Terbiumbehoort tot die kategorie van swaarseldsame aardmetale, met 'n lae voorkoms in die aardkors van slegs 1.1 dpm. Terbiumoksied maak minder as 0.01% van die totale seldsame aardelemente uit. Selfs in die swaar seldsame aarderts met 'n hoë yttriumioon-tipe en die hoogste terbiuminhoud, maak die terbiuminhoud slegs 1.1-1.2% van die totale seldsame aardelemente 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 lank verhinder. Dit is eers in die afgelope 30 jaar dat terbium sy unieke talent getoon het.
Ontdek Geskiedenis
Die Sweedse chemikus Carl Gustaf Mosander het terbium in 1843 ontdek. Hy het die onsuiwerhede daarvan gevind inYttrium(III)oksiedenY2O3Yttrium is vernoem na die dorpie Ytterby in Swede. Voor die ontstaan van ioonuitruilingstegnologie is 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 bekend staan as erbium. "Erbium(III)oksied" (insluitend wat ons nou terbium noem) was oorspronklik die hoofsaaklik kleurlose deel in die oplossing. Die onoplosbare oksied van hierdie element word as bruin beskou.
Later kon werkers skaars die klein 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 vasgesteek, so die pienk deel is uiteindelik genoem 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 serium bevat. Slegs ongeveer 1% van die oorspronklike Yttrium(III)-oksied, nou bekend as "terbium", is genoeg om 'n gelerige kleur aan 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 die bruin oksied van terbium uiteindelik in suiwer vorm verkry is. Navorsers in die 19de eeu het nie ultravioletfluoresensietegnologie gebruik om heldergeel of groen nodules (III) waar te neem nie, wat dit makliker gemaak het 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 slegs drie elektrone verwyder word voordat die kernlading te groot word om verder geïoniseer te word, maar in die geval van terbium laat halfgevulde terbium die vierde elektron toe om verder geïoniseer te word in die teenwoordigheid van baie sterk oksidante soos fluoorgas.
Terbium is 'n silwerwit seldsame aardmetaal met rekbaarheid, taaiheid en sagtheid wat met 'n mes gesny kan word. Smeltpunt 1360 ℃, kookpunt 3123 ℃, digtheid 8229 4 kg/m3. In vergelyking met die vroeë lantaanied, is dit relatief stabiel in die lug. As die negende element van lantaanied, is terbium 'n metaal met sterk elektrisiteit. Dit reageer met water om waterstof te vorm.
In die natuur is terbium nog nooit as 'n vrye element gevind nie, waarvan 'n klein hoeveelheid in fosfoserium-toriumsand en gadolinet voorkom. Terbium bestaan saam met ander seldsame aardelemente in monasietsand, met 'n terbiuminhoud van oor die algemeen 0,03%. Ander bronne is Xenotime en swart seldsame 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 baanbrekersprojekte is, sowel as projekte met beduidende ekonomiese voordele, met aantreklike ontwikkelingsvooruitsigte.
Die belangrikste toepassingsgebiede sluit in:
(1) Word gebruik in die vorm van gemengde seldsame aardmetale. Dit word byvoorbeeld gebruik as 'n seldsame aardmetale-saamgestelde kunsmis en voerbymiddel vir landbou.
(2) Aktiveerder vir groen poeier in drie primêre fluorescerende 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 hoëgehalte groen fluorescerende poeiers.
(3) 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 die terbiumdisprosium ferromagnetostriktiewe legering (TerFenol) het nuwe toepassings vir terbium oopgemaak.
Vir landbou en veeteelt
Skaarsaarde-terbium kan die kwaliteit van gewasse verbeter en die tempo van fotosintese binne 'n sekere konsentrasiebereik 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.
Gebruik in die veld 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 hoëgehalte groen fluoresserende poeiers. As die geboorte van seldsame 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 met 'n golflengte van 545 nm uitstraal, en byna al die seldsame aarde groen fosfors gebruik terbium as 'n aktiveerder.
Die groen fosfor vir kleurtelevisie-katodestraalbuise (CRT) was nog altyd gebaseer op sinksulfied, wat goedkoop en doeltreffend is, maar die terbiumpoeier is nog altyd as die groen fosfor vir projeksiekleurtelevisie gebruik, insluitend Y2SiO5 ∶ Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12 ∶ Tb3+ en LaOBr ∶ Tb3+. Met die ontwikkeling van grootskerm-hoëdefinisietelevisie (HDTV) word hoëprestasie-groen fluorescerende poeiers vir CRT's ook ontwikkel. Byvoorbeeld, 'n hibriede groen fluorescerende poeier is in die buiteland ontwikkel, bestaande uit Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+, en Y2SiO5: Tb3+, wat uitstekende luminessensie-doeltreffendheid teen hoë stroomdigtheid het.
Die tradisionele X-straal fluoreserende poeier is kalsiumwolframaat. In die 1970's en 1980's is seldsame aardfosfore vir intensifiërende skerms ontwikkel, soos terbium-geaktiveerde swael-lantaanoksied, terbium-geaktiveerde broom-lantaanoksied (vir groen skerms), terbium-geaktiveerde swael-yttrium(III)oksied, ens. In vergelyking met kalsiumwolframaat kan seldsame aardfosforeerende poeier die tyd van X-straalbestraling vir pasiënte met 80% verminder, die resolusie van X-straalfilms verbeter, die lewensduur van X-straalbuise verleng en energieverbruik verminder. Terbium word ook gebruik as 'n fluoreserende poeieraktiveerder vir mediese X-straalverbeteringskerms, wat die sensitiwiteit van X-straalomskakeling na optiese beelde aansienlik kan verbeter, die helderheid van X-straalfilms kan verbeter en die blootstellingsdosis van X-strale aan die menslike liggaam aansienlik kan verminder (met meer as 50%).
Terbium word ook as 'n aktiveerder in die wit LED-fosfor wat deur blou lig opgewek word vir nuwe halfgeleierbeligting gebruik. Dit kan gebruik word om terbium-aluminium magneto-optiese kristalfosfore te produseer, deur blou lig-emitterende diodes as opwekkingsligbronne te gebruik, en die gegenereerde fluoresensie word met die opwekkingslig gemeng om suiwer wit lig te produseer.
Die elektroluminescerende materiale wat van terbium gemaak word, sluit hoofsaaklik sinksulfiedgroen fosfor met terbium as die aktiveerder in. Onder ultravioletbestraling kan organiese komplekse van terbium sterk groen fluoresensie uitstraal en kan as dunfilm-elektroluminescerende materiale gebruik word. Alhoewel beduidende 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 fluoresensie-eienskappe van terbium word ook as fluoresensieprobes gebruik. Byvoorbeeld, Ofloxacin terbium (Tb3+) fluoresensieprobe is gebruik om die interaksie tussen Ofloxacin terbium (Tb3+) kompleks en DNA (DNA) te bestudeer deur middel van fluoresensiespektrum en absorpsiespektrum, wat aandui dat Ofloxacin Tb3+ probe 'n groefbinding met DNA-molekules kan vorm, en DNA kan die fluoresensie van die Ofloxacin Tb3+ stelsel aansienlik verbeter. Gebaseer op hierdie verandering kan DNA 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 ystergranaat en terbiumgalliumgranaat) 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 kortgolfrekwensie, wat hul gebruik beperk. In vergelyking met magneto-optiese kristalle het magneto-optiese glas die voordeel van hoë transmissie en is dit maklik om in groot blokke of vesels te maak. Tans is magneto-optiese glase met 'n hoë Faraday-effek hoofsaaklik seldsame aardioon-gedoteerde glase.
Gebruik vir magneto-optiese stoormateriaal
In onlangse jare, met die vinnige ontwikkeling van multimedia en kantooroutomatisering, het die vraag na nuwe hoëkapasiteit magnetiese skywe toegeneem. Amorfe metaal terbium oorgangsmetaal allooifilms is gebruik om hoëprestasie magneto-optiese skywe te vervaardig. Onder hulle het die TbFeCo allooi dun film die beste werkverrigting. Terbium-gebaseerde magneto-optiese materiale is op groot skaal vervaardig, en magneto-optiese skywe wat daarvan gemaak word, word as rekenaarbergingskomponente gebruik, met 'n bergingskapasiteit wat met 10-15 keer verhoog word. Hulle het die voordele van groot kapasiteit en vinnige toegangspoed, en kan tienduisende kere afgevee en bedek word wanneer dit vir hoëdigtheid optiese skywe gebruik word. Hulle is belangrike materiale in elektroniese inligtingbergingstegnologie. Die mees gebruikte magneto-optiese materiaal in die sigbare en nabye-infrarooi bande is Terbium Gallium Garnet (TGG) enkelkristal, wat die beste magneto-optiese materiaal is vir die maak van Faraday-rotators en -isolators.
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 groot produkte te produseer en kan in optiese vesels getrek word. Daarom het dit breë toepassingsvooruitsigte in magneto-optiese toestelle soos magneto-optiese isolators, magneto-optiese modulators en veseloptiese stroomsensors. As gevolg van sy groot magnetiese moment en klein absorpsiekoëffisiënt in die sigbare en infrarooi gebied, het Tb3+-ione algemeen gebruikte seldsame aardione in magneto-optiese brille geword.
Terbium disprosium ferromagnetostriktiewe legering
Aan die einde van die 20ste eeu, met die verdieping van die wêreldwye wetenskaplike en tegnologiese rewolusie, het nuwe seldsame aard-toegepaste materiale vinnig ontstaan. In 1984 het die Iowa State University van die Verenigde State, die Ames Laboratorium van die Verenigde State se Departement van Energie van die Verenigde State en die Amerikaanse Vloot se Surface Weapons Research Center (die hoofpersoneel van die later gestigte American Edge Technology Company (ET REMA) het van die sentrum gekom) gesamentlik 'n nuwe seldsame aard-Smart-materiaal ontwikkel, naamlik terbiumdisprosium-ysterreus-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 omsetters wat van hierdie reuse-magnetostriktiewe materiaal gemaak is, is suksesvol gekonfigureer in vloottoerusting, olieputopsporingsluidsprekers, geraas- en vibrasiebeheerstelsels, en oseaanverkenning en ondergrondse kommunikasiestelsels. Daarom, sodra die terbiumdisprosium-ysterreus-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 terbiumdisprosium-ysterreus-magnetostriktiewe materiale en hulle Terfenol D genoem. Daarna het Swede, Japan, Rusland, die Verenigde Koninkryk en Australië ook terbiumdisprosium-ysterreus-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 terbiumdisprosium-ysterreus-magnetostriktiewe materiale deur militêre en nasionale verdedigingsdepartemente 'n historiese noodsaaklikheid wees.
Kortliks, die vele uitstekende eienskappe van terbium maak dit 'n onontbeerlike lid van baie funksionele materiale en 'n onvervangbare posisie in sommige toepassingsvelde. As gevolg van die hoë prys van terbium, het mense egter bestudeer hoe om die gebruik van terbium te vermy en te minimaliseer om produksiekoste te verminder. Byvoorbeeld, seldsame aardmagneto-optiese materiale moet ook laekoste-disprosium-ysterkobalt of gadoliniumterbiumkobalt soveel as moontlik 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 klaarkom nie, daarom moet ons by die beginsel van "die gebruik van goeie staal op die lem" hou en probeer om die gebruik van terbium soveel as moontlik te bespaar.
Plasingstyd: 05 Julie 2023