Terbiumtilhører kategorien tungesjeldne jordarter, med en lav overflod i jordskorpen på bare 1,1 ppm.Terbiumoksid utgjør mindre enn 0,01 % av de totale sjeldne jordartene.Selv i den tunge sjeldne jordartmalmen med høy yttriumiontype med det høyeste innholdet av terbium, utgjør terbiuminnholdet bare 1,1-1,2 % av den totale sjeldne jordarten, noe som indikerer at den tilhører den "edle" kategorien av sjeldne jordartsmetaller.I over 100 år siden oppdagelsen av terbium i 1843, har dets knapphet og verdi hindret dens praktiske anvendelse i lang tid.Det er bare de siste 30 årene at terbium har vist sitt unike talent.
Oppdage historie
Den svenske kjemikeren Carl Gustaf Mosander oppdaget terbium i 1843. Han fant dets urenheter iYttrium(III)oksidogY2O3.Yttrium er oppkalt etter landsbyen Ytterby i Sverige.Før fremveksten av ionebytterteknologi ble ikke terbium isolert i sin rene form.
Mosant delte først Yttrium(III)-oksid i tre deler, alle oppkalt etter malmer: Yttrium(III)-oksid,Erbium(III)oksidog terbiumoksid.Terbiumoksid var opprinnelig sammensatt av en rosa del, på grunn av elementet nå kjent som erbium."Erbium(III)oksid" (inkludert det vi nå kaller terbium) var opprinnelig den hovedsakelig fargeløse delen i løsningen.Det uløselige oksidet av dette elementet regnes som brunt.
Senere arbeidere kunne knapt observere det lille fargeløse "Erbium(III)-oksidet", men den løselige rosa delen kunne ikke ignoreres.Debatter om eksistensen av Erbium(III)oksid har oppstått 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 natriumbisulfat eller kaliumsulfat tarCerium(IV)oksidut av Yttrium(III)oksid og utilsiktet gjøre terbium om til et sediment som inneholder cerium.Bare omtrent 1 % av det opprinnelige Yttrium(III)-oksidet, nå kjent som "terbium", er nok til å gi en gulaktig farge til Yttrium(III)-oksid.Derfor er terbium en sekundær komponent som opprinnelig inneholdt det, og det kontrolleres av sine umiddelbare naboer, gadolinium og dysprosium.
Etterpå, hver gang andre sjeldne jordartsmetaller ble separert fra denne blandingen, uavhengig av andelen av oksidet, ble navnet på terbium beholdt inntil det brune oksidet av terbium ble 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
Elektronkonfigurasjon:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
Elektronkonfigurasjonen til terbium er [Xe] 6s24f9.Normalt kan bare tre elektroner fjernes før kjernefysisk ladning blir for stor til å bli ytterligere ionisert, men i tilfelle av terbium tillater halvfylt terbium at det fjerde elektronet ioniseres ytterligere i nærvær av svært sterke oksidanter som fluorgass.
Terbium er 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 det tidlige Lanthanide er det relativt stabilt i luften.Som det niende elementet i Lanthanide, er terbium et metall med sterk elektrisitet.Det reagerer med vann og danner hydrogen.
I naturen har terbium aldri blitt funnet å være et fritt grunnstoff, en liten mengde av dette finnes i phosphocerium thorium sand og Gadolinite.Terbium eksisterer sammen med andre sjeldne jordartselementer i monazittsand, med et generelt 0,03% terbiuminnhold.Andre kilder er Xenotime og svarte sjeldne gullmalmer, som begge er blandinger av oksider og inneholder opptil 1 % terbium.
applikasjon
Anvendelsen av terbium involverer for det meste høyteknologiske felt, som er teknologiintensive 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.Og terbium er en uunnværlig komponent i mange høykvalitets grønne fluorescerende pulver.
(3) Brukes som et magnetooptisk lagringsmateriale.Amorft metall terbium overgangsmetalllegering 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
Terbium av sjeldne jordarter kan forbedre kvaliteten på avlinger og øke hastigheten på fotosyntese innenfor et visst konsentrasjonsområde.Terbiumkomplekser har høy biologisk aktivitet.Ternære komplekser av terbium, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3 · 3H2O, har gode antibakterielle og bakteriedrepende effekter på Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis og Escherichia coli.De har et bredt antibakterielt spekter.Studiet av slike komplekser 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 rødt fluorescerende pulver for farge-TV med sjeldne jordarter har stimulert etterspørselen etter yttrium og europium, har anvendelsen og utviklingen av terbium blitt fremmet av sjeldne jordarters tre primærfargede grønne 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 de sjeldne jordartsgrønne fosforene bruker terbium som aktivator.
Det grønne fosforet for farge-TV katodestrålerør (CRT) har alltid vært basert på sinksulfid, som er billig og effektivt, men terbiumpulveret har alltid vært brukt som det grønne fosforet for projeksjonsfarge-TV, inkludert Y2SiO5 ∶ Tb3+, Y3 ( Al, Ga) 5O12 ∶ 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 jordartsmetaller for intensivering av skjermer, som terbiumaktivert svovel Lantanoksid, terbiumaktivert brom Lantanoksid (for grønne skjermer), terbiumaktivert svovel Yttrium(III)oksid osv. Sammenlignet med kalsiumwolframat sjeldne jordarters fluorescerende pulver kan 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%).
Terbium brukes også som en aktivator i den hvite LED-fosforen opphisset av blått lys for ny halvlederbelysning.Den kan brukes til å produsere terbium-aluminiummagneto-optiske krystallfosforer, ved å bruke blålysdioder som eksitasjonslyskilder, og den genererte fluorescensen blandes med eksitasjonslyset for å produsere rent hvitt lys.
De elektroluminescerende materialene laget av terbium inkluderer hovedsakelig sinksulfidgrønt fosfor med terbium som 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 av organiske komplekse elektroluminescerende tynnfilmer av sjeldne jordarter, er det fortsatt et visst gap fra det praktiske, og forskning på organisk komplekse elektroluminescerende tynnfilmer og enheter for sjeldne jordarter er fortsatt i dybden.
Fluorescensegenskapene til terbium brukes også som fluorescensprober.For eksempel ble Ofloxacin terbium (Tb3+) fluorescensprobe brukt til å studere interaksjonen mellom Ofloxacin terbium (Tb3+) kompleks og DNA (DNA) ved fluorescensspektrum og absorpsjonsspektrum, noe som indikerer at Ofloxacin Tb3+-probe kan danne en sporbinding med DNA-molekyler og DNA kan forbedre fluorescensen til Ofloxacin Tb3+ system betydelig.Basert på denne endringen kan DNA 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 høy Faraday-rotasjonsvinkel 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 magneto-optiske lagringsmaterialer
De siste årene, med den raske utviklingen av multimedia og kontorautomatisering, har etterspørselen etter nye høykapasitets magnetiske plater økt.Amorfe metall-terbium-overgangsmetalllegeringsfilmer 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 det 20. århundre, med utdypingen av verdens vitenskapelige og teknologiske revolusjon, dukker nye sjeldne jordarters anvendte materialer raskt opp.I 1984 kom Iowa State University i USA, Ames Laboratory ved USAs energidepartement i USA og US Navy Surface Weapons Research Center (hovedpersonellet til det senere etablerte American Edge Technology Company (ET REMA) kom fra sentrum) utviklet i fellesskap et nytt sjeldne jordartsmateriale, nemlig terbium dysprosium jerngigantisk magnetostriktivt materiale.Dette nye Smart-materialet har de utmerkede egenskapene til å raskt 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 etter at Kinas omfattende nasjonale makt har økt betydelig, vil kravene for å realisere den militære konkurransestrategien i det 21. århundre og forbedre utstyrsnivået absolutt 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 til terbium gjør det 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 sjeldne jordarters magneto-optiske materialer også bruke rimelig 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 av terbium.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 av terbium så mye som mulig.
Innleggstid: Jul-05-2023