Terbiumpatrí do kategórie ťažkýchvzácnych zemín, s nízkou abundanciou v zemskej kôre len 1,1 ppm. Oxid terbium predstavuje menej ako 0,01 % z celkového množstva vzácnych zemín. Dokonca aj v ťažkej rude vzácnych zemín s vysokým obsahom iónov ytria s najvyšším obsahom terbia predstavuje obsah terbia len 1,1 – 1,2 % z celkového množstva vzácnych zemín, čo naznačuje, že patrí do „ušľachtilej“ kategórie prvkov vzácnych zemín. Viac ako 100 rokov od objavu terbia v roku 1843 jeho nedostatok a hodnota na dlhý čas bránili jeho praktickému využitiu. Až za posledných 30 rokov ukázalo terbium svoj jedinečný talent.
Objavovanie histórie
Švédsky chemik Carl Gustaf Mosander objavil terbium v roku 1843. Jeho nečistoty našiel v r.Oxid ytritýaY203. Yttrium je pomenované po dedine Ytterby vo Švédsku. Pred objavením sa technológie výmeny iónov nebolo terbium izolované vo svojej čistej forme.
Mosant najprv rozdelil oxid ytritý (III) na tri časti, všetky pomenované podľa rúd: oxid ytritý,Erbium(III) oxida oxid terbium. Oxid terbium bol pôvodne zložený z ružovej časti vďaka prvku, ktorý je dnes známy ako erbium. „Oxid erbium(III)“ (vrátane toho, čo teraz nazývame terbium) bol pôvodne v podstate bezfarebnou časťou roztoku. Nerozpustný oxid tohto prvku sa považuje za hnedý.
Neskorší pracovníci sotva mohli pozorovať drobný bezfarebný „oxid erbium(III)“, ale rozpustnú ružovú časť nebolo možné ignorovať. Debaty o existencii oxidu erbia (III) sa objavovali opakovane. V tom chaose sa pôvodný názov prehodil a výmena mien sa zasekla, takže ružová časť bola nakoniec spomenutá ako roztok obsahujúci erbium (v roztoku bol ružový). Teraz sa verí, že pracovníci, ktorí používajú hydrogensíran sodný alebo síran draselný, berúOxid céru (IV).z oxidu ytria (III) a neúmyselne premenia terbium na sediment obsahujúci cér. Len asi 1 % pôvodného oxidu ytria (III), teraz známeho ako „terbium“, stačí na prechod do žltkastého sfarbenia na oxid ytritý. Preto je terbium sekundárnou zložkou, ktorá ho pôvodne obsahovala a je kontrolovaná jeho bezprostrednými susedmi, gadolíniom a dyspróziom.
Keď sa potom z tejto zmesi oddelili ďalšie prvky vzácnych zemín, bez ohľadu na podiel oxidu, názov terbium zostal zachovaný, až sa nakoniec získal hnedý oxid terbium v čistej forme. Výskumníci v 19. storočí nepoužívali technológiu ultrafialovej fluorescencie na pozorovanie jasne žltých alebo zelených uzlín (III), čo uľahčilo rozpoznanie terbia v tuhých zmesiach alebo roztokoch.
Elektrónová konfigurácia
Konfigurácia elektrónov:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
Elektrónová konfigurácia terbia je [Xe] 6s24f9. Normálne môžu byť odstránené iba tri elektróny predtým, ako sa jadrový náboj stane príliš veľkým na to, aby mohol byť ďalej ionizovaný, ale v prípade terbia poloplné terbium umožňuje ďalšiu ionizáciu štvrtého elektrónu v prítomnosti veľmi silných oxidantov, ako je plynný fluór.
Terbium je strieborný biely kov vzácnych zemín s ťažnosťou, húževnatosťou a mäkkosťou, ktorú možno rezať nožom. Teplota topenia 1360 ℃, teplota varu 3123 ℃, hustota 8229 4kg/m3. V porovnaní so skorým lantanoidom je vo vzduchu relatívne stabilný. Ako deviaty prvok Lantanidu je terbium kov so silnou elektrinou. Reaguje s vodou za vzniku vodíka.
V prírode sa nikdy nezistilo, že terbium je voľný prvok, ktorého malé množstvo existuje vo fosfocériovom tóriovom piesku a gadolinite. Terbium koexistuje s inými prvkami vzácnych zemín v monazitovom piesku, pričom obsah terbia je zvyčajne 0,03 %. Ďalšími zdrojmi sú Xenotime a čierne vzácne zlaté rudy, pričom obe sú zmesou oxidov a obsahujú až 1 % terbia.
Aplikácia
Aplikácia terbia väčšinou zahŕňa high-tech oblasti, čo sú špičkové projekty náročné na technológie a znalosti, ako aj projekty s významnými ekonomickými prínosmi, s atraktívnymi perspektívami rozvoja.
Medzi hlavné oblasti použitia patria:
(1) Používa sa vo forme zmiešaných vzácnych zemín. Používa sa napríklad ako zložené hnojivo vzácnych zemín a kŕmna prísada pre poľnohospodárstvo.
(2) Aktivátor pre zelený prášok v troch primárnych fluorescenčných práškoch. Moderné optoelektronické materiály vyžadujú použitie troch základných farieb fosforu, a to červenej, zelenej a modrej, pomocou ktorých je možné syntetizovať rôzne farby. A terbium je nenahraditeľnou súčasťou mnohých vysokokvalitných zelených fluorescenčných práškov.
(3) Používa sa ako magnetooptický úložný materiál. Na výrobu vysokovýkonných magnetooptických diskov sa použili tenké filmy zliatiny prechodného kovu amorfného kovu.
(4) Výroba magnetooptického skla. Faradayove rotačné sklo obsahujúce terbium je kľúčovým materiálom na výrobu rotátorov, izolátorov a cirkulátorov v laserovej technológii.
(5) Vývoj a vývoj feromagnetostrikčnej zliatiny terbium dysprosium (TerFenol) otvoril nové možnosti použitia pre terbium.
Pre poľnohospodárstvo a chov zvierat
Terbium vzácnych zemín môže zlepšiť kvalitu plodín a zvýšiť rýchlosť fotosyntézy v určitom koncentračnom rozsahu. Terbium komplexy majú vysokú biologickú aktivitu. Ternárne komplexy terbia, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3 · 3H2O, majú dobré antibakteriálne a baktericídne účinky na Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis a Escherichia coli. Majú široké antibakteriálne spektrum. Štúdium takýchto komplexov poskytuje nový smer výskumu pre moderné baktericídne lieky.
Používa sa v oblasti luminiscencie
Moderné optoelektronické materiály vyžadujú použitie troch základných farieb fosforu, a to červenej, zelenej a modrej, pomocou ktorých je možné syntetizovať rôzne farby. A terbium je nenahraditeľnou súčasťou mnohých vysokokvalitných zelených fluorescenčných práškov. Ak zrodenie farebného TV červeného fluorescenčného prášku vzácnych zemín podnietilo dopyt po ytriu a európiu, potom aplikáciu a vývoj terbia podporil zelený fluorescenčný prášok vzácnych zemín s tromi základnými farbami, zeleným fluorescenčným práškom pre lampy. Začiatkom osemdesiatych rokov spoločnosť Philips vynašla prvú kompaktnú energeticky úspornú žiarivku na svete a rýchlo ju celosvetovo presadila. Ióny Tb3+ môžu vyžarovať zelené svetlo s vlnovou dĺžkou 545 nm a takmer všetky zelené fosfory vzácnych zemín používajú ako aktivátor terbium.
Zelený fosfor pre farebnú TV katódovú trubicu (CRT) bol vždy založený na sulfide zinočnatém, ktorý je lacný a účinný, ale terbium prášok sa vždy používal ako zelený fosfor pre farebnú projekciu TV, vrátane Y2SiO5 ∶ Tb3+, Y3 ( Al, Ga) 5O12 ∶ Tb3+ a LaOBr ∶ Tb3+. S vývojom veľkoplošnej televízie s vysokým rozlíšením (HDTV) sa vyvíjajú aj vysokovýkonné zelené fluorescenčné prášky pre CRT. V zahraničí bol napríklad vyvinutý hybridný zelený fluorescenčný prášok pozostávajúci z Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+ a Y2SiO5: Tb3+, ktoré majú vynikajúcu luminiscenčnú účinnosť pri vysokej prúdovej hustote.
Tradičným röntgenovým fluorescenčným práškom je wolframan vápenatý. V 70. a 80. rokoch 20. storočia boli vyvinuté fosfory vzácnych zemín pre zosilňovacie clony, ako napríklad terbiom aktivovaná síra Oxid lantanitý, terbiom aktivovaný bróm Oxid lantanitý (pre zelené obrazovky), terbiom aktivovaný sírový oxid ytritý (III) atď. fluorescenčný prášok vzácnych zemín môže skrátiť čas röntgenového ožarovania pre pacientov o 80%, zlepšiť rozlíšenie röntgenového žiarenia filmy, predlžujú životnosť röntgenových trubíc a znižujú spotrebu energie. Terbium sa tiež používa ako fluorescenčný práškový aktivátor pre lekárske röntgenové vylepšenia obrazoviek, ktoré môžu výrazne zlepšiť citlivosť röntgenovej konverzie na optické obrazy, zlepšiť čistotu röntgenových filmov a výrazne znížiť expozičnú dávku röntgenového žiarenia. lúčov do ľudského tela (o viac ako 50 %).
Terbium sa tiež používa ako aktivátor v bielom LED fosfore excitovanom modrým svetlom pre nové polovodičové osvetlenie. Môže sa použiť na výrobu terbium-hliníkových magnetooptických kryštálových fosforov s použitím diód vyžarujúcich modré svetlo ako zdrojov excitačného svetla a vygenerovaná fluorescencia sa zmieša s excitačným svetlom, aby sa vytvorilo čisté biele svetlo.
Medzi elektroluminiscenčné materiály vyrobené z terbia patrí hlavne zelený fosfor sulfid zinočnatý s terbiom ako aktivátorom. Pri ultrafialovom ožiarení môžu organické komplexy terbia vyžarovať silnú zelenú fluorescenciu a môžu sa použiť ako tenkovrstvové elektroluminiscenčné materiály. Aj keď sa v štúdiu organických komplexných elektroluminiscenčných tenkých vrstiev vzácnych zemín dosiahol významný pokrok, stále existuje určitá medzera v praktickosti a výskum organických komplexných elektroluminiscenčných tenkých vrstiev a zariadení vzácnych zemín je stále v hĺbke.
Fluorescenčné charakteristiky terbia sa tiež používajú ako fluorescenčné sondy. Napríklad fluorescenčná sonda Ofloxacín terbium (Tb3+) sa použila na štúdium interakcie medzi komplexom Ofloxacín terbium (Tb3+) a DNA (DNA) fluorescenčným spektrom a absorpčným spektrom, čo naznačuje, že sonda Ofloxacín Tb3+ môže tvoriť drážku viažucu sa na molekuly DNA, a DNA môžu významne zvýšiť fluorescenciu systému Ofloxacín Tb3+. Na základe tejto zmeny možno určiť DNA.
Pre magnetooptické materiály
Materiály s Faradayovým efektom, známe aj ako magnetooptické materiály, sú široko používané v laseroch a iných optických zariadeniach. Existujú dva bežné typy magnetooptických materiálov: magnetooptické kryštály a magnetooptické sklo. Medzi nimi magneto-optické kryštály (ako je ytriový železný granát a terbium-gálium granát) majú výhody nastaviteľnej pracovnej frekvencie a vysokej tepelnej stability, ale sú drahé a ťažko sa vyrábajú. Okrem toho mnohé magneto-optické kryštály s vysokým Faradayovým uhlom rotácie majú vysokú absorpciu v rozsahu krátkych vĺn, čo obmedzuje ich použitie. V porovnaní s magnetooptickými kryštálmi má magnetooptické sklo výhodu vysokej priepustnosti a ľahko sa z neho vyrábajú veľké bloky alebo vlákna. V súčasnosti sú magnetooptické sklá s vysokým Faradayovým efektom hlavne sklá dopované iónmi vzácnych zemín.
Používa sa na magnetooptické úložné materiály
V posledných rokoch s rýchlym rozvojom multimédií a automatizácie kancelárií rastie dopyt po nových vysokokapacitných magnetických diskoch. Na výrobu vysokovýkonných magnetooptických diskov sa použili filmy z amorfných kovových terbiových zliatinových zliatin. Spomedzi nich má najlepší výkon tenký film zliatiny TbFeCo. Magnetooptické materiály na báze terbia sa vyrábajú vo veľkom meradle a magnetooptické disky vyrobené z nich sa používajú ako komponenty na ukladanie dát do počítača, pričom kapacita pamäte sa zvýšila 10-15 krát. Majú výhody veľkej kapacity a rýchlej prístupovej rýchlosti a pri použití pre optické disky s vysokou hustotou sa dajú desaťtisíckrát otrieť a potiahnuť. Sú dôležitými materiálmi v technológii elektronického uchovávania informácií. Najbežnejšie používaným magnetooptickým materiálom vo viditeľnom a blízkom infračervenom pásme je monokryštál Terbium Gallium Garnet (TGG), čo je najlepší magnetooptický materiál na výrobu Faradayových rotátorov a izolátorov.
Pre magnetooptické sklo
Magnetooptické sklo Faraday má dobrú priehľadnosť a izotropiu vo viditeľnej a infračervenej oblasti a môže vytvárať rôzne zložité tvary. Je ľahké vyrábať výrobky veľkých rozmerov a je možné ich vtiahnuť do optických vlákien. Preto má široké uplatnenie v magnetooptických zariadeniach, ako sú magnetooptické izolátory, magnetooptické modulátory a prúdové senzory z optických vlákien. Vďaka veľkému magnetickému momentu a malému koeficientu absorpcie vo viditeľnom a infračervenom rozsahu sa ióny Tb3+ stali bežne používanými iónmi vzácnych zemín v magnetooptických okuliaroch.
Terbium dysprosium feromagnetostrikčná zliatina
Na konci 20. storočia, s prehlbovaním svetovej vedeckej a technologickej revolúcie, rýchlo vznikajú nové aplikované materiály vzácnych zemín. V roku 1984 Iowa State University of United States, Ames Laboratory of United States Department of Energy of the United States a US Navy Surface Weapons Research Center (hlavný personál neskôr založenej American Edge Technology Company (ET REMA) pochádzal z centrum) spoločne vyvinuli nový inteligentný materiál vzácnych zemín, menovite terbium dysprosium železo obrovský magnetostrikčný materiál. Tento nový Smart materiál má vynikajúce vlastnosti rýchlej premeny elektrickej energie na mechanickú energiu. Podvodné a elektroakustické prevodníky vyrobené z tohto obrovského magnetostrikčného materiálu boli úspešne nakonfigurované v námorných zariadeniach, reproduktoroch na detekciu ropných vrtov, systémoch kontroly hluku a vibrácií a systémoch na prieskum oceánov a podzemné komunikačné systémy. Preto hneď ako sa zrodil magnetostrikčný materiál železného giganta terbium dysprosium, získal širokú pozornosť priemyselných krajín po celom svete. Spoločnosť Edge Technologies v Spojených štátoch začala vyrábať obrie magnetostrikčné materiály terbium dysprosium a železo v roku 1989 a nazvala ich Terfenol D. Následne Švédsko, Japonsko, Rusko, Spojené kráľovstvo a Austrália tiež vyvinuli obrovské magnetostrikčné materiály terbium dysprosium a železo.
Z histórie vývoja tohto materiálu v Spojených štátoch, vynález materiálu a jeho skoré monopolné aplikácie priamo súvisia s vojenským priemyslom (ako je námorníctvo). Hoci čínske vojenské a obranné oddelenia postupne posilňujú svoje chápanie tohto materiálu. Po výraznom zvýšení čínskej Komplexnej národnej moci však budú požiadavky na realizáciu vojenskej konkurenčnej stratégie v 21. storočí a zlepšenie úrovne vybavenia určite veľmi naliehavé. Rozšírené používanie magnetostrikčných obrovských magnetostrikčných materiálov terbium dysprosium železom zo strany vojenských a národných obranných oddelení bude preto historickou nevyhnutnosťou.
Skrátka, mnohé vynikajúce vlastnosti z terbia robia nenahraditeľného člena mnohých funkčných materiálov a nezastupiteľné miesto v niektorých aplikačných oblastiach. Avšak kvôli vysokej cene terbia ľudia študovali, ako sa vyhnúť a minimalizovať používanie terbia, aby sa znížili výrobné náklady. Napríklad magnetooptické materiály vzácnych zemín by mali v čo najväčšej možnej miere využívať aj lacný dysprosium železný kobalt alebo gadolínium terbium kobalt; Pokúste sa znížiť obsah terbia v zelenom fluorescenčnom prášku, ktorý sa musí použiť. Cena sa stala dôležitým faktorom obmedzujúcim rozšírené používanie terbia. Mnohé funkčné materiály sa však bez neho nezaobídu, preto musíme dodržať zásadu „použiť na čepeľ dobrú oceľ“ a snažiť sa používanie terbia čo najviac ušetriť.
Čas odoslania: júl-05-2023