Terbiumbehoort aan die kategorie swaarseldsame aardes, met 'n lae oorvloed in die aardkors op slegs 1,1 dpm. Terbiumoksied is verantwoordelik vir minder as 0,01% van die totale skaars aardes. Selfs in die hoë yttrium-ioontipe swaar seldsame aarderts met die hoogste inhoud van terbium, maak die terbiuminhoud slegs 1,1-1,2% van die totale seldsame aarde uit, wat aandui dat dit tot die "edel" kategorie van seldsame aardelemente behoort. Vir meer as 100 jaar sedert die ontdekking van terbium in 1843, het die skaarsheid en waarde daarvan die praktiese toepassing daarvan vir 'n lang tyd verhinder. Dit is eers in die afgelope 30 jaar dat terbium sy unieke talent gewys het.
Ontdek Geskiedenis
Die Sweedse chemikus Carl Gustaf Mosander het terbium in 1843 ontdek. Hy het die onsuiwerhede daarvan gevind inYttrium(III)oksiedenY2O3. Yttrium is vernoem na die dorpie Ytterby in Swede. Voor die opkoms van ioonuitruiltegnologie was terbium nie in sy suiwer vorm geïsoleer nie.
Mosant het eers Yttrium(III)-oksied in drie dele verdeel, almal vernoem na ertse: Yttrium(III)-oksied,Erbium(III)oksied, en terbiumoksied. Terbiumoksied was oorspronklik saamgestel uit 'n pienk deel, as gevolg van die element wat nou as erbium bekend staan. "Erbium(III)-oksied" (insluitend wat ons nou terbium noem) was oorspronklik die wesenlik kleurlose deel in die oplossing. Die onoplosbare oksied van hierdie element word as bruin beskou.
Latere werkers kon skaars die piepklein kleurlose “Erbium(III)-oksied” waarneem, maar die oplosbare pienk deel kon nie geïgnoreer word nie. Debatte oor die bestaan van Erbium(III)oksied het herhaaldelik ontstaan. In die chaos is die oorspronklike naam omgekeer en die uitruil van name het vasgeval, sodat die pienk deel uiteindelik genoem is as 'n oplossing wat erbium bevat (in die oplossing was dit pienk). Daar word nou geglo dat werkers wat natriumbisulfaat of Kaliumsulfaat gebruik, neemSerium(IV)oksieduit Yttrium(III)oksied en verander terbium onbedoeld in 'n sediment wat cerium bevat. Slegs sowat 1% van die oorspronklike Yttrium(III)-oksied, nou bekend as "terbium", is genoeg om 'n gelerige kleur na Yttrium(III)-oksied oor te dra. Daarom is terbium 'n sekondêre komponent wat dit aanvanklik bevat het, en dit word beheer deur sy onmiddellike bure, gadolinium en disprosium.
Daarna, wanneer ander seldsame aardelemente van hierdie mengsel geskei is, ongeag die verhouding van die oksied, is die naam terbium behou totdat uiteindelik die bruin oksied van terbium in suiwer vorm verkry is. Navorsers in die 19de eeu het nie ultravioletfluoressensietegnologie gebruik om heldergeel of groen knoppies (III) waar te neem nie, wat dit makliker maak vir terbium om in vaste mengsels of oplossings herken te word.
Elektronkonfigurasie
Elektronkonfigurasie:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
Die elektronkonfigurasie van terbium is [Xe] 6s24f9. Normaalweg kan net drie elektrone verwyder word voordat die kernlading te groot word om verder geïoniseer te word, maar in die geval van terbium laat halfgevulde terbium toe dat die vierde elektron verder geïoniseer word in die teenwoordigheid van baie sterk oksidante soos fluoorgas.
Terbium is 'n silwer wit seldsame aardmetaal met rekbaarheid, taaiheid en sagtheid wat met 'n mes gesny kan word. Smeltpunt 1360 ℃, kookpunt 3123 ℃, digtheid 8229 4kg/m3. In vergelyking met die vroeë Lantanied is dit relatief stabiel in die lug. As die negende element van Lantanied, is terbium 'n metaal met sterk elektrisiteit. Dit reageer met water om waterstof te vorm.
In die natuur is nog nooit gevind dat terbium 'n vrye element is nie, waarvan 'n klein hoeveelheid in fosfocerium-toriumsand en Gadoliniet voorkom. Terbium bestaan saam met ander seldsame aardelemente in monasietsand, met 'n oor die algemeen 0,03% terbiuminhoud. Ander bronne is Xenotime en swart skaars gouderts, wat albei mengsels van oksiede is en tot 1% terbium bevat.
Toepassing
Die toepassing van terbium behels meestal hoëtegnologie-velde, wat tegnologie-intensiewe en kennisintensiewe voorpuntprojekte is, asook projekte met aansienlike ekonomiese voordele, met aantreklike ontwikkelingsvooruitsigte.
Die belangrikste toepassingsareas sluit in:
(1) Word gebruik in die vorm van gemengde seldsame aardes. Dit word byvoorbeeld gebruik as 'n skaarsaarde saamgestelde kunsmis en voerbymiddel vir die landbou.
(2) Aktiveerder vir groen poeier in drie primêre fluoresserende poeiers. Moderne opto-elektroniese materiale vereis die gebruik van drie basiese kleure fosfor, naamlik rooi, groen en blou, wat gebruik kan word om verskeie kleure te sintetiseer. En terbium is 'n onontbeerlike komponent in baie hoë kwaliteit groen fluoresserende poeiers.
(3) Word gebruik as 'n magneto-optiese bergingsmateriaal. Amorfe metaal terbium oorgangsmetaallegering dun films is gebruik om hoëprestasie magneto-optiese skywe te vervaardig.
(4) Vervaardiging van magneto optiese glas. Faraday roterende glas wat terbium bevat, is 'n sleutelmateriaal vir die vervaardiging van rotators, isolators en sirkulators in lasertegnologie.
(5) Die ontwikkeling en ontwikkeling van terbium dysprosium ferromagnetostriktiewe legering (TerFenol) het nuwe toepassings vir terbium geopen.
Vir landbou en veeteelt
Seldsame aardterbium kan die kwaliteit van gewasse verbeter en die tempo van fotosintese binne 'n sekere konsentrasiegebied verhoog. Terbiumkomplekse het hoë biologiese aktiwiteit. Ternêre komplekse van terbium, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3 · 3H2O, het goeie antibakteriese en bakteriedodende effekte op Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis en Escherichia coli. Hulle het 'n breë antibakteriese spektrum. Die studie van sulke komplekse bied 'n nuwe navorsingsrigting vir moderne bakteriedodende middels.
Word gebruik op die gebied van luminessensie
Moderne opto-elektroniese materiale vereis die gebruik van drie basiese kleure fosfor, naamlik rooi, groen en blou, wat gebruik kan word om verskeie kleure te sintetiseer. En terbium is 'n onontbeerlike komponent in baie hoë kwaliteit groen fluoresserende poeiers. As die geboorte van skaars aarde kleur TV rooi fluoresserende poeier die vraag na yttrium en europium gestimuleer het, dan is die toepassing en ontwikkeling van terbium bevorder deur seldsame aarde drie primêre kleur groen fluoresserende poeier vir lampe. In die vroeë 1980's het Philips die wêreld se eerste kompakte energiebesparende fluoresserende lamp uitgevind en dit vinnig wêreldwyd bevorder. Tb3+ione kan groen lig uitstraal met 'n golflengte van 545nm, en byna al die seldsame aardgroen fosfors gebruik terbium as 'n aktiveerder.
Die groen fosfor vir kleur TV katodestraalbuis (CRT) was nog altyd gebaseer op sinksulfied, wat goedkoop en doeltreffend is, maar die terbiumpoeier is nog altyd gebruik as die groen fosfor vir projeksie kleur TV, insluitend Y2SiO5 ∶ Tb3+, Y3 ( Al, Ga) 5O12 ∶ Tb3+ en LaOBr ∶ Tb3+. Met die ontwikkeling van grootskerm-hoëdefinisie-televisie (HDTV), word hoëprestasie groen fluoresserende poeiers vir CRT's ook ontwikkel. Byvoorbeeld, 'n hibriede groen fluoresserende poeier is in die buiteland ontwikkel, bestaande uit Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+, en Y2SiO5: Tb3+, wat uitstekende luminescentiedoeltreffendheid by hoë stroomdigtheid het.
Die tradisionele X-straal fluoresserende poeier is kalsium wolframaat. In die 1970's en 1980's is seldsame aardfosfore vir versterking van skerms ontwikkel, soos terbium geaktiveerde swael Lantaan oksied, terbium geaktiveerde broom Lantaan oksied (vir groen skerms), terbium geaktiveerde swael Yttrium(III) oksied, ens. In vergelyking met kalsium, tungstaat seldsame aarde fluoresserende poeier kan die tyd van X-straal verminder bestraling vir pasiënte met 80%, verbeter die resolusie van X-straalfilms, verleng die lewensduur van X-straalbuise en verminder energieverbruik. Terbium word ook gebruik as 'n fluoresserende poeieraktiveerder vir mediese X-straalverbeteringsskerms, wat die sensitiwiteit van X-straalomskakeling in optiese beelde aansienlik kan verbeter, die helderheid van X-straalfilms kan verbeter en die blootstellingsdosis van X-straal aansienlik kan verminder. strale na die menslike liggaam (meer as 50%).
Terbium word ook gebruik as 'n aktiveerder in die wit LED-fosfor wat deur blou lig opgewek word vir nuwe halfgeleierbeligting. Dit kan gebruik word om terbium-aluminium magneto-optiese kristalfosfore te produseer, met behulp van blou lig-emitterende diodes as opwekkingsligbronne, en die gegenereerde fluoressensie word met die opwekkingslig gemeng om suiwer wit lig te produseer.
Die elektroluminescerende materiale wat van terbium gemaak word, sluit hoofsaaklik sinksulfiedgroen fosfor in met terbium as die aktiveerder. Onder ultraviolet bestraling kan organiese komplekse van terbium sterk groen fluoressensie uitstraal en kan dit as dunfilm elektroluminescerende materiale gebruik word. Alhoewel aansienlike vordering gemaak is in die studie van seldsame aard-organiese komplekse elektroluminescerende dun films, is daar steeds 'n sekere gaping van praktiese toepassing, en navorsing oor seldsame aard-organiese komplekse elektroluminescerende dun films en toestelle is steeds in diepte.
Die fluoressensie eienskappe van terbium word ook as fluoressensie probes gebruik. Ofloxacin terbium (Tb3+) fluoressensie-sonde is byvoorbeeld gebruik om die interaksie tussen Ofloxacin-terbium (Tb3+)-kompleks en DNA (DNA) deur fluoressensiespektrum en absorpsiespektrum te bestudeer, wat aandui dat Ofloxacin Tb3+-sonde 'n groefbinding met DNA-molekules kan vorm en DNA kan die fluoressensie van Ofloxacin aansienlik verbeter Tb3+stelsel. Op grond van hierdie verandering kan DNS bepaal word.
Vir magneto optiese materiale
Materiale met Faraday-effek, ook bekend as magneto-optiese materiale, word wyd gebruik in lasers en ander optiese toestelle. Daar is twee algemene tipes magneto-optiese materiale: magneto-optiese kristalle en magneto-optiese glas. Onder hulle het magneto-optiese kristalle (soos Yttrium yster granaat en terbium gallium granaat) die voordele van verstelbare bedryfsfrekwensie en hoë termiese stabiliteit, maar hulle is duur en moeilik om te vervaardig. Daarbenewens het baie magneto-optiese kristalle met 'n hoë Faraday-rotasiehoek hoë absorpsie in die kortgolfreeks, wat hul gebruik beperk. In vergelyking met magneto optiese kristalle, het magneto optiese glas die voordeel van hoë transmissie en is dit maklik om groot blokke of vesels te maak. Tans is magneto-optiese glase met 'n hoë Faraday-effek hoofsaaklik seldsame aard-ioon-gedoteerde glase.
Word gebruik vir magneto-optiese bergingsmateriaal
In onlangse jare, met die vinnige ontwikkeling van multimedia en kantooroutomatisering, het die vraag na nuwe hoë-kapasiteit magnetiese skywe toegeneem. Amorfe metaal terbium oorgangsmetaallegeringsfilms is gebruik om hoëprestasie magneto-optiese skywe te vervaardig. Onder hulle het die TbFeCo-legering dun film die beste prestasie. Terbium-gebaseerde magneto-optiese materiale is op groot skaal vervaardig, en magneto-optiese skywe wat daaruit gemaak is, word as rekenaarbergingskomponente gebruik, met bergingskapasiteit wat met 10-15 keer verhoog is. Hulle het die voordele van groot kapasiteit en vinnige toegangspoed, en kan tienduisende kere uitgevee en bedek word wanneer dit vir hoëdigtheid optiese skywe gebruik word. Hulle is belangrike materiale in elektroniese inligtingstoortegnologie. Die mees algemeen gebruikte magneto-optiese materiaal in die sigbare en naby-infrarooi bande is Terbium Gallium Granaat (TGG) enkelkristal, wat die beste magneto-optiese materiaal is om Faraday-rotators en -isolators te maak.
Vir magneto optiese glas
Faraday magneto optiese glas het goeie deursigtigheid en isotropie in die sigbare en infrarooi gebiede, en kan verskeie komplekse vorms vorm. Dit is maklik om grootgrootte produkte te vervaardig en kan in optiese vesels getrek word. Daarom het dit wye toepassingsvooruitsigte in magneto-optiese toestelle soos magneto-optiese isolators, magneto-optiese modulators en optiese veselstroomsensors. As gevolg van sy groot magnetiese moment en klein absorpsiekoëffisiënt in die sigbare en infrarooi reeks, het Tb3+-ione algemeen gebruikte seldsame aard-ione in magneto-optiese glase geword.
Terbium dysprosium ferromagnetostriktiewe legering
Aan die einde van die 20ste eeu, met die verdieping van die wêreldwetenskaplike en tegnologiese revolusie, kom nuwe seldsame aarde Toegepaste Materiale vinnig na vore. In 1984, Iowa State University van die Verenigde State, Ames Laboratory van die Verenigde State se Departement van Energie van die Verenigde State en die US Navy Surface Weapons Research Centre (die hoofpersoneel van die later gevestigde American Edge Technology Company (ET REMA) was afkomstig van die middel) het gesamentlik 'n nuwe seldsame aarde Smart-materiaal ontwikkel, naamlik terbium dysprosium yster reuse magnetostriktiewe materiaal. Hierdie nuwe Smart-materiaal het die uitstekende eienskappe om elektriese energie vinnig in meganiese energie om te skakel. Die onderwater- en elektro-akoestiese omskakelaars wat van hierdie reuse-magnetostriktiewe materiaal gemaak is, is suksesvol opgestel in vloottoerusting, olieputopsporingsluidsprekers, geraas- en vibrasiebeheerstelsels, en oseaanverkenning en ondergrondse kommunikasiestelsels. Daarom, sodra die terbium dysprosium yster reuse magnetostriktiewe materiaal gebore is, het dit wydverspreide aandag van geïndustrialiseerde lande regoor die wêreld gekry. Edge Technologies in die Verenigde State het in 1989 begin met die vervaardiging van terbium dysprosium yster reuse magnetostriktiewe materiale en hulle genoem Terfenol D. Daarna het Swede, Japan, Rusland, die Verenigde Koninkryk en Australië ook terbium disprosium yster reuse magnetostriktiewe materiale ontwikkel.
Uit die geskiedenis van die ontwikkeling van hierdie materiaal in die Verenigde State, hou beide die uitvinding van die materiaal en die vroeë monopolistiese toepassings daarvan direk verband met die militêre industrie (soos die vloot). Alhoewel China se militêre en verdedigingsdepartemente geleidelik hul begrip van hierdie materiaal versterk. Nadat China se Omvattende Nasionale Mag egter aansienlik toegeneem het, sal die vereistes vir die verwesenliking van die militêre mededingende strategie in die 21ste eeu en die verbetering van die vlak van toerusting beslis baie dringend wees. Daarom sal die wydverspreide gebruik van terbium dysprosium yster reuse magnetostriktiewe materiale deur militêre en nasionale verdedigingsdepartemente 'n historiese noodsaaklikheid wees.
Kortom, die baie uitstekende eienskappe van terbium maak dit 'n onontbeerlike lid van baie funksionele materiale en 'n onvervangbare posisie in sommige toepassingsvelde. Weens die hoë prys van terbium het mense egter bestudeer hoe om die gebruik van terbium te vermy en tot die minimum te beperk om produksiekoste te verminder. Byvoorbeeld, seldsame aard-magneto-optiese materiale moet ook so veel as moontlik laekoste-dysprosium-ysterkobalt of gadoliniumterbiumkobalt gebruik; Probeer om die inhoud van terbium in die groen fluoresserende poeier wat gebruik moet word, te verminder. Prys het 'n belangrike faktor geword wat die wydverspreide gebruik van terbium beperk. Maar baie funksionele materiale kan nie daarsonder nie, so ons moet voldoen aan die beginsel van "gebruik goeie staal op die lem" en probeer om die gebruik van terbium soveel as moontlik te bespaar.
Postyd: Jul-05-2023