Terbiumkuulub raskete kategooriasseharuldased muldmetallid, madala arvukusega Maa koorikus oli vaid 1,1 ppm. Terbiumoksiid moodustab vähem kui 0,01% kogu haruldaste muldmetallidest. Isegi kõrge yttrium-ioonitüübi raske haruldaste muldmetallide maagis, millel on kõige kõrgem terbiumi sisaldus, moodustab terbiumi sisaldus ainult 1,1–1,2% kogu haruldaste muldmetallide kogust, mis näitab, et see kuulub haruldaste muldmetallide elementide “üllas” kategooriasse. Üle 100 aasta jooksul pärast Terbiumi avastamist 1843. aastal on selle nappus ja väärtus takistanud selle praktilist rakendamist pikka aega. Alles viimase 30 aasta jooksul on Terbium näidanud oma ainulaadset talenti。
Ajaloo avastamine
Rootsi keemik Carl Gustaf Mosander avastas Terbiumi 1843. aastal. Ta leidis selle lisandid aastalYttrium (iii) oksiidjaY2O3. Yttrium on nimetatud Rootsis Ytterby küla järgi. Enne ioonvahetuse tehnoloogia tekkimist ei olnud terbium puhtal kujul isoleeritud.
Mosant jagas kõigepealt YTTrium (III) oksiid kolmeks osaks, mis kõik on nimetatud maagide järgi: yttrium (iii) oksiid,Erbium (III) oksiidja terbiumoksiid. Terbiumoksiid koosnes algselt roosast osast, kuna element, mida nüüd tuntakse erbiumina. “Erbium (III) oksiid” (sealhulgas see, mida me nüüd nimetame terbiumiks) oli algselt lahuse sisuliselt värvitu osa. Selle elemendi lahustumatut oksiidi peetakse pruuniks.
Hilisemad töötajad ei suutnud vaevalt jälgida pisikest värvitut “erbium (iii) oksiidi”, kuid lahustuvat roosat osa ei saanud ignoreerida. Erbiumi (III) oksiidi olemasolu arutelud on tekkinud korduvalt. Kaos oli algne nimi vastupidine ja nimede vahetamine takerdus, nii et roosat osa mainiti lõpuks kui Erbiumi sisaldavat lahendust (lahuses oli see roosa). Nüüd arvatakse, et töötajad, kes kasutavad naatriumbisulfaati või kaaliumsulfaatiCerium (IV) oksiidYTTRIUM (III) oksiidist ja muutke tahtmatult terbium setteks, mis sisaldab tseeriumi. Ainult umbes 1% algsest yttrium (III) oksiidist, mida nüüd tuntakse kui “terbium”, piisab Yttrium (III) oksiidi kollakasvärvi edastamiseks. Seetõttu on terbium sekundaarne komponent, mis seda algselt sisaldas, ja seda kontrollivad selle lähinaabrid Gadoliinium ja düsprosium.
Pärast seda, kui sellest segust eraldati muud haruldaste muldmetallide elemendid, sõltumata oksiidi osakaalust, säilitati terbiumi nimi, kuni lõpuks saadi terbiumi pruun oksiid puhtal kujul. 19. sajandi teadlased ei kasutanud erekollaste või roheliste sõlmede (III) jälgimiseks ultraviolettkiirguse fluorestsentsitehnoloogiat, muutes terbiumi tuvastamise tahketes segudes või lahustes lihtsamaks.
Elektronide konfiguratsioon
Elektronide konfiguratsioon:
1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D10 4P6 5S2 4D10 5P6 6S2 4F9
Terbiumi elektronide konfiguratsioon on [XE] 6S24F9. Tavaliselt saab eemaldada ainult kolm elektroni, enne kui tuumalaeng on liiga suureks ioniseerimiseks, kuid terbiumi puhul võimaldab pool täidetud terbium neljandat elektroni ioniseerida väga tugevate oksüdentide, näiteks fluorigaasi, juuresolekul.
Terbium on hõbedane valge haruldane metall, millel on elastsus, sitkus ja pehmus, mida saab noaga lõigata. Sulamispunkt 1360 ℃, keemispunkt 3123 ℃, tihedus 8229 4kg/m3. Võrreldes varase lantaniidiga on see õhus suhteliselt stabiilne. Lanthaniidi üheksanda elemendina on terbium tugeva elektriga metall. Vesiniku moodustamiseks reageerib see veega.
Looduses pole kunagi leitud, et terbium on vaba element, millest väike kogus eksisteerib fosfocerium tooriumi liiva ja gadoliniidi korral. Terbium eksisteerib koos teiste monasiitliiva haruldaste muldmetallide elementidega, üldiselt 0,03% terbiumi sisaldusega. Muud allikad on ksenotiim ja mustad haruldased kuldmaagid, mis mõlemad on oksiidide segud ja sisaldavad kuni 1% terbiumi.
Rakendus
Terbiumi rakendamine hõlmab enamasti kõrgtehnoloogilisi valdkondi, mis on tehnoloogia intensiivsed ja teadmiste intensiivsed tipptasemel projektid, samuti oluliste majanduslike eelistega projektidega, millel on atraktiivsed arenguväljavaated.
Peamised rakendusalad hõlmavad järgmist:
(1) kasutatakse segatud haruldaste muldmetallide kujul. Näiteks kasutatakse seda haruldaste muldmetallide ühendväetisena ja põllumajanduse sööda lisandina.
(2) Rohelise pulbri aktivaator kolmes primaarses fluorestsentspulbris. Kaasaegsed optoelektroonilised materjalid nõuavad kolme fosfori, nimelt punase, rohelise ja sinise kasutamist, mida saab kasutada erinevate värvide sünteesimiseks. Ja terbium on hädavajalik komponent paljudes kvaliteetsetes roheliste fluorestsentspulbrites.
(3) kasutatakse magneto optilise salvestusmaterjalina. Suure jõudlusega magneto-optiliste ketaste tootmiseks on kasutatud amorfseid metalli terbium-siirde metallisulami õhukeseid kileid.
(4) Magneto optilise klaasi tootmine. Terbiumit sisaldav Faraday pöörlev klaas on peamine materjal rotaatorite, isolaatori ja ringlejate tootmiseks lasertehnoloogias.
(5) Terbiumi düsprosium ferromagnetostriktiivse sulami (terfenool) väljatöötamine ja arendamine on avanud uusi rakendusi terbiumi jaoks.
Põllumajanduse ja loomakasvatuse jaoks
Haruldaste murdikirjade terbium võib parandada põllukultuuride kvaliteeti ja suurendada fotosünteesi kiirust teatud kontsentratsioonivahemikus. Terbiumi kompleksidel on kõrge bioloogiline aktiivsus. Terbiumi, TB (ALA) 3BENIM (CLO4) 3 · 3H2O kolmekompleksidel on hea antibakteriaalne ja bakteritsiidne toime Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis ja Escherichia coli. Neil on lai antibakteriaalne spekter. Selliste komplekside uurimine pakub tänapäevaste bakteritsiidsete ravimite jaoks uut uurimissuunda.
Kasutatakse luminestsentsi valdkonnas
Kaasaegsed optoelektroonilised materjalid nõuavad kolme fosfori, nimelt punase, rohelise ja sinise kasutamist, mida saab kasutada erinevate värvide sünteesimiseks. Ja terbium on hädavajalik komponent paljudes kvaliteetsetes roheliste fluorestsentspulbrites. Kui haruldase muinasjutulise televisiooni sündi punane fluorestsentspulber on stimuleerinud nõudlust yttriumi ja euroopiumi järele, on terbiumi kasutamist ja arengut soodustanud haruldaste muldmetallide kolme primaarvärvi roheline fluorestsentspulber lampidele. 1980ndate alguses leiutas Philips maailma esimese kompaktse energiasäästliku fluorestsentslampi ja propageeris seda kiiresti kogu maailmas. TB3+ioonid võivad eraldada rohelist tulet lainepikkusega 545nm ja peaaegu kõik haruldaste muldmetallide rohelised fosfoodid kasutavad aktivaatorina terbiumi.
Color Color TV Catood Ray Tube (CRT) roheline fosfor on alati põhinenud tsingisulfiidil, mis on odav ja tõhus, kuid terbiumipulbrit on alati kasutatud rohelise fosforina projektsioonivärvit TV jaoks, sealhulgas Y2SIO5 ∶ TB3+, Y3 (AL, GA) 5O12 ∶ TB3+ja LaoBR ∶ TB3. Suure ekraaniga kõrglahutusega televisiooni (HDTV) väljatöötamisega töötatakse välja ka CRT-de suure jõudlusega rohelise fluorestsentspulbrid. Näiteks on välismaal välja töötatud hübriidroheline fluorestsentspulber, mis koosneb Y3 (AL, GA) 5O12: TB3+, LaoCL: TB3+ja Y2SIO5: TB3+, millel on suurepärane luminestsentsi efektiivsus kõrge voolutiheduse korral.
Traditsiooniline röntgenikiirgusfluorestsentspulber on kaltsiumvärv. 1970ndatel ja 1980ndatel töötati välja intensiivistavate ekraanide haruldaste muldmetallide fosforid, näiteks terbiumiga aktiveeritud väävli lantaanoksiid, terbium-aktiveeritud broomi lantaanoksiid (roheliste ekraanide jaoks), terbium-aktiveeritud väävli yttrium (III) fluorence'i abil kaltsiumhäälvormi abil. Rarmega võrreldes kaltsiumivastane. 80%, parandage röntgenifilmide eraldusvõimet, pikendage röntgenitorude eluiga ja vähendage energiatarbimist. Terbiumit kasutatakse ka fluorestsentspulbri aktivaatorina meditsiiniliste röntgenikiirguse suurendamise ekraanide jaoks, mis võib oluliselt parandada röntgenikiirguse muundamise tundlikkust optilisteks piltideks, parandada röntgenikiliks selgust ja vähendada suuresti röntgenkiirte kokkupuuteannust inimkehale (rohkem kui 50%).
Terbiumit kasutatakse ka aktivaatorina valges LED -fosforis, mis ergastab sinise valguse poolt uue pooljuhtide valgustuse jaoks. Seda saab kasutada terbiumi alumiiniummagneto optiliste kristallfosforite tootmiseks, kasutades ergutusvalguse allikatena sinist valgust kiirgavaid dioode, ja genereeritud fluorestsents segatakse ergutusvalgusega, et saada puhast valget valgust.
Terbiumist valmistatud elektroluminestsentsmaterjalid hõlmavad peamiselt tsinksulfiidirohelist fosforit, mille aktivaator on terbium. Ultraviolettkiirguse kiiritamise korral võivad terbiumi orgaanilised kompleksid eraldada tugevat rohelist fluorestsentsi ja neid saab kasutada õhukese kilega elektroluminestsentsmaterjalidena. Ehkki haruldaste muldmetallide orgaaniliste komplekside elektroluminestsentsitud õhukeste kilede uurimisel on tehtud olulisi edusamme, on praktilisusest siiski teatav lõhe ning haruldaste muldmetallide orgaaniliste komplekside elektroluminestsentsitud õhukeste kilede ja seadmete uurimine on endiselt põhjalik.
Terbiumi fluorestsentsomadusi kasutatakse ka fluorestsentsondidena. Näiteks ofloksatsiini terbiumi (TB3+) fluorestsentsondit kasutati ofloksatsiini terbiumi (TB3+) kompleksi ja DNA (DNA) interaktsiooni uurimiseks fluorestsentsspektri ja neeldumisspektri abil, mis näitab, et ofloksatsiini TB3+probe võib moodustada varikausiga ja DNA -d siduda DNA -ga. TB3+süsteem. Selle muudatuse põhjal saab kindlaks teha DNA.
Magneto optiliste materjalide jaoks
Faraday efektiga materjale, mida tuntakse ka kui magneto-optilisi materjale, kasutatakse laialdaselt laserites ja muudes optilistes seadmetes. Magneto optilisi materjale on kahte tüüpi: magneto optilised kristallid ja magneto optiline klaas. Nende hulgas on magneto-optilistel kristallidel (näiteks yttrium raua granaat ja terbium gallium granaat) reguleeritava töösageduse ja kõrge termilise stabiilsuse eelised, kuid need on kallid ja seda on keeruline valmistada. Lisaks on paljudel kõrge Faraday pöörlemisnurgaga magneto-optilistel kristallidel kõrge imendumine lühikese laine vahemikus, mis piirab nende kasutamist. Võrreldes magneto optiliste kristallidega on magneto optilise klaasi eeliseks kõrge läbilaskvus ja seda on lihtne teha suurteks plokkideks või kiududeks. Praegu on kõrge faraday efektiga magneto-optilised klaasid peamiselt haruldaste ioonide legeeritud klaasid.
Kasutatakse magneto optiliste ladustamismaterjalide jaoks
Viimastel aastatel, multimeedium- ja kontoriautomaatika kiire arenguga, on kasvanud nõudlus uute suure võimsusega magnetiliste ketaste järele. Suure jõudlusega magneto-optiliste ketaste valmistamiseks on kasutatud amorfseid metalli terbium-siirde metallisulami kileid. Nende hulgas on TBFECO Allay Thin Filmil parim esinemine. Terbiumipõhiseid magneto-optilisi materjale on toodetud suures mahus ja nendest valmistatud magneto-optilisi plaate kasutatakse arvutisalvestuskomponentidena, salvestusmaht suureneb 10-15 korda. Neil on suure mahutavuse ja kiire juurdepääsu kiiruse eelised ning neid saab suure tihedusega optiliste ketaste jaoks kümneid tuhandeid kordi pühkida. Need on olulised materjalid elektroonilise teabe ladustamise tehnoloogias. Kõige sagedamini kasutatav magneto-optiline materjal nähtavates ja infrapuna ribades on terbium gallium granaat (TGG) ühekristall, mis on parim magneto-optiline materjal Faraday rotaatorite ja isolaatori valmistamiseks.
Magneto optilise klaasi jaoks
Faraday magneto optilise klaasi on hea läbipaistvus ja isotroopia nähtavates ja infrapunapiirkondades ning see võib moodustada mitmesuguseid keerulisi kujusid. Suuremahulisi tooteid on lihtne toota ja seda saab tõmmata optilisteks kiududeks. Seetõttu on sellel laialdased rakenduse väljavaated magneto optilistes seadmetes, nagu magneto optilised isolaatorid, magneto optilised modulaatorid ja kiudoptilised voolu andurid. Suure magnetilise momendi ja väikese neeldumisteguri tõttu nähtavas ja infrapunavahemikus on TB3+ioonid muutunud magneto optiliste klaasides tavaliselt haruldaste muldmetallide ioonide kasutamiseks.
Terbiumi düsprosium ferromagnetostriktiivne sulam
20. sajandi lõpus, koos maailma teadusliku ja tehnoloogilise revolutsiooni süvenemisega, tekivad kiiresti uued haruldaste muldmetallide rakendatud materjalid. 1984. aastal, Ameerika Ühendriikide Ameerika Ühendriikide Iowa Riikliku Ülikooli, Ameerika Ühendriikide Ameerika Ühendriikide energeetikaosakonna laboratoorium ja USA mereväe Surface Relvade uurimiskeskus (hilisema asutatud Ameerika Edge Technology Company (ET Rema) peamised töötajad) arendas ühiselt uue haruldase muldmetalli nutika materjali, nimelt Terbium DysProsium rauast hiiglaslik materjal. Sellel uuel nutikatel materjalil on suurepärased omadused elektrienergia kiireks muundamiseks mehaaniliseks energiaks. Sellest hiiglaslikust magnetostriktiivsest materjalist valmistatud veealused ja elektroakustilised muundurid on edukalt konfigureeritud mereväeseadmetes, naftakaevude tuvastamise kõlarites, müra- ja vibratsioonikontrollisüsteemides ning ookeanide uurimisel ja maa-aluste sidesüsteemides. Seetõttu, niipea kui Terbiumi düsprosiumi rauahiiglane magnetostriktiivne materjal sündis, pälvis see laialt levinud tähelepanu tööstusriikidelt kogu maailmas. Ameerika Ühendriikide Edge Technologies hakkasid 1989. aastal tootma terbiumi düsprosiumi hiiglaslikke magnetostriktiivseid materjale ja nimetasid neid Terfenol D. hiljem arendasid Rootsi, Jaapani, Venemaa, Ühendkuningriigi ja Austraalia välja ka terbiumi düsprosium -rauast hiiglaslikud magnetostriktiivsed materjalid.
Selle materjali arengu ajaloost Ameerika Ühendriikides on nii materjali leiutamine kui ka selle varased monopolistlikud rakendused otseselt seotud sõjaväelise tööstuse (näiteks merevägi). Kuigi Hiina sõjaväe- ja kaitseosakonnad tugevdavad järk -järgult oma arusaamist sellest materjalist. Pärast Hiina terviklikku riiklikku võimu on aga märkimisväärselt suurenenud nõuded 21. sajandi sõjalise konkurentsistrateegia realiseerimise ja seadmete taseme parandamise nõuded kindlasti väga kiireloomulised. Seetõttu on ajalooline vajadus terbiumi düsprosiumi rauast hiiglaslike magnetostriktiivsete materjalide laialdane kasutamine.
Lühidalt öeldes muudavad Terbiumi paljud suurepärased omadused paljude funktsionaalsete materjalide asendamatu liikme ja mõnes rakendusväljas asendamatu positsiooni. Terbiumi kõrge hinna tõttu on inimesed uurinud, kuidas vältida ja minimeerida terbiumi kasutamist tootmiskulude vähendamiseks. Näiteks peaksid haruldaste muldmetallide magneto-optilised materjalid kasutama nii palju kui võimalik odavat düsprosiumkoobalti või gadoliinium terbiumkoobalti; Proovige vähendada terbiumi sisaldust rohelises fluorestsentspulbris, mida tuleb kasutada. Hind on muutunud oluliseks teguriks, mis piirab terbiumi laialdast kasutamist. Kuid paljud funktsionaalsed materjalid ei saa ilma selleta hakkama, nii et peame järgima põhimõtet, mille abil kasutatakse teral hea terase kasutamist ja proovima päästa terbiumi kasutamist nii palju kui võimalik.
Postiaeg: juuli-05-2023