Terbiumkuulub raskete haruldaste muldmetallide kategooriasse, mille sisaldus maakoores on madal, vaid 1,1 ppm.Terbiumoksiidmoodustab vähem kui 0,01% haruldaste muldmetallide koguhulgast. Isegi kõrge ütriumiooni sisaldusega rasketes haruldaste muldmetallide maakides, millel on kõrgeim terbiumisisaldus, moodustab terbiumisisaldus koguhulgast vaid 1,1–1,2%.haruldane muld, mis näitab, et see kuulub "üllasse" kategooriasseharuldane muldelemente. Alates terbiumi avastamisest 1843. aastal on selle nappus ja väärtus enam kui 100 aasta jooksul takistanud selle praktilist rakendamist. Alles viimase 30 aasta jooksul onterbiumon näidanud oma ainulaadset annet.
Ajaloo avastamine
Rootsi keemik Carl Gustaf Mosander avastas terbiumi 1843. aastal. Ta avastas selle lisandidütriumoksiidjaY2O3. Ütriumon nime saanud Rootsis asuva Itby küla järgi. Enne ioonvahetustehnoloogia tekkimist ei eraldatud terbiumi puhtal kujul.
Mossander jagas esimesenaütriumoksiidkolmeks osaks, mis kõik on nimetatud maakide järgi:ütriumoksiid, erbiumoksiidjaterbiumoksiid. Terbiumoksiidkoosnes algselt roosast osast, mis on tingitud elemendist, mida nüüd tuntakse kuierbium. Erbiumoksiid(sealhulgas see, mida me praegu nimetame terbiumiks) oli algselt värvitu osa lahuses. Selle elemendi lahustumatut oksiidi peetakse pruuniks.
Hilisematel töölistel oli raske jälgida pisikest värvitut „erbiumoksiid„, aga lahustuvat roosat osa ei saa ignoreerida. Arutelu selle olemasolu üleerbiumoksiidon korduvalt esile kerkinud. Kaoses muudeti algne nimi vastupidiseks ja nimede vahetamine jäi toppama, nii et roosat osa mainiti lõpuks erbiumi sisaldava lahusena (lahuses oli see roosa). Nüüd arvatakse, et töötajad, kes kasutavad tseeriumdioksiidi eemaldamiseks naatriumdisulfiidi või kaaliumsulfaatiütriumoksiidtahtmatult pööramaterbiumtseeriumi sisaldavateks sademeteks. Praegu tuntud kui "terbium', ainult umbes 1% originaalistütriumoksiidon olemas, kuid sellest piisab helekollase värvuse edastamiseksütriumoksiidSeegaterbiumon sekundaarne komponent, mis seda algselt sisaldas, ja seda kontrollivad selle vahetud naabrid,gadoliiniumjadüsproosium.
Hiljem, alati kui muul ajalharuldane muldelemendid eraldati sellest segust, olenemata oksiidi osakaalust, terbiumi nime säilitati kuni lõpuks pruuni oksiidiniterbiumsaadi puhtal kujul. 19. sajandi teadlased ei kasutanud ultraviolettfluorestsentstehnoloogiat erekollaste või roheliste sõlmede (III) vaatlemiseks, mis hõlbustas terbiumi äratundmist tahketes segudes või lahustes.
Elektronkonfiguratsioon
Elektrooniline paigutus:
1s2 2s2 2p6 3p2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
Elektrooniline paigutusterbiumon [Xe] 6s24f9. Tavaliselt saab enne tuumalaengu edasist ioniseerimist liiga suureks muutumist eemaldada ainult kolm elektroni. Kuid juhul, kuiterbium, pooleldi täidetudterbiumvõimaldab neljanda elektroni edasist ionisatsiooni väga tugeva oksüdeerija, näiteks fluorgaasi juuresolekul.
Metall
Terbiumon hõbevalge haruldane muldmetall, millel on venivus, sitkus ja pehmus ning mida saab noaga lõigata. Sulamistemperatuur 1360 ℃, keemistemperatuur 3123 ℃, tihedus 8229 4 kg/m3. Võrreldes varajaste lantaniidelementidega on see õhus suhteliselt stabiilne. Lantanoidelementide üheksas element, terbium, on tugevalt laetud metall, mis reageerib veega, moodustades vesinikgaasi.
Loodusesterbiumpole kunagi leitud vaba elemendina, seda leidub väikestes kogustes fosfortseerium-tooriumliivas ja räniberülliumistrium-ütriumimaagis.Terbiumesineb monasiitliivas koos teiste haruldaste muldmetallidega, terbiumisisaldusega üldiselt 0,03%. Teiste allikate hulka kuuluvad ütriumfosfaat ja haruldaste muldmetallide kuld, mis mõlemad on oksiidide segud, mis sisaldavad kuni 1% terbiumi.
Taotlus
Kohaldamineterbiumhõlmab enamasti kõrgtehnoloogilisi valdkondi, mis on tehnoloogia- ja teadmistemahukad tipptasemel projektid, aga ka märkimisväärse majandusliku kasuga projekte, millel on atraktiivsed arenguväljavaated.
Peamised rakendusvaldkonnad hõlmavad järgmist:
(1) Kasutatakse haruldaste muldmetallide segu kujul. Näiteks kasutatakse seda haruldaste muldmetallide kompleksväetisena ja söödalisandina põllumajanduses.
(2) Rohelise pulbri aktivaator kolmes peamises fluorestsentspulbris. Kaasaegsed optoelektroonilised materjalid nõuavad kolme põhivärvi fosforit, nimelt punast, rohelist ja sinist, mida saab kasutada erinevate värvide sünteesimiseks. Jaterbiumon paljude kvaliteetsete roheliste fluorestseeruvate pulbrite asendamatu komponent.
(3) Kasutatakse magnetooptilise salvestusmaterjalina. Amorfse metalli terbiumi siirdemetalli sulamist õhukesi kilesid on kasutatud suure jõudlusega magnetooptiliste ketaste valmistamiseks.
(4) Magnetoptilise klaasi tootmine. Terbiumi sisaldav Faraday rotaatorklaas on lasertehnoloogias rotaatorite, isolaatorite ja tsirkulaatorite tootmise põhimaterjal.
(5) Terbiumi düsproosiumi ferromagnetostriktiivse sulami (TerFenol) väljatöötamine ja arendamine on avanud terbiumile uusi rakendusi.
Põllumajanduse ja loomakasvatuse jaoks
Haruldased muldmetallidterbiumvõib teatud kontsentratsioonivahemikus parandada põllukultuuride kvaliteeti ja suurendada fotosünteesi kiirust. Terbiumi kompleksidel on kõrge bioloogiline aktiivsus ja terbiumi ternaarsed kompleksidterbium, Tb(Ala)3BenIm(ClO4)3-3H2O, omavad head antibakteriaalset ja bakteritsiidset toimet Staphylococcus aureus'ele, Bacillus subtilis'ele ja Escherichia coli'le, omades laia spektriga antibakteriaalseid omadusi. Nende komplekside uurimine pakub uue uurimissuuna kaasaegsetele bakteritsiidsetele ravimitele.
Kasutatakse luminestsentsi valdkonnas
Kaasaegsed optoelektroonilised materjalid nõuavad kolme põhivärvi fosforit – punast, rohelist ja sinist –, mida saab kasutada erinevate värvide sünteesimiseks. Terbium on paljude kvaliteetsete roheliste fluorestseeruvate pulbrite asendamatu komponent. Kui haruldaste muldmetallide värvilise teleri punase fluorestseeruva pulbri sünd on stimuleerinud nõudlustütriumjaeuroopiumSeejärel on terbiumi rakendamist ja arendamist edendanud haruldaste muldmetallide kolme põhivärvi roheline luminofoorlamp lampides. 1980. aastate alguses leiutas Philips maailma esimese kompaktse energiasäästliku luminofoorlambi ja reklaamis seda kiiresti kogu maailmas. Tb3+ ioonid võivad kiirata rohelist valgust lainepikkusega 545 nm ja peaaegu kõik haruldaste muldmetallide rohelised luminofoorpulbrid kasutavad seda.terbium, aktivaatorina.
Värviteleviisorite elektronkiiretorude (CRT) jaoks kasutatav roheline fluorestseeruv pulber on alati põhinenud peamiselt odaval ja tõhusal tsinksulfiidil, kuid terbiumipulbrit on alati kasutatud projektsioonivärviteleviisori rohelise pulbrina, näiteks Y2SiO5:Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12:Tb3+ ja LaOBr:Tb3+. Suure ekraaniga kõrglahutusega televisiooni (HDTV) arenguga arendatakse ka CRT-de jaoks mõeldud suure jõudlusega rohelisi fluorestseeruvaid pulbreid. Näiteks on välismaal välja töötatud hübriidne roheline fluorestseeruv pulber, mis koosneb Y3 (Al, Ga) 5O12:Tb3+, LaOCl:Tb3+ ja Y2SiO5:Tb3+ koostisosadest, millel on suurepärane luminestsentsi efektiivsus suure voolutiheduse juures.
Traditsiooniline röntgenfluorestsentspulber on kaltsiumvolframaadist. 1970. ja 1980. aastatel töötati välja haruldaste muldmetallide fluorestseeruvad pulbrid sensibiliseerivate ekraanide jaoks, näiteksterbium, aktiveeritud lantaansulfiidoksiid, terbiumiga aktiveeritud lantaanbromiidoksiid (roheliste ekraanide jaoks) ja terbiumiga aktiveeritud ütriumsulfiidoksiid. Võrreldes kaltsiumvolframaadiga võib haruldaste muldmetallide fluorestseeruv pulber lühendada patsientide röntgenikiirguse aega 80% võrra, parandada röntgenifilmide eraldusvõimet, pikendada röntgenitorude eluiga ja vähendada energiatarbimist. Terbiumi kasutatakse ka fluorestseeruva pulbri aktivaatorina meditsiiniliste röntgenikiirguse võimendusekraanide jaoks, mis võib oluliselt parandada röntgenikiirguse optilisteks piltideks muundamise tundlikkust, parandada röntgenifilmide selgust ja oluliselt vähendada inimkeha röntgenikiirguse doosi (rohkem kui 50%).
Terbiumkasutatakse ka aktivaatorina valges LED-fosforis, mida ergastab sinine valgus uute pooljuhtvalgustite jaoks. Seda saab kasutada terbium-alumiiniummagnetooptiliste kristallfosforite tootmiseks, kasutades ergastavate valgusallikatena siniseid valgusdioode, ja tekitatud fluorestsents segatakse ergastava valgusega, et saada puhast valget valgust.
Terbiumist valmistatud elektroluminestsentsmaterjalid sisaldavad peamiselt tsinksulfiidi rohelist fluorestseeruvat pulbrit koosterbiumaktivaatorina. Ultraviolettkiirguse all võivad terbiumi orgaanilised kompleksid kiirata tugevat rohelist fluorestsentsi ja neid saab kasutada õhukeste kilede elektroluminestsentsmaterjalidena. Kuigi uurimisel on tehtud märkimisväärseid edusammeharuldane muldOrgaaniliste komplekssete elektroluminestsentssete õhukeste kilede puhul on praktilisusest endiselt teatav lõhe ning haruldaste muldmetallide orgaaniliste komplekssete elektroluminestsentssete õhukeste kilede ja seadmete uuringud on endiselt põhjalikud.
Terbiumi fluorestsentsi omadusi kasutatakse ka fluorestsentssondidena. Ofloksatsiin terbiumi (Tb3+) kompleksi ja deoksüribonukleiinhappe (DNA) vahelist interaktsiooni uuriti fluorestsents- ja absorptsioonspektrite abil, näiteks ofloksatsiin terbiumi (Tb3+) fluorestsentssondi abil. Tulemused näitasid, et ofloksatsiin Tb3+ sond suudab moodustada DNA molekulidega seonduva soone ja deoksüribonukleiinhape võib oluliselt suurendada ofloksatsiin Tb3+ süsteemi fluorestsentsi. Selle muutuse põhjal saab määrata deoksüribonukleiinhapet.
Magnetoptiliste materjalide jaoks
Faraday efektiga materjale, tuntud ka kui magnetooptilisi materjale, kasutatakse laialdaselt laserites ja muudes optilistes seadmetes. Magnetooptilisi materjale on kahte tüüpi: magnetooptilised kristallid ja magnetooptiline klaas. Nende hulgas on magnetooptilistel kristallidel (näiteks ütrium-raudgranaat ja terbium-galliumgranaat) reguleeritava töösageduse ja kõrge termilise stabiilsuse eelised, kuid need on kallid ja raskesti valmistatavad. Lisaks on paljudel suure Faraday pöördenurgaga magnetooptilistel kristallidel lühilainevahemikus suur neeldumine, mis piirab nende kasutamist. Võrreldes magnetooptiliste kristallidega on magnetooptilisel klaasil eeliseks suur läbilaskvus ja seda on lihtne suurteks plokkideks või kiududeks valmistada. Praegu on suure Faraday efektiga magnetooptilised klaasid peamiselt haruldaste muldmetallide ioonidega legeeritud klaasid.
Kasutatakse magnetooptiliste salvestusmaterjalide jaoks
Viimastel aastatel on multimeedia ja kontoriautomaatika kiire arenguga suurenenud nõudlus uute suure mahutavusega magnetketaste järele. Amorfse metalli terbiumi siirdemetalli sulamist õhukesi kilesid on kasutatud suure jõudlusega magnetoptiliste ketaste valmistamiseks. Nende hulgas on parimate omadustega TbFeCo sulamist õhuke kile. Terbiumil põhinevaid magnetooptilisi materjale on toodetud suures mahus ning neist valmistatud magnetooptilisi kettaid kasutatakse arvutite salvestuskomponentidena, mille salvestusmaht on suurenenud 10–15 korda. Nende eeliseks on suur mahtuvus ja kiire juurdepääsukiirus ning neid saab suure tihedusega optiliste ketaste puhul pühkida ja katta kümneid tuhandeid kordi. Need on olulised materjalid elektroonilise teabe salvestamise tehnoloogias. Nähtava ja lähiinfrapuna sagedusalas on kõige sagedamini kasutatav magnetooptiline materjal terbium-galliumgranaat (TGG) monokristall, mis on parim magnetooptiline materjal Faraday rotaatorite ja isolaatorite valmistamiseks.
Magnetoptilise klaasi jaoks
Faraday magnetooptilisel klaasil on hea läbipaistvus ja isotroopia nähtavas ja infrapunases piirkonnas ning see suudab moodustada mitmesuguseid keerulisi kujundeid. Sellest on lihtne toota suuri tooteid ja seda saab optilisteks kiududeks tõmmata. Seetõttu on sellel laialdased rakendusvõimalused magnetooptilistes seadmetes, näiteks magnetooptilistes isolaatorites, magnetooptilistes modulaatorites ja fiiberoptilistes vooluandurites. Tänu suurele magnetilisele momendile ja väikesele neeldumistegurile nähtavas ja infrapunases piirkonnas on Tb3+ ioonidest saanud magnetooptilistes klaasides laialdaselt kasutatavad haruldaste muldmetallide ioonid.
Terbiumdüsproosiumi ferromagnetostriktiivne sulam
20. sajandi lõpus, maailma tehnoloogilise revolutsiooni pideva süvenemisega, tekkisid kiiresti uued haruldaste muldmetallide rakendusmaterjalid. 1984. aastal tegid Iowa Osariigi Ülikool, USA energeetikaministeeriumi Amesi labor ja USA mereväe pinnarelvade uurimiskeskus (kust tulid hiljem asutatud Edge Technology Corporationi (ET REMA) põhipersonal) koostööd uue haruldaste muldmetallide intelligentse materjali, nimelt terbiumdüsproosiumi ferromagnetilise magnetostriktiivse materjali väljatöötamiseks. Sellel uuel intelligentsel materjalil on suurepärased omadused elektrienergia kiireks mehaaniliseks energiaks muundamiseks. Sellest hiiglaslikust magnetostriktiivsest materjalist valmistatud veealuseid ja elektroakustilisi muundureid on edukalt konfigureeritud mereväe varustuses, naftapuuraukude avastamise kõlarites, müra- ja vibratsioonikontrollisüsteemides ning ookeaniuuringute ja maa-alustes sidesüsteemides. Seetõttu pälvis terbiumdüsproosiumi rauast hiiglaslik magnetostriktiivne materjal kohe pärast sündi laialdast tähelepanu tööstusriikides üle maailma. Ameerika Ühendriikide ettevõte Edge Technologies alustas terbium-düsproosium-raudgigantmagnetostriktiivsete materjalide tootmist 1989. aastal ja nimetas need Terfenol D-ks. Seejärel töötasid terbium-düsproosium-raudgigantmagnetostriktiivseid materjale välja ka Rootsi, Jaapan, Venemaa, Ühendkuningriik ja Austraalia.
Selle materjali arengu ajaloost Ameerika Ühendriikides on nii materjali leiutamine kui ka selle varased monopolistlikud rakendused otseselt seotud sõjatööstusega (näiteks mereväega). Kuigi Hiina sõjavägi ja kaitseministeeriumid tugevdavad järk-järgult oma arusaama sellest materjalist, on Hiina tervikliku riikliku tugevuse olulise suurenemisega 21. sajandi sõjalise konkurentsivõime strateegia saavutamise ja varustustaseme parandamise vajadus kindlasti väga pakiline. Seetõttu on terbiumdüsproosiumraudhiiglaste magnetostriktiivsete materjalide laialdane kasutamine sõjaväe ja riigikaitseministeeriumide poolt ajalooliselt hädavajalik.
Lühidalt, selle toote paljud suurepärased omadusedterbiummuuta see paljude funktsionaalsete materjalide asendamatuks liikmeks ja asendamatuks positsiooniks mõnes rakendusvaldkonnas. Terbiumi kõrge hinna tõttu on inimesed aga uurinud, kuidas terbiumi kasutamist vältida ja minimeerida, et vähendada tootmiskulusid. Näiteks peaksid haruldaste muldmetallide magnetooptilised materjalid samuti olema odavad.düsproosiumraudkoobaltit või gadoliiniumi terbiumi koobaltit nii palju kui võimalik; Püüdke vähendada terbiumi sisaldust rohelises fluorestseeruvas pulbris, mida tuleb kasutada. Hind on muutunud oluliseks teguriks, mis piirab laialdast kasutamist.terbiumKuid paljud funktsionaalsed materjalid ei saa ilma selleta hakkama, seega peame järgima põhimõtet "kasutada teral head terast" ja püüdma säästa selle kasutamist.terbiumnii palju kui võimalik.
Postituse aeg: 25. okt 2023