Terbiumtilhører kategorien af tunge sjældne jordarter, med en lav forekomst i jordskorpen på kun 1,1 ppm.Terbiumoxidtegner sig for mindre end 0,01% af den samlede mængde sjældne jordarter. Selv i den tunge sjældne jordartmalm med højt yttriumionindhold og det højeste indhold af terbium, tegner terbiumindholdet sig kun for 1,1-1,2% af den samlede mængde.sjældne jordarter, hvilket indikerer, at den tilhører den "ædle" kategori afsjældne jordartergrundstoffer. I over 100 år siden opdagelsen af terbium i 1843 har dets knaphed og værdi forhindret dets praktiske anvendelse i lang tid. Det er først i de sidste 30 år, atterbiumhar vist sit unikke talent.
Opdage historie
Den svenske kemiker Carl Gustaf Mosander opdagede terbium i 1843. Han opdagede dets urenheder iyttriumoxidogY2O3. Yttriumer opkaldt efter landsbyen Itby i Sverige. Før fremkomsten af ionbytningsteknologi blev terbium ikke isoleret i sin rene form.
Mossander delte førstyttriumoxidi tre dele, alle opkaldt efter malme:yttriumoxid, erbiumoxid, ogterbiumoxid. Terbiumoxidbestod oprindeligt af en lyserød del på grund af det element, der nu er kendt somerbium. Erbiumoxid(inklusive det, vi nu kalder terbium) var oprindeligt en farveløs del i opløsning. Det uopløselige oxid af dette element betragtes som brunt.
Senere forskere fandt det vanskeligt at observere små farveløse “erbiumoxid", men den opløselige lyserøde del kan ikke ignoreres. Debatten om eksistensen aferbiumoxider dukket op gentagne gange. I kaoset blev det oprindelige navn vendt om, og navnebyttet blev sat fast, så den lyserøde del blev til sidst nævnt som en opløsning indeholdende erbium (i opløsningen var den lyserød). Det menes nu, at arbejdere, der bruger natriumdisulfid eller kaliumsulfat til at fjerne ceriumdioxid frayttriumoxidutilsigtet drejeterbiumtil ceriumholdige bundfald. I øjeblikket kendt som 'terbium', kun omkring 1% af originalenyttriumoxider til stede, men dette er tilstrækkeligt til at overføre en lysegul farve tilyttriumoxidDerfor,terbiumer en sekundær komponent, der oprindeligt indeholdt den, og den kontrolleres af dens nærmeste naboer,gadoliniumogdysprosium.
Bagefter, når som helst andresjældne jordarterElementer blev adskilt fra denne blanding, uanset oxidforholdet. Navnet terbium blev bevaret, indtil det brune oxid endelig blev dannet.terbiumblev opnået i ren form. Forskere i det 19. århundrede brugte ikke ultraviolet fluorescensteknologi til at observere klare gule eller grønne knuder (III), hvilket gjorde det lettere for terbium at blive genkendt i faste blandinger eller opløsninger.
Elektronkonfiguration
Elektronisk layout:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
Den elektroniske ordning afterbiumer [Xe] 6s²⁴f⁶. Normalt kan kun tre elektroner fjernes, før kernens ladning bliver for stor til at blive ioniseret yderligere. Men i tilfælde afterbium, den halvfyldteterbiumtillader yderligere ionisering af den fjerde elektron i nærvær af en meget stærk oxidant, såsom fluorgas.
Metal
Terbiumer et sølvhvidt sjældent jordartsmetal med duktilitet, sejhed og blødhed, der kan skæres med en kniv. Smeltepunkt 1360 ℃, kogepunkt 3123 ℃, densitet 8229 4 kg/m3. Sammenlignet med tidlige lanthanidelementer er det relativt stabilt i luften. Det niende element af lanthanidelementerne, terbium, er et højt ladet metal, der reagerer med vand og danner hydrogengas.
I naturen,terbiumhar aldrig vist sig at være et frit element, der findes i små mængder i fosfor-cerium-thorium-sand og silicium-beryllium-ytttriummalm.Terbiumsameksisterer med andre sjældne jordarter i monazitsand, med et generelt terbiumindhold på 0,03%. Andre kilder omfatter yttriumfosfat og sjælden jordartsguld, som begge er blandinger af oxider, der indeholder op til 1% terbium.
Anvendelse
Anvendelsen afterbiuminvolverer hovedsageligt højteknologiske områder, som er teknologiintensive og vidensintensive banebrydende projekter, samt projekter med betydelige økonomiske fordele og attraktive udviklingsmuligheder.
De vigtigste anvendelsesområder omfatter:
(1) Anvendes i form af blandede sjældne jordarter. For eksempel bruges det som en sjælden jordartsblandingsgødning og fodertilsætningsstof til landbrug.
(2) Aktivator til grønt pulver i tre primære fluorescerende pulvere. Moderne optoelektroniske materialer kræver brug af tre grundfarver af fosfor, nemlig rød, grøn og blå, som kan bruges til at syntetisere forskellige farver. Ogterbiumer en uundværlig komponent i mange grønne fluorescerende pulvere af høj kvalitet.
(3) Anvendes som magnetooptisk lagringsmateriale. Tyndfilm af amorfe terbium-overgangsmetallegeringer er blevet brugt til at fremstille højtydende magnetooptiske diske.
(4) Fremstilling af magnetooptisk glas. Faradays roterende glas indeholdende terbium er et nøglemateriale til fremstilling af rotatorer, isolatorer og cirkulatorer inden for laserteknologi.
(5) Udviklingen og videreudviklingen af terbiumdysprosium-ferromagnetostriktivlegering (TerFenol) har åbnet op for nye anvendelser af terbium.
Til landbrug og husdyrhold
Sjælden jordartterbiumkan forbedre afgrødernes kvalitet og øge fotosyntesens hastighed inden for et bestemt koncentrationsområde. Terbiumkomplekserne har høj biologisk aktivitet, og de ternære komplekser afterbium, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, har gode antibakterielle og bakteriedræbende virkninger på Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis og Escherichia coli, med bredspektrede antibakterielle egenskaber. Undersøgelsen af disse komplekser giver en ny forskningsretning for moderne bakteriedræbende lægemidler.
Anvendes inden for luminescens
Moderne optoelektroniske materialer kræver brug af tre grundfarver fosfor, nemlig rød, grøn og blå, som kan bruges til at syntetisere forskellige farver. Og terbium er en uundværlig komponent i mange grønne fluorescerende pulvere af høj kvalitet. Hvis fødslen af sjældne jordarters farve-TV rødt fluorescerende pulver har stimuleret efterspørgslen efteryttriumogeuropium, så er anvendelsen og udviklingen af terbium blevet fremmet af sjældne jordarters tre primære farver grønt fluorescerende pulver til lamper. I begyndelsen af 1980'erne opfandt Philips verdens første kompakte energibesparende lysstofrør og promoverede den hurtigt globalt. Tb3+-ioner kan udsende grønt lys med en bølgelængde på 545 nm, og næsten alle sjældne jordarters grønne fluorescerende pulvere brugerterbium, som en aktivator.
Det grønne fluorescerende pulver, der anvendes til katodestrålerør (CRT) til farve-TV, har altid primært været baseret på billigt og effektivt zinksulfid, men terbiumpulver har altid været anvendt som grønt pulver til projektionsfarve-TV, såsom Y2SiO5:Tb3+, Y3 (Al, Ga)5O12:Tb3+ og LaOBr:Tb3+. Med udviklingen af storskærms-HDTV (high definition television) udvikles der også højtydende grønne fluorescerende pulvere til CRT'er. For eksempel er der i udlandet blevet udviklet et hybridt grønt fluorescerende pulver, der består af Y3 (Al, Ga)5O12:Tb3+, LaOCl:Tb3+ og Y2SiO5:Tb3+, som har fremragende luminescenseffektivitet ved høj strømtæthed.
Det traditionelle røntgenfluorescerende pulver er calciumwolframat. I 1970'erne og 1980'erne blev der udviklet sjældne jordartsfluorescerende pulvere til sensibiliseringsskærme, såsomterbium,aktiveret lanthansulfidoxid, terbiumaktiveret lanthanbromidoxid (til grønne skærme) og terbiumaktiveret yttriumsulfidoxid. Sammenlignet med calciumwolframat kan fluorescerende pulver af sjældne jordarter reducere tiden for røntgenbestråling for patienter med 80 %, forbedre opløsningen af røntgenfilm, forlænge levetiden for røntgenrør og reducere energiforbruget. Terbium bruges også som en fluorescerende pulveraktivator til medicinske røntgenforstærkningsskærme, hvilket i høj grad kan forbedre følsomheden af røntgenkonvertering til optiske billeder, forbedre klarheden af røntgenfilm og i høj grad reducere eksponeringsdosis af røntgenstråler til den menneskelige krop (med mere end 50 %).
Terbiumbruges også som aktivator i hvid LED-fosfor, der exciteres af blåt lys til ny halvlederbelysning. Det kan bruges til at producere terbiumaluminium magnetooptiske krystalfosforer ved hjælp af blå lysdioder som excitationslyskilder, og den genererede fluorescens blandes med excitationslyset for at producere rent hvidt lys.
De elektroluminescerende materialer fremstillet af terbium omfatter hovedsageligt zinksulfidgrønt fluorescerende pulver medterbiumsom aktivator. Under ultraviolet bestråling kan organiske komplekser af terbium udsende stærk grøn fluorescens og kan bruges som tyndfilms elektroluminescerende materialer. Selvom der er gjort betydelige fremskridt i studiet afsjældne jordarterorganiske komplekse elektroluminescerende tyndfilm, er der stadig et vist hul i forhold til det praktiske, og forskningen i organiske komplekse elektroluminescerende tyndfilm og anordninger af sjældne jordarter er stadig i dybden.
Terbiums fluorescenskarakteristika bruges også som fluorescensprober. Interaktionen mellem ofloxacin terbium (Tb3+)-komplekset og deoxyribonukleinsyre (DNA) blev undersøgt ved hjælp af fluorescens- og absorptionsspektre, såsom fluorescenssonden for ofloxacin terbium (Tb3+). Resultaterne viste, at ofloxacin Tb3+-sonden kan danne en groove-binding med DNA-molekyler, og deoxyribonukleinsyre kan forstærke fluorescensen af ofloxacin Tb3+-systemet betydeligt. Baseret på denne ændring kan deoxyribonukleinsyre bestemmes.
Til magnetooptiske materialer
Materialer med Faraday-effekt, også kendt som magneto-optiske materialer, anvendes i vid udstrækning i lasere og andre optiske enheder. Der er to almindelige typer magneto-optiske materialer: magneto-optiske krystaller og magneto-optisk glas. Blandt dem har magneto-optiske krystaller (såsom yttriumjerngranat og terbiumgalliumgranat) fordelene ved justerbar driftsfrekvens og høj termisk stabilitet, men de er dyre og vanskelige at fremstille. Derudover har mange magneto-optiske krystaller med høje Faraday-rotationsvinkler høj absorption i kortbølgeområdet, hvilket begrænser deres anvendelse. Sammenlignet med magneto-optiske krystaller har magneto-optisk glas fordelen ved høj transmittans og er let at lave til store blokke eller fibre. I øjeblikket er magneto-optiske glas med høj Faraday-effekt hovedsageligt glas dopet med sjældne jordarters ioner.
Anvendes til magnetooptiske lagringsmaterialer
I de senere år, med den hurtige udvikling af multimedier og kontorautomation, er efterspørgslen efter nye magnetiske diske med høj kapacitet steget. Amorfe terbium-overgangsmetallegeringstyndfilm er blevet brugt til at fremstille højtydende magneto-optiske diske. Blandt dem har TbFeCo-legeringstyndfilmen den bedste ydeevne. Terbiumbaserede magneto-optiske materialer er blevet produceret i stor skala, og magneto-optiske diske fremstillet af dem bruges som computerlagringskomponenter, hvor lagerkapaciteten er øget med 10-15 gange. De har fordelene ved stor kapacitet og hurtig adgangshastighed og kan aftørres og belægges titusindvis af gange, når de bruges til optiske diske med høj densitet. De er vigtige materialer inden for elektronisk informationslagringsteknologi. Det mest almindeligt anvendte magneto-optiske materiale i det synlige og nær-infrarøde bånd er Terbium Gallium Garnet (TGG) enkeltkrystal, som er det bedste magneto-optiske materiale til fremstilling af Faraday-rotatorer og -isolatorer.
Til magnetooptisk glas
Faradays magnetooptiske glas har god transparens og isotropi i det synlige og infrarøde område og kan danne forskellige komplekse former. Det er nemt at producere store produkter og kan trækkes til optiske fibre. Derfor har det brede anvendelsesmuligheder i magnetooptiske enheder såsom magnetooptiske isolatorer, magnetooptiske modulatorer og fiberoptiske strømsensorer. På grund af dets store magnetiske moment og lille absorptionskoefficient i det synlige og infrarøde område er Tb3+-ioner blevet almindeligt anvendte sjældne jordarters ioner i magnetooptiske briller.
Terbium dysprosium ferromagnetostriktiv legering
I slutningen af det 20. århundrede, med den kontinuerlige uddybning af den globale teknologiske revolution, dukkede nye materialer til anvendelse i sjældne jordarter hurtigt op. I 1984 samarbejdede Iowa State University, Ames Laboratory under det amerikanske energiministerium og US Navy Surface Weapons Research Center (hvorfra hovedpersonalet i det senere etablerede Edge Technology Corporation (ET REMA) kom) om at udvikle et nyt intelligent materiale af sjældne jordarter, nemlig terbiumdysprosium ferromagnetisk magnetostriktivt materiale. Dette nye intelligente materiale har fremragende egenskaber til hurtigt at omdanne elektrisk energi til mekanisk energi. De undervands- og elektroakustiske transducere lavet af dette gigantiske magnetostriktive materiale er med succes blevet konfigureret i flådeudstyr, oliebrønddetekteringshøjttalere, støj- og vibrationskontrolsystemer samt havudforskning og underjordiske kommunikationssystemer. Derfor, så snart det gigantiske magnetostriktive materiale af terbiumdysprosium jern blev født, fik det udbredt opmærksomhed fra industrialiserede lande over hele verden. Edge Technologies i USA begyndte at producere terbiumdysprosium-jernkæmpemagnetostriktive materialer i 1989 og kaldte dem Terfenol D. Efterfølgende udviklede Sverige, Japan, Rusland, Storbritannien og Australien også terbiumdysprosium-jernkæmpemagnetostriktive materialer.
Fra historien om udviklingen af dette materiale i USA er både opfindelsen af materialet og dets tidlige monopolistiske anvendelser direkte relateret til militærindustrien (såsom flåden). Selvom Kinas militær- og forsvarsministerier gradvist styrker deres forståelse af dette materiale. Men med den betydelige forbedring af Kinas omfattende nationale styrke vil behovet for at opnå en militær konkurrencestrategi for det 21. århundrede og forbedre udstyrsniveauet helt sikkert være meget presserende. Derfor vil den udbredte brug af terbiumdysprosium-jerngigantmagnetostriktive materialer af militære og nationale forsvarsministerier være en historisk nødvendighed.
Kort sagt, de mange fremragende egenskaber vedterbiumgør det til et uundværligt medlem af mange funktionelle materialer og en uerstattelig plads inden for nogle anvendelsesområder. På grund af den høje pris på terbium har man imidlertid studeret, hvordan man kan undgå og minimere brugen af terbium for at reducere produktionsomkostningerne. For eksempel bør magneto-optiske materialer af sjældne jordarter også anvendes til lavpris.dysprosiumjernkobolt eller gadolinium terbium kobolt så meget som muligt; Forsøg at reducere indholdet af terbium i det grønne fluorescerende pulver, der skal anvendes. Prisen er blevet en vigtig faktor, der begrænser den udbredte brug afterbiumMen mange funktionelle materialer kan ikke undvære det, så vi er nødt til at holde os til princippet om "at bruge godt stål på bladet" og forsøge at spare på brugen afterbiumså meget som muligt.
Opslagstidspunkt: 25. oktober 2023