Terbiumtilhører kategorien tunge sjældne jordarter, med en lav overflod i jordskorpen på kun 1,1 ppm.Terbiumoxidtegner sig for mindre end 0,01% af de samlede sjældne jordarter. Selv i den tunge sjældne jordart med høj yttrium-ion-type med det højeste indhold af terbium, udgør terbiumindholdet kun 1,1-1,2 % af det samlede indholdsjældne jordarter, hvilket indikerer, at den tilhører kategorien "ædle" afsjældne jordarterelementer. 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 seneste 30 årterbiumhar vist sit unikke talent.
Opdag 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 ionbytterteknologi var terbium ikke isoleret i sin rene form.
Mossander delte førstyttriumoxidi tre dele, alle opkaldt efter malme:yttriumoxid, erbiumoxid, ogterbiumoxid. Terbiumoxidvar oprindeligt sammensat af en lyserød del, på grund af elementet nu 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 havde arbejdere svært ved at observere små farveløse "erbiumoxid“, men den opløselige lyserøde del kan ikke ignoreres. Debatten om eksistensen aferbiumoxidgentagne gange er dukket op. I kaosset blev det oprindelige navn vendt om, og navneudvekslingen blev hængende, 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 frayttriumoxidvende utilsigtetterbiumtil ceriumholdige bundfald. I øjeblikket kendt som 'terbium', kun omkring 1% af originalenyttriumoxider til stede, men dette er tilstrækkeligt til at overføre en lys gul farve tilyttriumoxid. Derfor,terbiumer en sekundær komponent, der oprindeligt indeholdt den, og den styres af sine umiddelbare naboer,gadoliniumogdysprosium.
Bagefter, når som helst andetsjældne jordarterelementer blev adskilt fra denne blanding, uanset andelen af oxidet, blev navnet på terbium bibeholdt, indtil det brune oxid afterbiumblev opnået i ren form. Forskere i det 19. århundrede brugte ikke ultraviolet fluorescensteknologi til at observere lyse gule eller grønne knuder (III), hvilket gjorde det lettere for terbium at blive genkendt i faste blandinger eller opløsninger.
Elektron konfiguration
Elektronisk layout:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
Det elektroniske arrangement afterbiumer [Xe] 6s24f9. Normalt kan kun tre elektroner fjernes, før kerneladningen bliver for stor til at blive yderligere ioniseret. Dog i tilfælde afterbium, den halvfyldteterbiumgiver mulighed for yderligere ionisering af den fjerde elektron i nærvær af en meget stærk oxidant såsom fluorgas.
Metal
Terbiumer et sølvhvidt sjældent jordmetal med duktilitet, sejhed og blødhed, der kan skæres med en kniv. Smeltepunkt 1360 ℃, kogepunkt 3123 ℃, massefylde 8229 4 kg/m3. Sammenlignet med tidlige lanthanidelementer er den relativt stabil i luften. Det niende grundstof af lanthanidelementer, terbium, er et højt ladet metal, der reagerer med vand for at danne brintgas.
I naturen,terbiumhar aldrig vist sig at være et frit grundstof, til stede i små mængder i fosforcerium thorium sand og silicium beryllium yttrium malm.Terbiumsameksisterer med andre sjældne jordarters grundstoffer i monazitsand med et generelt 0,03% terbiumindhold. Andre kilder omfatter yttriumphosphat og sjældne jordarters guld, som begge er blandinger af oxider indeholdende op til 1% terbium.
Anvendelse
Anvendelsen afterbiuminvolverer hovedsageligt højteknologiske områder, som er teknologitunge og videnintensive banebrydende projekter, samt projekter med betydelige økonomiske fordele med attraktive udviklingsmuligheder.
De vigtigste anvendelsesområder omfatter:
(1) Anvendes i form af blandede sjældne jordarter. For eksempel bruges det som en sammensat gødning og fodertilsætningsstof til landbruget.
(2) Aktivator til grønt pulver i tre primære fluorescerende pulvere. Moderne optoelektroniske materialer kræver brug af tre grundlæggende farver af fosfor, nemlig rød, grøn og blå, som kan bruges til at syntetisere forskellige farver. Ogterbiumer en uundværlig komponent i mange højkvalitets grønne fluorescerende pulvere.
(3) Anvendes som et magneto-optisk lagermateriale. Amorft metal terbium overgangsmetallegering tynde film er blevet brugt til at fremstille højtydende magneto-optiske diske.
(4) Fremstilling af magneto optisk glas. Faraday roterende glas indeholdende terbium er et nøglemateriale til fremstilling af rotatorer, isolatorer og cirkulatorer inden for laserteknologi.
(5) Udviklingen og udviklingen af terbium dysprosium ferromagnetostriktiv legering (TerFenol) har åbnet op for nye anvendelser for terbium.
Til landbrug og husdyrhold
Sjælden jordterbiumkan forbedre kvaliteten af afgrøder og øge fotosyntesehastigheden 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. Studiet af disse komplekser giver en ny forskningsretning for moderne bakteriedræbende lægemidler.
Anvendes inden for luminescens
Moderne optoelektroniske materialer kræver brug af tre grundlæggende farver af fosfor, nemlig rød, grøn og blå, som kan bruges til at syntetisere forskellige farver. Og terbium er en uundværlig komponent i mange højkvalitets grønne fluorescerende pulvere. 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 farve 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 545nm, og næsten alle sjældne jordarters grønne fluorescerende pulvere brugerterbium, som aktivator.
Det grønne fluorescerende pulver brugt til farve-tv katodestrålerør (CRT'er) har altid hovedsageligt været baseret på billigt og effektivt zinksulfid, men terbiumpulver har altid været brugt som projektionsfarve-tv-grønt pulver, såsom Y2SiO5: Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5012: Tb3+ og LaOBr: Tb3+. Med udviklingen af storskærms high-definition tv (HDTV) udvikles også højtydende grønne fluorescerende pulvere til CRT'er. For eksempel er der udviklet et hybridt grønt fluorescerende pulver i udlandet, bestående 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 udviklede man sjældne jordarters fluorescerende pulvere til sensibiliseringsskærme, som f.eks.terbium,aktiveret lanthansulfidoxid, terbiumaktiveret lanthanbromidoxid (til grønne skærme) og terbiumaktiveret yttriumsulfidoxid. Sammenlignet med calciumwolframat kan sjældne jordarters fluorescerende pulver reducere tiden for røntgenbestråling for patienter med 80%, forbedre opløsningen af røntgenfilm, forlænge levetiden af røntgenrør og reducere energiforbruget. Terbium bruges også som en fluorescerende pulveraktivator til medicinske røntgenforbedringsskærme, som i høj grad kan forbedre følsomheden af røntgenkonvertering til optiske billeder, forbedre klarheden af røntgenfilm og i høj grad reducere eksponeringsdosis af røntgen- stråler til den menneskelige krop (med mere end 50%).
Terbiumbruges også som aktivator i den hvide LED-fosfor, der exciteres af blåt lys til ny halvlederbelysning. Det kan bruges til at producere terbium aluminium magneto optiske krystal phosphor, ved at bruge blå lys emitterende dioder 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 tyndfilm elektroluminescerende materialer. Selvom der er sket betydelige fremskridt i undersøgelsen afsjældne jordarterorganiske komplekse elektroluminescerende tynde film, er der stadig et vist hul fra det praktiske, og forskning i sjældne jordarters organiske komplekse elektroluminescerende tynde film og enheder er stadig i dybden.
Terbiums fluorescensegenskaber bruges også som fluorescensprober. Interaktionen mellem ofloxacinterbium (Tb3+)-kompleks og deoxyribonukleinsyre (DNA) blev undersøgt under anvendelse af fluorescens- og absorptionsspektre, såsom fluorescensproben for ofloxacinterbium (Tb3+). Resultaterne viste, at ofloxacin Tb3+-proben kan danne en rillebinding med DNA-molekyler, og deoxyribonukleinsyre kan signifikant forbedre fluorescensen af ofloxacin Tb3+-systemet. Baseret på denne ændring kan deoxyribonukleinsyre bestemmes.
Til magneto-optiske materialer
Materialer med Faraday-effekt, også kendt som magneto-optiske materialer, er meget udbredt i lasere og andre optiske enheder. Der er to almindelige typer af 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 om til store blokke eller fibre. På nuværende tidspunkt er magneto-optiske briller med høj Faraday-effekt hovedsageligt sjældne jordarters ion-doterede briller.
Anvendes til magneto-optiske lagringsmaterialer
I de seneste år, med den hurtige udvikling af multimedie- og kontorautomatisering, har efterspørgslen efter nye højkapacitets magnetiske diske været stigende. Amorft metal terbium overgangsmetallegering tynde film er blevet brugt til at fremstille højtydende magneto-optiske diske. Blandt dem har TbFeCo-legerings tyndfilmen den bedste ydeevne. Terbiumbaserede magneto-optiske materialer er blevet produceret i stor skala, og magneto-optiske diske fremstillet af dem bruges som computerlagringskomponenter, med lagerkapaciteten øget med 10-15 gange. De har fordelene ved stor kapacitet og hurtig adgangshastighed og kan tørres og belægges titusindvis af gange, når de bruges til optiske diske med høj tæthed. De er vigtige materialer i elektronisk informationslagringsteknologi. Det mest almindeligt anvendte magneto-optiske materiale i de 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 magneto optisk glas
Faraday magneto optisk glas har god gennemsigtighed og isotropi i de synlige og infrarøde områder og kan danne forskellige komplekse former. Det er nemt at producere store produkter og kan trækkes ind i optiske fibre. Derfor har det brede anvendelsesmuligheder i magneto-optiske enheder såsom magneto-optiske isolatorer, magneto-optiske 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 magneto-optiske briller.
Terbium dysprosium ferromagnetostriktiv legering
I slutningen af det 20. århundrede, med den kontinuerlige uddybning af verdens teknologiske revolution, dukkede nye materialer til anvendelse af sjældne jordarter hurtigt op. I 1984 samarbejdede Iowa State University, Ames Laboratory i US Department of Energy og US Navy Surface Weapons Research Center (hvorfra hovedpersonalet fra det senere etablerede Edge Technology Corporation (ET REMA) kom) om at udvikle en ny sjælden jord intelligent materiale, nemlig terbium dysprosium 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 blevet konfigureret med succes i flådeudstyr, oliebrøndsdetektionshøjttalere, støj- og vibrationskontrolsystemer og havudforskning og underjordiske kommunikationssystemer. Så snart det gigantiske magnetostriktive terbium dysprosium jernmateriale blev født, fik det derfor bred opmærksomhed fra industrialiserede lande rundt om i verden. Edge Technologies i USA begyndte at producere terbium dysprosium jern gigantiske magnetostriktive materialer i 1989 og kaldte dem Terfenol D. Efterfølgende udviklede Sverige, Japan, Rusland, Storbritannien og Australien også terbium dysprosium jern kæmpe magnetostriktive 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 forsvarsafdelinger gradvist styrker deres forståelse af dette materiale. Men med den betydelige forbedring af Kinas omfattende nationale styrke, vil kravet om at opnå en militær konkurrencestrategi for det 21. århundrede og forbedre udstyrsniveauet absolut være meget presserende. Derfor vil den udbredte brug af terbium dysprosium jerngigantiske magnetostriktive materialer af militære og nationale forsvarsafdelinger være en historisk nødvendighed.
Kort sagt, de mange fremragende egenskaber vedterbiumgør det til et uundværligt element i mange funktionelle materialer og en uerstattelig position i nogle anvendelsesområder. Men på grund af den høje pris på terbium har folk undersøgt, hvordan man undgår og minimerer brugen af terbium for at reducere produktionsomkostningerne. For eksempel bør sjældne jordarters magneto-optiske materialer også bruge lavprisdysprosium jernkobolt eller gadolinium terbium kobolt så meget som muligt; Forsøg at reducere indholdet af terbium i det grønne fluorescerende pulver, der skal bruges. Pris er blevet en vigtig faktor, der begrænser den udbredte brug afterbium. Men mange funktionelle materialer kan ikke undvære det, så vi er nødt til at overholde princippet om at "bruge godt stål på bladet" og forsøge at spare brugen afterbiumså meget som muligt.
Indlægstid: 25. oktober 2023