Terbiumkuuluu raskaiden harvinaisten maametallien luokkaan, ja maankuoressa on alhainen määrä, vain 1,1 ppm.TerbiumoksidiNiiden osuus harvinaisten maametallien kokonaismäärästä on alle 0,01 %. Jopa korkean yttriumionityypin raskaassa harvinaisen maametallin malmissa, jossa on korkein terbiumpitoisuus, terbiumpitoisuus on vain 1,1-1,2 % kokonaismäärästä.harvinainen maametalli, mikä osoittaa, että se kuuluu "jalo" -luokkaanharvinainen maametallielementtejä. Yli 100 vuoden ajan terbiumin löytämisestä vuonna 1843 sen niukkuus ja arvo ovat estäneet sen käytännön soveltamisen pitkään. Se on tapahtunut vasta viimeisen 30 vuoden aikanaterbiumon osoittanut ainutlaatuisen kykynsä.
Historian löytäminen
Ruotsalainen kemisti Carl Gustaf Mosander löysi terbiumin vuonna 1843. Hän löysi sen epäpuhtaudetyttriumoksidijaY2O3. yttriumon nimetty Ruotsin Itbyn kylän mukaan. Ennen ioninvaihtoteknologian syntyä terbiumia ei eristetty puhtaassa muodossaan.
Mossander jakoi ensinyttriumoksidikolmeen osaan, jotka kaikki on nimetty malmien mukaan:yttriumoksidi, erbiumoksidi, jaterbiumoksidi. Terbiumoksidikoostui alun perin vaaleanpunaisesta osasta johtuen elementistä, joka tunnetaan nykyään nimelläerbium. Erbiumoksidi(mukaan lukien se, mitä nyt kutsumme terbiumiksi) oli alun perin väritön osa liuoksessa. Tämän alkuaineen liukenematonta oksidia pidetään ruskeana.
Myöhemmin työntekijöiden oli vaikea havaita pieniä värittömiä "erbiumoksidi", mutta liukoista vaaleanpunaista osaa ei voida jättää huomiotta. Keskustelu olemassaolostaerbiumoksidion toistuvasti ilmaantunut. Kaaoksessa alkuperäinen nimi käännettiin ja nimien vaihto jumissa, joten vaaleanpunainen osa mainittiin lopulta erbiumia sisältävänä liuoksena (liuoksessa se oli vaaleanpunainen). Nykyään uskotaan, että työntekijät, jotka käyttävät natriumdisulfidia tai kaliumsulfaattia ceriumdioksidin poistamiseenyttriumoksidikääntyä tahattomastiterbiumceriumia sisältäviin sakkoihin. Tällä hetkellä tunnetaan nimellä'terbium', vain noin 1 % alkuperäisestäyttriumoksidion läsnä, mutta tämä riittää välittämään vaaleankeltaisen värinyttriumoksidi. Siksiterbiumon toissijainen komponentti, joka sisälsi sen alun perin, ja sen välittömät naapurit hallitsevat sitä,gadoliniumjadysprosium.
Jälkeenpäin aina kun muuallaharvinainen maametallialkuaineet erotettiin tästä seoksesta riippumatta oksidin suhteesta, terbiumin nimi säilytettiin, kunnes lopulta ruskea oksiditerbiumsaatiin puhtaassa muodossa. 1800-luvun tutkijat eivät käyttäneet ultraviolettifluoresenssitekniikkaa kirkkaan keltaisten tai vihreiden kyhmyjen (III) havainnointiin, mikä helpotti terbiumin tunnistamista kiinteissä seoksissa tai liuoksissa.
Elektronien konfigurointi
Sähköinen asettelu:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
Sähköinen järjestelyterbiumon [Xe] 6s24f9. Normaalisti vain kolme elektronia voidaan poistaa ennen kuin ydinvaraus tulee liian suureksi ionisoitavaksi. Kuitenkin tapauksessaterbium, puoliksi täytettyterbiummahdollistaa neljännen elektronin lisäionisoinnin erittäin vahvan hapettimen, kuten fluorikaasun, läsnä ollessa.
Metalli
Terbiumon hopeanvalkoinen harvinainen maametalli, jolla on sitkeys, sitkeys ja pehmeys, joka voidaan leikata veitsellä. Sulamispiste 1360 ℃, kiehumispiste 3123 ℃, tiheys 8229 4kg/m3. Varhaisiin lantanidielementteihin verrattuna se on suhteellisen vakaa ilmassa. Lantanidielementtien yhdeksäs alkuaine, terbium, on erittäin varautunut metalli, joka reagoi veden kanssa muodostaen vetykaasua.
Luonnossa,terbiumei ole koskaan havaittu olevan vapaa alkuaine, jota esiintyy pieniä määriä fosforipitoisessa cerium-toriumhiekassa ja piiberyllium-yttriummalmissa.Terbiumesiintyy rinnakkain muiden harvinaisten maametallien kanssa monatsiittihiekassa, ja sen terbiumpitoisuus on yleensä 0,03 %. Muita lähteitä ovat yttriumfosfaatti ja harvinaisten maametallien kulta, jotka molemmat ovat oksidien seoksia, jotka sisältävät enintään 1 % terbiumia.
Sovellus
Sovellusterbiumenimmäkseen korkean teknologian aloja, jotka ovat teknologia- ja osaamisintensiivisiä huippuprojekteja sekä merkittäviä taloudellisia etuja tuottavia hankkeita, joilla on houkuttelevat kehitysnäkymät.
Pääsovellusalueita ovat:
(1) Käytetään harvinaisten maametallien sekoitettuna. Sitä käytetään esimerkiksi harvinaisten maametallien yhdistelmälannoitteena ja rehun lisäaineena maataloudessa.
(2) Aktivaattori vihreälle jauheelle kolmessa ensisijaisessa fluoresoivassa jauheessa. Nykyaikaiset optoelektroniset materiaalit edellyttävät kolmen loisteaineen perusvärin, punaisen, vihreän ja sinisen, käyttöä, joita voidaan käyttää erilaisten värien syntetisoimiseen. Jaterbiumon välttämätön komponentti monissa korkealaatuisissa vihreissä fluoresoivissa jauheissa.
(3) Käytetään magneetti-optisena tallennusmateriaalina. Amorfisia metalliterbium-siirtymämetalliseoksia ohuita kalvoja on käytetty korkean suorituskyvyn optisten magnetolevyjen valmistukseen.
(4) Magneto-optisen lasin valmistus. Terbiumia sisältävä Faradayn pyörivä lasi on avainmateriaali lasertekniikan rotaattorien, isolaattorien ja kierrätyspumppujen valmistuksessa.
(5) Terbium-dysprosium-ferromagnetostriktiivisen lejeeringin (TerFenol) kehittäminen ja kehittäminen on avannut uusia sovelluksia terbiumille.
Maatalouteen ja karjanhoitoon
Harvinainen maametalliterbiumvoi parantaa sadon laatua ja lisätä fotosynteesin nopeutta tietyllä pitoisuusalueella. Terbiumin komplekseilla on korkea biologinen aktiivisuus ja kolmikomponenttisilla komplekseillaterbium, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, niillä on hyvät antibakteeriset ja bakterisidiset vaikutukset Staphylococcus aureukseen, Bacillus subtilisiin ja Escherichia coliin, ja niillä on laajakirjoisia antibakteerisia ominaisuuksia. Näiden kompleksien tutkimus tarjoaa uuden tutkimussuunnan nykyaikaisille bakterisidisille lääkkeille.
Käytetään luminesenssin alalla
Nykyaikaiset optoelektroniset materiaalit edellyttävät kolmen loisteaineen perusvärin, punaisen, vihreän ja sinisen, käyttöä, joita voidaan käyttää erilaisten värien syntetisoimiseen. Ja terbium on välttämätön komponentti monissa korkealaatuisissa vihreissä fluoresoivissa jauheissa. Jos syntymän harvinaisten maametallien väri-TV punainen fluoresoiva jauhe on lisännyt kysyntääyttriumjaeuropium, sitten terbiumin käyttöä ja kehittämistä ovat edistäneet harvinaisten maametallien kolmen päävärin vihreä fluoresoiva jauhe lampuille. 1980-luvun alussa Philips keksi maailman ensimmäisen kompaktin energiaa säästävän loistelampun ja levitti sitä nopeasti maailmanlaajuisesti. Tb3+-ionit voivat lähettää vihreää valoa, jonka aallonpituus on 545 nm, ja lähes kaikki harvinaisten maametallien vihreät fluoresoivat jauheet käyttävätterbium, aktivaattorina.
Väritelevision katodisädeputkissa (CRT) käytetty vihreä fluoresoiva jauhe on aina perustunut pääasiassa halvaan ja tehokkaaseen sinkkisulfidiin, mutta väritelevision vihreänä jauheena on aina käytetty terbiumjauhetta, kuten Y2SiO5: Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5012: Tb3+ ja LaOBr: Tb3+. Suurinäyttöisen teräväpiirtotelevision (HDTV) kehittämisen myötä kehitetään myös korkean suorituskyvyn vihreitä fluoresoivia jauheita CRT-laitteita varten. Esimerkiksi ulkomailla on kehitetty hybridi vihreä fluoresoiva jauhe, joka koostuu Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+ ja Y2SiO5: Tb3+, joilla on erinomainen luminesenssitehokkuus suurella virrantiheydellä.
Perinteinen röntgenfluoresoiva jauhe on kalsiumvolframaattia. 1970- ja 1980-luvuilla kehitettiin harvinaisten maametallien fluoresoivia jauheita herkistysnäytöille, kuten esim.terbium,aktivoitu lantaanisulfidioksidi, terbiumaktivoitu lantaanibromidioksidi (vihreille näytöille) ja terbiumaktivoitu yttriumsulfidioksidi. Kalsiumvolframiin verrattuna harvinaisten maametallien fluoresoiva jauhe voi lyhentää potilaiden röntgensäteilytysaikaa 80 %, parantaa röntgenfilmien resoluutiota, pidentää röntgenputkien käyttöikää ja vähentää energiankulutusta. Terbiumia käytetään myös fluoresoivana jauheaktivaattorina lääketieteellisissä röntgensäteiden tehostusnäytöissä, mikä voi parantaa huomattavasti röntgensäteen muuntamisen herkkyyttä optisiksi kuviksi, parantaa röntgenfilmien selkeyttä ja vähentää huomattavasti röntgensäteilyn altistusannosta. säteet ihmiskehoon (yli 50 %).
TerbiumKäytetään myös aktivoijana sinisellä valolla virittyneessä valkoisessa LED-loisteaineessa uuteen puolijohdevalaistukseen. Sitä voidaan käyttää terbium-alumiinimagneettisten optisten kideloisteaineiden valmistukseen käyttämällä sinisiä valodiodeja viritysvalonlähteinä, ja syntynyt fluoresenssi sekoitetaan viritysvaloon puhtaan valkoisen valon tuottamiseksi.
Terbiumista valmistetut elektroluminesoivat materiaalit sisältävät pääasiassa sinkkisulfidin vihreää fluoresoivaa jauhettaterbiumaktivaattorina. Ultraviolettisäteilyssä terbiumin orgaaniset kompleksit voivat säteillä voimakasta vihreää fluoresenssia ja niitä voidaan käyttää ohuina kalvoina elektroluminesoivina materiaaleina. Vaikka tutkimuksessa on edistytty merkittävästiharvinainen maametalliorgaanisten monimutkaisten elektroluminesoivien ohutkalvojen, käytännöllisyydestä on vielä tietty ero, ja harvinaisten maametallien orgaanisten kompleksisten elektroluminesoivien ohutkalvojen ja laitteiden tutkimus on edelleen syvällistä.
Terbiumin fluoresenssiominaisuuksia käytetään myös fluoresenssikoettimina. Ofloksasiiniterbium (Tb3+) -kompleksin ja deoksiribonukleiinihapon (DNA) välistä vuorovaikutusta tutkittiin käyttämällä fluoresenssi- ja absorptiospektrejä, kuten ofloksasiiniterbiumin (Tb3+) fluoresenssikoetinta. Tulokset osoittivat, että ofloksasiini Tb3+ -koetin voi muodostaa urasitoutumisen DNA-molekyyleihin ja deoksiribonukleiinihappo voi merkittävästi parantaa ofloksasiini Tb3+ -järjestelmän fluoresenssia. Tämän muutoksen perusteella voidaan määrittää deoksiribonukleiinihappo.
Magnetooptisille materiaaleille
Faraday-vaikutteisia materiaaleja, jotka tunnetaan myös nimellä magneto-optiset materiaalit, käytetään laajalti lasereissa ja muissa optisissa laitteissa. Magnetooptisia materiaaleja on kahta yleistä: magnetooptiset kiteet ja magnetooptinen lasi. Niistä magneto-optisilla kiteillä (kuten yttrium-rautagranaatti ja terbiumgalliumgranaatti) on säädettävä toimintataajuus ja korkea lämpöstabiilisuus, mutta ne ovat kalliita ja vaikeita valmistaa. Lisäksi monilla magneto-optisilla kiteillä, joilla on korkea Faraday-kiertokulma, on korkea absorptio lyhyellä aaltoalueella, mikä rajoittaa niiden käyttöä. Magnetooptisiin kiteisiin verrattuna optisen magnetolasin etuna on korkea läpäisykyky ja se on helppo tehdä suuriksi lohkoiksi tai kuiduiksi. Tällä hetkellä korkean Faraday-efektin omaavat magneto-optiset lasit ovat pääasiassa harvinaisten maametallien ioneilla seostettuja laseja.
Käytetään magneto-optisiin tallennusmateriaaleihin
Viime vuosina multimedian ja toimistoautomaation nopean kehityksen myötä uusien suurikapasiteettisten magneettilevyjen kysyntä on kasvanut. Amorfisia metalliterbium-siirtymämetalliseoksia ohuita kalvoja on käytetty korkean suorituskyvyn optisten magnetolevyjen valmistukseen. Niistä TbFeCo-seosohutkalvolla on paras suorituskyky. Terbiumpohjaisia magneto-optisia materiaaleja on tuotettu suuressa mittakaavassa ja niistä valmistettuja magneto-optisia levyjä käytetään tietokoneen tallennuskomponentteina, joiden tallennuskapasiteetti on kasvanut 10-15-kertaiseksi. Niiden etuna on suuri kapasiteetti ja nopea pääsynopeus, ja ne voidaan pyyhkiä ja pinnoittaa kymmeniä tuhansia kertoja, kun niitä käytetään suuritiheyksisille optisille levyille. Ne ovat tärkeitä materiaaleja sähköisessä tiedontallennustekniikassa. Yleisimmin käytetty magneto-optinen materiaali näkyvällä ja lähi-infrapunakaistalla on Terbium Gallium Garnet (TGG) -yksikide, joka on paras magneto-optinen materiaali Faradayn rotaattorien ja isolaattorien valmistukseen.
Magneto-optiselle lasille
Faradayn magneto-optisella lasilla on hyvä läpinäkyvyys ja isotropia näkyvällä ja infrapuna-alueella, ja se voi muodostaa erilaisia monimutkaisia muotoja. Siitä on helppo valmistaa suurikokoisia tuotteita ja se voidaan vetää optisiin kuituihin. Siksi sillä on laajat sovellusmahdollisuudet magnetooptisissa laitteissa, kuten magneetti-optisissa isolaattoreissa, magnetooptisissa modulaattoreissa ja kuituoptisissa virta-antureissa. Suuren magneettimomenttinsa ja pienen absorptiokertoimensa ansiosta näkyvällä ja infrapuna-alueella Tb3+-ioneista on tullut yleisesti käytettyjä harvinaisten maametallien ioneja magnetooptisissa laseissa.
Terbium dysprosium ferromagnetostriktiivinen metalliseos
1900-luvun lopulla maailman teknologisen vallankumouksen jatkuvan syvenemisen myötä uusia harvinaisten maametallien käyttömateriaaleja ilmaantui nopeasti. Vuonna 1984 Iowa State University, Yhdysvaltain energiaministeriön Amesin laboratorio ja US Navy Surface Weapons Research Center (josta myöhemmin perustetun Edge Technology Corporationin (ET REMA) päähenkilöstö tuli) tekivät yhteistyötä kehittääkseen uuden harvinaisen älykäs maamateriaali, nimittäin terbiumdysprosium, ferromagneettinen magnetostriktiivinen materiaali. Tällä uudella älykkäällä materiaalilla on erinomaiset ominaisuudet muuttaa sähköenergia nopeasti mekaaniseksi energiaksi. Tästä jättimäisestä magnetostriktiivisesta materiaalista valmistetut vedenalaiset ja sähköakustiset muuntimet on konfiguroitu onnistuneesti laivaston laitteisiin, öljylähteiden ilmaisinkaiuttimiin, melun- ja tärinänhallintajärjestelmiin sekä valtamerten tutkimus- ja maanalaisiin viestintäjärjestelmiin. Siksi heti kun terbium dysprosium -rauta jättimäinen magnetostriktiivinen materiaali syntyi, se sai laajaa huomiota teollisuusmaissa ympäri maailmaa. Edge Technologies Yhdysvalloissa aloitti terbium-dysprosium-raudan jättimäisten magnetostriktiivisten materiaalien valmistamisen vuonna 1989 ja nimesi ne Terfenol D:ksi. Myöhemmin Ruotsi, Japani, Venäjä, Iso-Britannia ja Australia kehittivät myös terbium dysprosium-rauta jättimäisiä magnetostriktiivisia materiaaleja.
Tämän materiaalin kehityksen historiasta Yhdysvalloissa sekä materiaalin keksiminen että sen varhaiset monopolistiset sovellukset liittyvät suoraan sotateollisuuteen (kuten laivasto). Vaikka Kiinan sotilas- ja puolustusosastot vahvistavat vähitellen ymmärrystään tästä materiaalista. Kiinan kokonaisvaltaisen kansallisen vahvuuden merkittävän lisääntyessä 2000-luvun sotilaallisen kilpailustrategian saavuttaminen ja varustetasojen parantaminen ovat kuitenkin erittäin kiireellisiä. Siksi terbium-dysprosium-raudan jättimäisten magnetostriktiivisten materiaalien laaja käyttö sotilas- ja maanpuolustusosastoissa on historiallinen välttämättömyys.
Lyhyesti sanottuna monia erinomaisia ominaisuuksiaterbiumtekevät siitä välttämättömän osan monissa toiminnallisissa materiaaleissa ja korvaamattoman aseman joillakin sovellusalueilla. Terbiumin korkean hinnan vuoksi ihmiset ovat kuitenkin tutkineet, kuinka vältetään ja minimoidaan terbiumin käyttöä tuotantokustannusten alentamiseksi. Esimerkiksi harvinaisten maametallien magneto-optisten materiaalien tulisi myös käyttää edullisiadysprosiumrautaakobolttia tai gadoliniumterbiumkobolttia niin paljon kuin mahdollista; Yritä vähentää käytettävän vihreän fluoresoivan jauheen terbiumpitoisuutta. Hinnasta on tullut tärkeä yleistä käyttöä rajoittava tekijäterbium. Mutta monet toiminnalliset materiaalit eivät tule toimeen ilman sitä, joten meidän on noudatettava periaatetta "käyttää hyvää terästä terässä" ja yritettävä säästääterbiumniin paljon kuin mahdollista.
Postitusaika: 25.10.2023