgenstråler til menneskekroppen betraktelig (med mer enn 50 %).
Terbiumbrukes også som en aktivator i hvitt LED-fosfor som eksiteres av blått lys for ny halvlederbelysning. Det kan brukes til å produsere terbiumaluminium magnetooptiske krystallfosforer, 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 inneholder hovedsakelig grønt fluorescerende pulver av sinksulfid medterbiumsom aktivator. Under ultrafiolett bestråling kan organiske komplekser av terbium avgi sterk grønn fluorescens og kan brukes som tynnfilms 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 forskningen på organiske komplekse elektroluminescerende tynne filmer og enheter av sjeldne jordarter er fortsatt i dybden.
Fluorescensegenskapene til terbium brukes også som fluorescensprober. Samspillet mellom ofloksacin terbium (Tb3+)-komplekset og deoksyribonukleinsyre (DNA) ble studert ved hjelp av fluorescens- og absorpsjonsspektre, slik som fluorescenssonden til ofloksacin terbium (Tb3+). Resultatene viste at ofloksacin Tb3+-proben kan danne en groove-binding med DNA-molekyler, og deoksyribonukleinsyre kan forbedre fluorescensen til ofloksacin Tb3+-systemet betydelig. Basert på denne endringen kan deoksyribonukleinsyre bestemmes.
For magnetooptiske materialer
Materialer med Faraday-effekt, også kjent som magneto-optiske materialer, er mye brukt i lasere og andre optiske enheter. Det finnes 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 av dem. Sammenlignet med magneto-optiske krystaller har magneto-optisk glass fordelen med høy transmittans og er enkelt å lage til store blokker eller fibre. For tiden er magneto-optiske glass med høy Faraday-effekt hovedsakelig glass dopet med sjeldne jordarter.
Brukes til magnetooptiske lagringsmaterialer
I de senere årene, med den raske utviklingen av multimedia og kontorautomatisering, har etterspørselen etter nye magnetiske plater med høy kapasitet økt. Amorfe tynne filmer av terbium-overgangsmetalllegering har blitt brukt til å produsere magnetooptiske plater med høy ytelse. Blant dem har tynnfilmen av TbFeCo-legeringen den beste ytelsen. Terbiumbaserte magnetooptiske materialer har blitt produsert i stor skala, og magnetooptiske plater laget av dem brukes som datamaskinlagringskomponenter, med lagringskapasitet som økes 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 innen elektronisk informasjonslagringsteknologi. Det mest brukte magnetooptiske materialet i det synlige og nær-infrarøde båndet er terbium-gallium-granat (TGG) enkeltkrystall, som er det beste magnetooptiske materialet for å lage Faraday-rotatorer og -isolatorer.
For magnetooptisk glass
Faradays magnetooptiske glass har god gjennomsiktighet og isotropi i det synlige og infrarøde området, og kan danne forskjellige komplekse former. Det er enkelt å produsere store produkter og kan trekkes til optiske fibre. Derfor har det brede bruksområder i magnetooptiske enheter som magnetooptiske isolatorer, magnetooptiske 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 vanlige sjeldne jordartsmetaller i magnetooptiske glass.
Terbium dysprosium ferromagnetostriktiv legering
På slutten av det 20. århundre, med den kontinuerlige fordypningen av den globale teknologiske revolusjonen, dukket det raskt opp nye materialer for sjeldne jordarter. I 1984 samarbeidet Iowa State University, Ames Laboratory i det amerikanske energidepartementet og US Navy Surface Weapons Research Center (som hovedpersonellet i det senere etablerte Edge Technology Corporation (ET REMA) kom fra) for å utvikle et nytt intelligent materiale for sjeldne jordarter, nemlig terbiumdysprosium ferromagnetisk magnetostriktivt materiale. Dette nye intelligente materialet har utmerkede egenskaper for raskt å konvertere elektrisk energi til mekanisk energi. Undervanns- og elektroakustiske transdusere laget av dette gigantiske magnetostriktive materialet har blitt vellykket konfigurert i marint utstyr, høyttalere for oljebrønndeteksjon, støy- og vibrasjonskontrollsystemer, og havutforskning og underjordiske kommunikasjonssystemer. Derfor, så snart det gigantiske magnetostriktive materialet terbiumdysprosium ble født, fikk det bred oppmerksomhet fra industrialiserte land over hele verden. Edge Technologies i USA begynte å produsere terbiumdysprosium-jerngigantmagnetostriktive materialer i 1989 og kalte dem Terfenol D. Deretter utviklet også Sverige, Japan, Russland, Storbritannia og Australia magnetostriktive materialer av terbiumdysprosium-jerngigant.
Fra historien om utviklingen av dette materialet i USA, er både oppfinnelsen av materialet og dets tidlige monopolistiske anvendelser direkte knyttet til militærindustrien (som marinen). Selv om Kinas militære og forsvarsdepartementer gradvis styrker sin forståelse av dette materialet. Men med den betydelige forbedringen av Kinas omfattende nasjonale styrke, vil behovet for å oppnå en militær konkurransestrategi for det 21. århundre og forbedre utstyrsnivåene definitivt være svært presserende. Derfor vil den utbredte bruken av terbiumdysprosium-jerngigantmagnetostriktive materialer av militære og nasjonale forsvarsdepartementer være en historisk nødvendighet.
Kort sagt, de mange utmerkede egenskapene tilterbiumgjør det til et uunnværlig medlem av mange funksjonelle materialer og en uerstattelig posisjon innen noen bruksområder. På grunn av den høye prisen på terbium har man 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 lavkostnadsmaterialer.dysprosiumjernkobolt eller gadoliniumterbiumkobolt 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 avterbiumMen 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.
Publisert: 25. oktober 2023