Terbiumikuuluu raskaan luokkaanharvinaiset maametallit, matalalla maapallon kuoressa vain 1,1 ppm. Terbiumoksidin osuus on alle 0,01% harvinaisista maametallista. Jopa korkean yttrium-ionityypin raskaan harvinaisten maametallien malmissa, joilla on suurin terbiumin pitoisuus, terbiumipitoisuus on vain 1,1-1,2% harvinaisesta maametallista, mikä osoittaa, että se kuuluu harvinaisten maametallien elementtien "jaloihin" luokkaan. Yli 100 vuotta terbiumin löytämisestä vuonna 1843 sen niukkuus ja arvo ovat estäneet sen käytännön soveltamisen pitkään. Vasta viimeisen 30 vuoden aikana terbium on osoittanut ainutlaatuisen kykynsä。
Löydä historia
Ruotsalainen kemisti Carl Gustaf Mosander löysi terbiumin vuonna 1843. Hän löysi sen epäpuhtaudetYttrium (iii) oksidijaY2O3. Yttrium on nimetty Ytterbyn kylän mukaan Ruotsissa. Ennen ioninvaihtotekniikan syntymistä terbiumia ei eristetty puhtaassa muodossaan.
Mosant jakoi ensin yttrium (III) oksidi kolmeen osaan, kaikki nimetty malmien mukaan: yttrium (iii) oksidi,Erbium (iii) oksidija terbiumoksidi. Terbiumoksidi koostui alun perin vaaleanpunaisesta osasta, koska elementti, joka tunnetaan nyt nimellä Erbium. ”Erbium (III) oksidi” (mukaan lukien se, jota nyt kutsumme terbiumiksi), oli alun perin olennaisesti väritön osa liuoksessa. Tämän elementin liukenematonta oksidia pidetään ruskeana.
Myöhemmät työntekijät tuskin pystyivät tarkkailemaan pientä väritöntä ”erbium (iii) oksidia”, mutta liukoista vaaleanpunaista osaa ei voitu sivuuttaa. Keskusteluja Erbium (III) -oksidin olemassaolosta on esiintynyt toistuvasti. Kaaoksessa alkuperäinen nimi käännettiin ja nimienvaihto oli jumissa, joten vaaleanpunainen osa lopulta mainittiin Erbiumia sisältäväksi liuokseksi (liuoksessa se oli vaaleanpunainen). Nyt uskotaan, että työntekijät, jotka käyttävät natriumbisulfaattia tai kaliumsulfaattiaCerium (iv) oksidiYttrium (III) oksidista ja muuttavat tahattomasti terbiumin sedimentiksi, joka sisältää ceriumia. Vain noin 1% alkuperäisestä yttrium (III) -oksidista, joka tunnetaan nykyään nimellä “terbium”, riittää kellertävän värin siirtämiseen yttriumin (III) oksidiin. Siksi terbium on toissijainen komponentti, joka alun perin se sisälsi, ja sitä hallitsevat sen välittömät naapurit, gadolinium ja dysprosium.
Jälkeenpäin aina, kun muut harvinaiset maametallit erotettiin tästä seoksesta, oksidin osuudesta riippumatta terbiumin nimi säilytettiin, kunnes lopulta terbiumin ruskea oksidi saatiin puhtaasti. 1800 -luvun tutkijat eivät käyttäneet ultraviolettifluoresenssitekniikkaa kirkkaan keltaisten tai vihreiden kyhmyjen (III) tarkkailuun, mikä helpottaa terbiumin tunnistamista kiinteissä seoksissa tai liuoksissa.
Elektronikokoonpano
Elektronikokoonpano:
1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D10 4P6 5S2 4D10 5P6 6S2 4F9
Terbiumin elektronikokoonpano on [XE] 6S24F9. Normaalisti vain kolme elektronia voidaan poistaa ennen kuin ydinvaraus muuttuu liian suureksi ionisoimiseksi, mutta terbiumin tapauksessa puoliksi täytetty terbiumi mahdollistaa neljännen elektronin ionisoinnin edelleen erittäin vahvojen hapettimien, kuten fluorikaasun, läsnä ollessa.
Terbium on hopeavalkoinen harvinainen maametalli, jolla on taipuisuus, sitkeys ja pehmeys, joka voidaan leikata veitsellä. Sulamispiste 1360 ℃, kiehumispiste 3123 ℃, tiheys 8229 4kg/m3. Verrattuna varhaiseen lantanidiin, se on suhteellisen vakaa ilmassa. Lantaanidin yhdeksäntenä elementtinä terbium on metalli, jolla on vahva sähkö. Se reagoi veden kanssa vedyn muodostamiseksi.
Luonnossa terbiumin ei ole koskaan todettu olevan vapaa elementti, josta pieni määrä on fosfocerium -toriumhiekassa ja gadoliniitissa. Terbium esiintyy samanaikaisesti muiden harvinaisten maametallien elementtien kanssa monasiittihiekassa, yleensä 0,03% terbiumipitoisuudella. Muita lähteitä ovat ksenotime ja musta harvinaiset kultamalmit, jotka molemmat ovat oksidien seoksia ja sisältävät jopa 1% terbiumia.
Soveltaminen
Terbiumin soveltamiseen sisältyy enimmäkseen korkean teknologian kenttiä, jotka ovat tekniikan intensiivisiä ja tietämysten intensiivisiä huippuluokan hankkeita sekä hankkeita, joilla on merkittäviä taloudellisia etuja, joilla on houkuttelevia kehitysmahdollisuuksia.
Tärkeimmät sovellusalueet sisältävät:
(1) käytetty sekoitettujen harvinaisten maametallien muodossa. Sitä käytetään esimerkiksi harvinaisena maametallilannoitteena ja syötteen lisäaineena maataloudelle.
(2) Vihreän jauheen aktivaattori kolmessa primaarisessa fluoresoivassa jauheessa. Nykyaikaiset optoelektroniset materiaalit vaativat kolmen fosforin perusvärin, nimittäin punaisen, vihreän ja sinisen, käyttöä, joita voidaan käyttää erilaisten värien syntetisoimiseen. Ja terbium on välttämätön komponentti monissa korkealaatuisissa vihreissä fluoresoivissa jauheissa.
(3) käytetään magneto -optisena säilytysmateriaalina. Amorfisia metalliterbiumsiirtymän metalliseoksen ohutkalvoja on käytetty korkean suorituskyvyn magneto-optisten levyjen valmistukseen.
(4) Magneto -optinen lasi. Terbiumia sisältävä Faraday -kiertolasit ovat avainmateriaali rotaattorien, eristysten ja kiertolaitteiden valmistukseen lasertekniikassa.
(5) Terbium dysprosium ferromagnetostriktiiviseoksen (terfenoli) kehittäminen ja kehittäminen on avannut uusia sovelluksia terbiumille.
Maatalouden ja karjankasvatuksen kannalta
Harvinainen maametalliterbium voi parantaa viljelykasvien laatua ja lisätä fotosynteesin nopeutta tietyssä pitoisuusalueella. Terbiumikomplekseilla on korkea biologinen aktiivisuus. Terbiumin, TB (Ala) 3Benim (CLO4) 3 · 3H2O: n (CLO4) 3 · 3H2O: n kolmikomplekseilla on hyvät antibakteeriset ja bakteerisidiset vaikutukset Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis ja Escherichia coli. Heillä on laaja antibakteerinen spektri. Tällaisten kompleksien tutkimus tarjoaa uuden tutkimussuunnan nykyaikaisille bakteereille.
Käytetään luminesenssin alalla
Nykyaikaiset optoelektroniset materiaalit vaativat kolmen fosforin perusvärin, nimittäin punaisen, vihreän ja sinisen, käyttöä, joita voidaan käyttää erilaisten värien syntetisoimiseen. Ja terbium on välttämätön komponentti monissa korkealaatuisissa vihreissä fluoresoivissa jauheissa. Jos harvinaisten maapallon väri -TV: n punaisen fluoresoivan jauheen syntymä on stimuloinut yttriumin ja europiumin kysyntää, harvinaisten maametallien levittäminen ja kehitys on edistänyt lamppujen kolmen primaarisen värien vihreän fluoresoivan jauheen. 1980-luvun alkupuolella Philips keksi maailman ensimmäisen kompaktin energiaa säästävän loisteputken ja edisti sitä nopeasti maailmanlaajuisesti. TB3+-ionit voivat lähettää vihreää valoa aallonpituudella 545 nm, ja melkein kaikki harvinaiset maametallit vihreät fosforit käyttävät terbiumia aktivaattorina.
Väri -TV -katodi -sädeputken (CRT) vihreä fosfori on aina perustunut sinkkisulfidiin, joka on halpaa ja tehokasta, mutta terbiumjauhetta on aina käytetty vihreänä fosforina projisointiarvojen väri -TV: lle, mukaan lukien Y2SIO5 ∶ TB3+, Y3 (AL, GA) 5O12 ∶ TB3+ja Laobr ∶ Tb3+. Kehitetään myös suuren näytön teräväpiirtotelevisio (HDTV), CRTS: lle kehitetään myös korkean suorituskyvyn vihreitä fluoresoivia jauheita. Esimerkiksi ulkomaille on kehitetty hybridi vihreä fluoresoiva jauhe, joka koostuu Y3 (AL, GA) 5O12: TB3+, LAOCL: TB3+ja Y2SIO5: TB3+, joilla on erinomainen luminesenssitehokkuus korkealla virrantiheydellä.
Perinteinen röntgenfluoresoiva jauhe on kalsium volgstate. 1970- ja 1980-luvuilla kehitettiin harvinaisia maapallon fosforeja, kuten terbium-aktivoitu rikki-lantanumioksidi, terbium-aktivoitu bromilanthanum-oksidi (vihreiden seulojen), terbiumin aktivoidun rikkijytriumin (III) oksidin jne. Verrattuna verrattuna 80-vuotiaana, harvinaisen maapallon fluoresoitua jauhetta, joka parantaa vuorokauden. Röntgenkuvien ratkaisu, pidentää röntgenputkien elinikäistä ja vähentää energiankulutusta. Terbiumia käytetään myös fluoresoivana jauheen aktivaattorina lääketieteellisille röntgenparannusnäytöille, jotka voivat parantaa huomattavasti röntgenmuunnoksen herkkyyttä optisiksi kuviksi, parantaa röntgenkalvojen selkeyttä ja vähentää huomattavasti ihmiskehon röntgenanalto-annosta (yli 50%).
Terbiumia käytetään myös aktivaattorina valkoisessa LED -fosforissa, joka herättää sinisen valon uudelle puolijohdevalaistukselle. Sitä voidaan käyttää terbiumin alumiinimagneto -optisten kidefosforien tuottamiseen, käyttämällä sinistä valoa, joka emittoi diodeja viritysvalonlähteinä, ja muodostettu fluoresenssi sekoitetaan viritysvalon kanssa puhdasta valkoista valoa.
Terbiumista valmistettuihin elektroluminesoiviin materiaaleihin sisältyy pääasiassa sinkkisulfidivihreä fosfori, jonka aktivaattori on terbium. Ultraviolettien säteilytyksessä terbiumin orgaaniset kompleksit voivat säteillä voimakasta vihreää fluoresenssia ja niitä voidaan käyttää ohutkalvojen elektroluminesoivina materiaaleina. Vaikka harvinaisten maametallien orgaanisten kompleksien elektroluminesenttien ohutkalvojen tutkimuksessa on tapahtunut merkittävää edistystä, käytännöllisyydestä on edelleen tietty aukko, ja harvinaisten maametallien orgaanisten kompleksien elektroluminesoivien ohutkalvojen ja laitteiden tutkimus on edelleen syvällinen.
Terbiumin fluoresenssiominaisuuksia käytetään myös fluoresenssikoettimina. Esimerkiksi loksasiiniterbium (TB3+) -fluoresenssikoetinta käytettiin tutkimaan loksasiiniterbium (TB3+) -kompleksin (DNA) välistä vuorovaikutusta fluoresenssispektrillä ja absorptiospektrillä, mikä osoittaa, että loksasiinin tb3+-koettimet voivat muodostaa uran sitoutumisen DNA -molekyylien kanssa ja DNA: n kanssa, ja DNA: n dna -kytkentä TB3+-järjestelmä. Tämän muutoksen perusteella DNA voidaan määrittää.
Magneto -optisiin materiaaleihin
Materiaaleja, joilla on Faraday-vaikutusta, joka tunnetaan myös nimellä magneto-optiset materiaalit, käytetään laajasti laserissa ja muissa optisissa laitteissa. Magneto -optisia materiaaleja on kahta yleistä tyyppiä: magneto -optiset kiteet ja magneto -optiset lasit. Niistä magneto-optisilla kiteillä (kuten yttriumrautagranaatti ja terbium gallium granaatti) on säädettävän käyttötaajuuden ja korkean lämpöstabiilisuuden edut, mutta ne ovat kalliita ja vaikeat valmistaa. Lisäksi monilla magneto-optisilla kiteillä, joilla on korkea Faraday-kiertokulma, on korkea absorptio lyhyellä aaltoalueella, mikä rajoittaa niiden käyttöä. Magneto -optisiin kiteisiin verrattuna magneto -optisella lasilla on korkea läpäisevyys, ja se on helppo tehdä suuriksi lohkoiksi tai kuiduiksi. Tällä hetkellä magneto-optiset lasit, joilla on korkea Faraday-vaikutus, ovat pääasiassa harvinaisia maametalli-ionin seostettuja laseja.
Käytetään magneto -optisiin säilytysmateriaaleihin
Viime vuosina multimedia- ja toimistoautomaation nopea kehityksen myötä uusien korkean kapasiteetin magneettikielien kysyntä on lisääntynyt. Amorfisia metalliterbiumsiirtymän metalliseoskalvoja on käytetty korkean suorituskyvyn magneto-optisten levyjen valmistukseen. Niistä TBFECO -seos ohutkalvolla on paras esitys. Terbiumpohjaisia magneto-optisia materiaaleja on tuotettu suuressa mittakaavassa, ja niistä valmistettuja magneto-optisia levyjä käytetään tietokoneen säilytyskomponentteina, ja säilytyskapasiteetti kasvaa 10-15 kertaa. Heillä on suuren kapasiteetin ja nopean pääsyn nopeuden edut, ja ne voidaan pyyhkiä ja päällystää kymmeniä tuhansia kertoja, kun niitä käytetään korkean tiheyden optisiin levyihin. Ne ovat tärkeitä materiaaleja sähköisen tiedon tallennustekniikassa. Yleisimmin käytetty magneto-optinen materiaali näkyvissä ja lähi-infrapunakaistaissa on terbium gallium-granaatti (TGG) yksi kide, joka on paras magneto-optinen materiaali Faraday-rotaattorien ja eristäjien valmistamiseksi.
Magneto -optiseen lasiin
Faradayn magneto -optisella lasilla on hyvä läpinäkyvyys ja isotropia näkyvissä ja infrapuna -alueilla, ja se voi muodostaa erilaisia monimutkaisia muotoja. Suurten tuotteiden tuottaminen on helppo ja se voidaan piirtää optisiin kuituihin. Siksi sillä on laajat sovellusnäkymät magneto -optisissa laitteissa, kuten magneto -optiset eristimet, magneto -optiset modulaattorit ja kuituoptiset virran anturit. Suuren magneettisen momentinsa ja pienen imeytymiskertoimen vuoksi näkyvällä ja infrapuna -alueella TB3+-ioneista on tullut yleisesti käytettyjä harvinaisia maametalli -ioneja magneto -optisissa lasissa.
Terbium dysprosium ferromagnetostriktive seos
1900 -luvun lopulla maailman tieteellisen ja teknologisen vallankumouksen syventäessä uusia harvinaisia maametallia koskevia materiaaleja nousee nopeasti. Vuonna 1984 Yhdysvaltojen Yhdysvaltojen Yhdysvaltojen energiaministeriön Ames -laboratorio Iowan osavaltion yliopisto ja Yhdysvaltain merivoimien pinta -aseiden tutkimuskeskus (myöhemmän vakiintuneen American Edge Technology Company (ET -REMA) tuli keskustasta) kehittivät yhdessä uuden harvinaisen maapallon älykkään materiaalin, nimittäin Terbum Dysprosium Iron -jättiläisen magnetostriktiivisen materiaalin. Tällä uudella älykkäällä materiaalilla on erinomaiset ominaisuudet muuntaa sähköenergia nopeasti mekaaniseksi energiaksi. Tästä jättiläisestä magnetostriktiivimateriaalista valmistetut vedenalaiset ja elektro-akustiset muuntimet on määritetty onnistuneesti merivoimien laitteisiin, öljykaivojen kaiuttimiin, melu- ja tärinänhallintajärjestelmiin sekä valtameren etsintä- ja maanalaisiin viestintäjärjestelmiin. Siksi heti kun terbium dysprosium rauta jättiläinen magnetostriktiivimateriaali syntyi, se sai laajaa huomiota teollisuusmaista ympäri maailmaa. Edge Technologies Yhdysvalloissa alkoi tuottaa terbiumin dysprisium -rautajättiläisiä magnetostriktiivisiä materiaaleja vuonna 1989 ja nimitti ne Terfenol D. Myöhemmin Ruotsin, Japanin, Venäjän, Yhdistyneen kuningaskunnan ja Australian kehittyessä myös terbiumin dysprosium -rauta jättiläismagnettostriktiiviset materiaalit.
Tämän materiaalin kehityksen historiasta Yhdysvalloissa sekä materiaalin keksintö että sen varhaiset monopolistiset sovellukset liittyvät suoraan sotilasteollisuuteen (kuten merivoimiin). Vaikka Kiinan armeija- ja puolustusosastot vahvistavat vähitellen heidän ymmärrystään tästä materiaalista. Kun Kiinan kattava kansallinen valta on lisääntynyt huomattavasti, sotilaallisen kilpailustrategian toteuttamisen vaatimukset 2000 -luvulla ja laitetason parantaminen ovat varmasti erittäin kiireellisiä. Siksi armeijan ja kansallisten puolustusosastojen terbium dysprosium -rautajättiläisten magnetostriktiomateriaalien laaja käyttö on historiallinen välttämättömyys.
Lyhyesti sanottuna terbiumin monet erinomaiset ominaisuudet tekevät siitä välttämättömän jäsenen monien funktionaalisten materiaalien ja korvaamattoman sijainnin joillakin sovelluskentällä. Terbiumin korkean hinnan vuoksi ihmiset ovat kuitenkin tutkineet terbiumin käytön välttämistä ja minimointia tuotantokustannusten vähentämiseksi. Esimerkiksi harvinaisten maametallien magneto-optisten materiaalien tulisi käyttää myös edullisia dysprosium-rautakoboltti- tai gadoliniumterbiumkoboltia niin paljon kuin mahdollista; Yritä vähentää terbiumin pitoisuutta vihreässä fluoresoivassa jauheessa, jota on käytettävä. Hinnasta on tullut tärkeä tekijä, joka rajoittaa terbiumin laajaa käyttöä. Mutta monet funktionaaliset materiaalit eivät voi tehdä ilman sitä, joten meidän on noudatettava periaatetta, jonka mukaan "hyvää terästä terällä" ja yritettävä säästää terbiumin käyttöä mahdollisimman paljon.
Viestin aika: heinäkuu-05-2023