Terbiumaparține categoriei de pământuri rare grele, cu o abundență scăzută în crusta pământului la doar 1,1 ppm.Oxid de terbiumReprezintă mai puțin de 0,01% din totalul pământurilor rare. Chiar și în tipul de ioni de yttrium ridicat cu cel mai mare conținut de terbium, conținutul de terbium reprezintă doar 1,1-1,2% din totalPământ rar, indicând că aparține categoriei „nobile” dinPământ rarelemente. De peste 100 de ani de la descoperirea terbiului în 1843, deficitul și valoarea sa au împiedicat aplicarea sa practică pentru o lungă perioadă de timp. Abia în ultimii 30 de aniterbiumși -a arătat talentul unic.
Descoperirea istoriei
Chimistul suedez Carl Gustaf Mosander a descoperit terbium în 1843. Și -a descoperit impuritățile înOxid de yttriumşiY2O3. Yttriumeste numit după satul Itby din Suedia. Înainte de apariția tehnologiei de schimb de ioni, terbiul nu a fost izolat în forma sa pură.
Mossander s -a împărțit mai întâiOxid de yttriumîn trei părți, toate numite după minereuri:Oxid de yttrium, Oxid de erbium, șiOxid de terbium. Oxid de terbiuma fost compus inițial dintr -o parte roz, datorită elementului cunoscut acum caerbium. Oxid de erbium(inclusiv ceea ce numim acum terbium) a fost inițial o parte incoloră în soluție. Oxidul insolubil al acestui element este considerat maro.
Ulterior, lucrătorii le -a fost dificil să observe minusculi incolore "Oxid de erbium„, Dar partea roz solubilă nu poate fi ignorată. Dezbaterea asupra existențeiOxid de erbiuma apărut în mod repetat. În haos, numele inițial a fost inversat și schimbul de nume a fost blocat, astfel încât partea roz a fost menționată în cele din urmă ca o soluție care conține erbium (în soluție, a fost roz). Se crede acum că lucrătorii care folosesc disulfură de sodiu sau sulfat de potasiu pentru a îndepărta dioxidul de ceriu dinOxid de yttriumse întoarce neintenționatterbiumîn ceriu care conține precipitate. Cunoscut în prezent ca 'terbium', doar aproximativ 1% din originalOxid de yttriumeste prezent, dar acest lucru este suficient pentru a transmite o culoare galben deschisOxid de yttrium. Prin urmare,terbiumeste o componentă secundară care a conținut -o inițial și este controlată de vecinii săi imediați,gadoliniumşidisprosiu.
După aceea, ori de câte ori altulPământ rarelementele au fost separate de acest amestec, indiferent de proporția de oxid, numele de terbium a fost reținut până în sfârșit, oxidul brun alterbiuma fost obținut sub formă pură. Cercetătorii din secolul al XIX -lea nu au folosit tehnologie de fluorescență ultravioletă pentru a observa noduli galbeni strălucitori sau verzi (III), ceea ce face mai ușor să fie recunoscut terbiul în amestecuri sau soluții solide.
Configurare electronică
Aspect electronic:
1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D10 4P6 5S2 4D10 5P6 6S2 4F9
Aranjamentul electronic alterbiumeste [XE] 6S24F9. În mod normal, doar trei electroni pot fi îndepărtați înainte ca încărcarea nucleară să devină prea mare pentru a fi ionizați în continuare. Cu toate acestea, în cazulterbium, semi -umplutterbiumPermite ionizarea suplimentară a celui de -al patrulea electron în prezența unui oxidant foarte puternic, cum ar fi gazul cu fluor.
Metal
Terbiumeste un metal alb argintiu rar de pământ, cu ductilitate, duritate și moale care poate fi tăiat cu un cuțit. Punctul de topire 1360 ℃, punct de fierbere 3123 ℃, densitate 8229 4kg/m3. În comparație cu elementele de lantanidă timpurie, este relativ stabil în aer. Al nouălea element al elementelor de lantanidă, Terbium, este un metal extrem de încărcat care reacționează cu apa pentru a forma gaz de hidrogen.
În natură,terbiumnu s -a dovedit niciodată a fi un element liber, prezent în cantități mici în nisip de toriu fosfor de ceriu și minereu de siliciu beriliu de yttrium.TerbiumCoexiști cu alte elemente rare de pământ în nisip monazit, cu un conținut în general de 0,03% de terbium. Alte surse includ fosfat de yttrium și aur rar de pământ, ambele fiind amestecuri de oxizi care conțin până la 1% terbium.
Aplicație
AplicareaterbiumÎn mare parte implică domenii de înaltă tehnologie, care sunt proiecte de ultimă oră intensiv în tehnologie și intensiv în cunoștințe, precum și proiecte cu beneficii economice semnificative, cu perspective atractive de dezvoltare.
Principalele domenii de aplicare includ:
(1) utilizat sub formă de pământ mixt rar. De exemplu, este utilizat ca îngrășământ rar compus de pământ și aditiv pentru agricultură.
(2) Activator pentru pulbere verde în trei pulberi fluorescente primare. Materialele optoelectronice moderne necesită utilizarea a trei culori de bază de fosfori, și anume roșu, verde și albastru, care pot fi utilizate pentru a sintetiza diverse culori. Şiterbiumeste o componentă indispensabilă în multe pulberi fluorescente verzi de înaltă calitate.
(3) utilizat ca material de stocare optică Magneto. Au fost utilizate filme subțiri din aliaj de metal cu terbium metalic de metal amorf pentru fabricarea discurilor optice magneto de înaltă performanță.
(4) Fabricarea sticlei optice Magneto. Sticla rotativă Faraday care conține terbium este un material cheie pentru producția de rotatori, izolatori și circulatori în tehnologia laserului.
(5) Dezvoltarea și dezvoltarea aliajului de ferromagnetostrictiv al terbiului (Terfenol) a deschis noi aplicații pentru terbium.
Pentru agricultură și creșterea animalelor
Pământ rarterbiumpoate îmbunătăți calitatea culturilor și poate crește rata de fotosinteză într -un anumit interval de concentrație. Complexele de terbium au o activitate biologică ridicată și complexele ternare aleterbium, TB (ALA) 3BENIM (CLO4) 3-3H2O, au efecte antibacteriene și bactericide bune asupra Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis și Escherichia coli, cu proprietăți antibacteriene cu spectru larg. Studiul acestor complexe oferă o nouă direcție de cercetare pentru medicamentele bactericide moderne.
Utilizat în domeniul luminescenței
Materialele optoelectronice moderne necesită utilizarea a trei culori de bază de fosfori, și anume roșu, verde și albastru, care pot fi utilizate pentru a sintetiza diverse culori. Iar terbiul este o componentă indispensabilă în multe pulberi fluorescente verzi de înaltă calitate. Dacă nașterea rarelor color de pământ TV, pulberea fluorescentă roșie a stimulat cerereaYttriumşieuropiu, atunci aplicarea și dezvoltarea terbiumului au fost promovate de rare Earth Three Color Primar Primar Pulbere fluorescentă verde pentru lămpi. La începutul anilor 1980, Philips a inventat prima lampă fluorescentă de economisire a energiei compacte din lume și a promovat-o rapid la nivel global. Ionii TB3+pot emite lumină verde cu o lungime de undă de 545 nm și aproape toate utilizarea rară a pulberilor fluorescente de pământ verdeterbium, ca activator.
Pulberea fluorescentă verde folosită pentru tuburile cu raze de catod TV color (CRTS) s -a bazat întotdeauna în principal pe sulfură de zinc ieftină și eficientă, dar pulberea de terbium a fost întotdeauna folosită ca proiecție color TV Pudră verde, cum ar fi Y2SIO5: TB3+, Y3 (AL, GA) 5O12: TB3+și Laobr: TB3+. Odată cu dezvoltarea de televiziune de înaltă definiție cu ecran mare (HDTV), sunt dezvoltate și pulberi fluorescente verzi de înaltă performanță pentru CRT-uri. De exemplu, a fost dezvoltată o pulbere fluorescentă verde hibridă în străinătate, formată din Y3 (AL, GA) 5O12: TB3+, LAOCL: TB3+și Y2SIO5: TB3+, care au o eficiență excelentă a luminiscenței la densitate mare de curent.
Pulberea fluorescentă cu raze X tradiționale este Tungstatul de calciu. În anii ’70 -’80, au fost dezvoltate pulberi fluorescente de pământ rare pentru ecrane de sensibilizare, cum ar fiterbium, oxid de sulfură de lantan activat, oxid de bromură de lanthanum activat de terbiu (pentru ecrane verzi) și oxid de sulfură de yttrium activat de terbium. În comparație cu tungstatul de calciu, pulberea fluorescentă de pământ rară poate reduce timpul iradierii cu raze X pentru pacienți cu 80%, să îmbunătățească rezoluția filmelor cu raze X, să extindă durata de viață a tuburilor cu raze X și reduce consumul de energie. Terbiul este, de asemenea, utilizat ca activator fluorescent de pulbere pentru ecranele de îmbunătățire a razelor X medicale, ceea ce poate îmbunătăți considerabil sensibilitatea conversiei cu raze X în imagini optice, îmbunătățesc claritatea filmelor cu raze X și reduce considerabil doza de expunere a razelor X la corpul uman (cu mai mult de 50%).
Terbiumeste, de asemenea, utilizat ca activator în fosforul LED alb excitat de lumina albastră pentru iluminarea cu semiconductor nou. Poate fi utilizat pentru a produce fosfori de cristal optic din aluminiu de terbium, folosind diode care emit lumină albastră ca surse de lumină de excitație, iar fluorescența generată este amestecată cu lumina de excitație pentru a produce lumină albă pură
Materialele electroluminescente realizate din terbium includ în principal pulbere fluorescentă cu sulfură de zinc cu sulfură verde cuterbiumca activator. În cadrul iradierii ultraviolete, complexele organice de terbium pot emite fluorescență verde puternică și pot fi utilizate ca materiale electroluminescente cu film subțire. Deși s -au făcut progrese semnificative în studiulPământ rarFilme subțiri electroluminescente complexe organice, există încă un anumit decalaj din practicitatea, iar cercetarea asupra filmelor și dispozitivelor subțiri electroluminescente ale complexului organic rar este încă în profunzime.
Caracteristicile de fluorescență ale terbiului sunt, de asemenea, utilizate ca sonde de fluorescență. Interacțiunea dintre complexul de terbium ofloxacin (Tb3+) și acidul deoxiribonucleic (ADN) a fost studiată folosind spectre de fluorescență și absorbție, cum ar fi sonda de fluorescență a ofloxacin terbium (TB3+). Rezultatele au arătat că sonda Ofloxacin TB3+poate forma o legătură cu canelura cu molecule de ADN, iar acidul dezoxiribonucleic poate îmbunătăți semnificativ fluorescența sistemului Ofloxacin TB3+. Pe baza acestei modificări, poate fi determinat acidul dezoxiribonucleic.
Pentru materiale optice magneto
Materialele cu efect Faraday, cunoscute și sub denumirea de materiale magneto-optice, sunt utilizate pe scară largă în lasere și alte dispozitive optice. Există două tipuri comune de materiale optice magneto: cristale optice magneto și sticlă optică magneto. Printre ele, cristalele magneto-optice (cum ar fi granatul de fier Yttrium și granatul de galiu de terbium) au avantajele frecvenței de funcționare reglabile și a stabilității termice ridicate, dar sunt costisitoare și dificil de fabricat. În plus, multe cristale magneto-optice cu unghiuri de rotație Faraday ridicate au o absorbție ridicată în intervalul de undă scurtă, ceea ce limitează utilizarea acestora. În comparație cu cristalele optice Magneto, sticla optică cu magneto are avantajul unei transmisii ridicate și este ușor de făcut în blocuri sau fibre mari. În prezent, paharele magneto-optice cu efect Faraday ridicat sunt în principal ochelari dopați cu ioni de pământ rar.
Utilizate pentru materiale de stocare optică Magneto
În ultimii ani, odată cu dezvoltarea rapidă a automatizării multimedia și a birourilor, cererea de noi discuri magnetice de mare capacitate a crescut. Au fost utilizate filme subțiri din aliaj de metal cu terbium metalic de metal amorf pentru fabricarea discurilor optice magneto de înaltă performanță. Printre ei, filmul subțire aliaj TBFECO are cea mai bună performanță. Materiale magneto-optice pe bază de terbium au fost produse la scară largă, iar discurile magneto-optice realizate din ele sunt utilizate ca componente de stocare a computerului, cu capacitatea de stocare crescută de 10-15 ori. Acestea au avantajele unei capacități mari și a vitezei de acces rapid și pot fi șterse și acoperite de zeci de mii de ori atunci când sunt utilizate pentru discuri optice de înaltă densitate. Sunt materiale importante în tehnologia electronică de stocare a informațiilor. Cel mai des utilizat material magneto-optic în benzile vizibile și aproape infraroșu este un singur cristal de granat de galiu terbium (TGG), care este cel mai bun material magneto-optic pentru a face rotatori și izolatoare Faraday.
Pentru sticlă optică Magneto
Faraday Magneto Optical Sticla are o transparență bună și izotropie în regiunile vizibile și cu infraroșu și poate forma diverse forme complexe. Este ușor să produceți produse de dimensiuni mari și poate fi atras în fibre optice. Prin urmare, are perspective largi de aplicare în dispozitive optice magneto, cum ar fi izolatoare optice magneto, modulatoare optice magneto și senzori de curent cu fibră optică. Datorită momentului său magnetic mare și a coeficientului de absorbție mic în intervalul vizibil și infraroșu, ionii TB3+au devenit în mod obișnuit ioni rari de pământ în paharele optice magneto.
Aliaj de ferromagnostrictiv de terbium disprosium
La sfârșitul secolului XX, odată cu aprofundarea continuă a revoluției tehnologice mondiale, au apărut rapide noi materiale de aplicare a pământului rar. În 1984, Universitatea de Stat din Iowa, Laboratorul AMES al Departamentului de Energie al SUA și Centrul de Cercetare a Armelor de Suprafață a Marinei SUA (de la care a venit principalul personal al The Edge Technology Corporation (ET Rema) ulterior) a colaborat pentru a dezvolta un nou material inteligent rar al Pământului, și anume terbiu disprosiu ferromagnetic material. Acest nou material inteligent are caracteristici excelente de transformare rapidă a energiei electrice în energie mecanică. Traductoarele subacvatice și electro-acustice din acest material magnetostrictiv gigant au fost configurate cu succes în echipamente navale, difuzoare de detectare a puțurilor de ulei, sisteme de control al zgomotului și vibrațiilor și sisteme de explorare a oceanului și de comunicare subterană. Prin urmare, de îndată ce s -a născut materialul magnetostrictiv al gigantului de fier de terbium, acesta a primit o atenție largă din partea țărilor industrializate din întreaga lume. Tehnologiile Edge din Statele Unite au început să producă materiale magnetostrictive de fier de terbium cu disprosiu în 1989 și le -a numit Terfenol D. Ulterior, Suedia, Japonia, Rusia, Regatul Unit și Australia au dezvoltat, de asemenea, materiale magnetostrictive gigantice de fier de terbiu disprosium.
Din istoria dezvoltării acestui material în Statele Unite, atât invenția materialului, cât și aplicațiile sale monopoliste timpurii sunt direct legate de industria militară (cum ar fi Marina). Deși departamentele militare și de apărare ale Chinei își consolidează treptat înțelegerea acestui material. Cu toate acestea, odată cu îmbunătățirea semnificativă a forței naționale complete a Chinei, cererea de realizare a unei strategii competitive militare din secolul XXI și îmbunătățirea nivelului echipamentelor va fi cu siguranță foarte urgentă. Prin urmare, utilizarea pe scară largă a materialelor magnetostrictive ale gigantului de fier de terbium de către departamentele de apărare militare și naționale va fi o necesitate istorică.
Pe scurt, numeroasele proprietăți excelente aleterbiumFaceți -l un membru indispensabil al multor materiale funcționale și o poziție de neînlocuit în unele câmpuri de aplicație. Cu toate acestea, din cauza prețului ridicat al terbiului, oamenii au studiat cum să evite și să minimizeze utilizarea terbiului pentru a reduce costurile de producție. De exemplu, materialele magneto-optice ale pământului ar trebui să folosească, de asemenea, costuri redusefier de disprosiuPe cât posibil, cobalt sau gadolinium terbium; Încercați să reduceți conținutul de terbium în pulberea fluorescentă verde care trebuie utilizată. Prețul a devenit un factor important care restricționează utilizarea pe scară largă aterbium. Dar multe materiale funcționale nu pot face fără el, așa că trebuie să respectăm principiul „utilizării oțelului bun pe lamă” și să încercăm să salvăm utilizareaterbiumpe cât posibil.
Timpul post: 25-2023 octombrie