Terbiumtillhör kategorin tungsällsynta jordar, med ett lågt överflöd i jordskorpan vid endast 1,1 ppm. Terbiumoxid står för mindre än 0,01% av de totala sällsynta jordarna. Även i den höga yttriumjonstypen tunga sällsynta jordmalm med det högsta innehållet i terbium, står terbiuminnehållet endast för 1,1-1,2% av den totala sällsynta jorden, vilket indikerar att det tillhör den "ädla" kategorin av sällsynta jordarelement. I över 100 år sedan upptäckten av Terbium 1843 har dess knapphet och värde förhindrat dess praktiska tillämpning under lång tid. Det är först under de senaste 30 åren som Terbium har visat sin unika talang。
Upptäck historia
Den svenska kemisten Carl Gustaf Mosander upptäckte Terbium 1843. Han hittade dess föroreningar iYttrium (iii) oxidochY2o3. Yttrium är uppkallad efter byn Ytterby i Sverige. Innan uppkomsten av jonbytsteknik isolerades inte terbium i sin rena form.
Mosant delade först yttrium (iii) oxid i tre delar, alla uppkallad efter malmer: yttrium (iii) oxid,Erbium (iii) oxidoch terbiumoxid. Terbiumoxid bestod ursprungligen av en rosa del på grund av elementet som nu kallas erbium. ”Erbium (iii) oxid” (inklusive vad vi nu kallar terbium) var ursprungligen den väsentligen färglösa delen i lösningen. Den olösliga oxiden i detta element anses vara brun.
Senare arbetare kunde knappast observera den lilla färglösa "erbium (iii) oxiden", men den lösliga rosa delen kunde inte ignoreras. Debatter om förekomsten av erbium (iii) oxid har uppstått upprepade gånger. I kaoset vändes det ursprungliga namnet och utbytet av namn fastnade, så den rosa delen nämndes så småningom som en lösning som innehåller Erbium (i lösningen var det rosa). Det tros nu att arbetare som använder natriumbisulfat eller kaliumsulfatCerium (iv) oxidUt ur yttrium (iii) oxid och oavsiktligt förvandla terbium till ett sediment som innehåller cerium. Endast cirka 1% av den ursprungliga Yttrium (iii) oxiden, nu känd som "terbium", räcker för att överföra en gulaktig färg till yttrium (iii) oxid. Därför är terbium en sekundär komponent som initialt innehöll den, och den styrs av dess omedelbara grannar, gadolinium och dysprosium.
Därefter, när andra sällsynta jordartselement separerades från denna blandning, oavsett andelen oxid, behölls namnet på terbium tills slutligen, den bruna oxiden av terbium erhölls i ren form. Forskare på 1800 -talet använde inte ultraviolett fluorescensteknologi för att observera ljusa gula eller gröna knölar (III), vilket gjorde det enklare för terbium att bli erkända i fasta blandningar eller lösningar.
Elektronkonfiguration
Elektronkonfiguration:
1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D10 4P6 5S2 4D10 5P6 6S2 4F9
Elektronkonfigurationen av terbium är [XE] 6S24F9. Normalt kan endast tre elektroner avlägsnas innan kärnkraften blir för stor för att ytterligare joniseras, men i fallet med terbium tillåter semi -fylld terbium att den fjärde elektronen ytterligare joniseras i närvaro av mycket starka oxidanter såsom fluorgas.
Terbium är en silvervit sällsynt jordjord med duktilitet, seghet och mjukhet som kan skäras med en kniv. Smältpunkt 1360 ℃, kokpunkt 3123 ℃, densitet 8229 4 kg/m3. Jämfört med den tidiga lantaniden är den relativt stabil i luften. Som det nionde elementet i lantanid är terbium en metall med stark elektricitet. Den reagerar med vatten för att bilda väte.
I naturen har terbium aldrig visat sig vara ett fritt element, varav en liten mängd finns i fosfocerium thoriumsand och gadolinit. Terbium samexisterar med andra sällsynta jordartselement i monazit sand, med ett generellt 0,03% terbiuminnehåll. Andra källor är xenotime och svarta sällsynta guldmalm, som båda är blandningar av oxider och innehåller upp till 1% terbium.
Ansökan
Tillämpningen av Terbium involverar mestadels högteknologiska fält, som är teknikintensiva och kunskapsintensiva banbrytande projekt, såväl som projekt med betydande ekonomiska fördelar, med attraktiva utvecklingsutsikter.
De viktigaste applikationsområdena inkluderar:
(1) Används i form av blandade sällsynta jordar. Till exempel används det som en sällsynt jordbruksgödsel och fodertillsats för jordbruk.
(2) Aktivator för grönt pulver i tre primära fluorescerande pulver. Moderna optoelektroniska material kräver användning av tre grundfärger av fosforer, nämligen rött, grönt och blått, som kan användas för att syntetisera olika färger. Och terbium är en oundgänglig komponent i många högkvalitativa gröna fluorescerande pulver.
(3) Används som ett magneto optiskt lagringsmaterial. Amorfa metall terbiumövergångsmetalllegeringar tunna filmer har använts för att tillverka högpresterande magnetooptiska skivor.
(4) Tillverkning av magneto optiskt glas. Faraday roterande glas som innehåller terbium är ett viktigt material för tillverkning av rotatorer, isolatorer och cirkulatorer inom laserteknik.
(5) Utvecklingen och utvecklingen av terbium dysprosium ferromagnetostrictive legering (terfenol) har öppnat nya applikationer för terbium.
För jordbruk och djurhållning
Sällsynta jordarts terbium kan förbättra kvaliteten på grödor och öka hastigheten för fotosyntes inom ett visst koncentrationsområde. Terbiumkomplex har hög biologisk aktivitet. Ternära komplex av terbium, TB (ALA) 3BENIM (CLO4) 3 · 3H2O, har goda antibakteriella och bakteriedödande effekter på Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis och Escherichia coli. De har ett brett antibakteriellt spektrum. Studien av sådana komplex ger en ny forskningsriktning för moderna bakteriedödande läkemedel.
Används inom området luminescens
Moderna optoelektroniska material kräver användning av tre grundfärger av fosforer, nämligen rött, grönt och blått, som kan användas för att syntetisera olika färger. Och terbium är en oundgänglig komponent i många högkvalitativa gröna fluorescerande pulver. Om födelsen av sällsynta jordarfärgs -TV -röda fluorescerande pulver har stimulerat efterfrågan på yttrium och europium, har applikationen och utvecklingen av terbium främjats av sällsynta jordar tre primärfärggrön fluorescerande pulver för lampor. I början av 1980-talet uppfann Philips världens första kompakta energibesparande lysrör och främjade snabbt den globalt. TB3+-joner kan avge grönt ljus med en våglängd av 545 nm, och nästan alla sällsynta jordgröna fosforer använder terbium som aktivator.
Den gröna fosforen för färg -TV -katodstrålrör (CRT) har alltid baserats på zinksulfid, vilket är billigt och effektivt, men terbiumpulvret har alltid använts som den gröna fosforen för projiceringsfärg -TV, inklusive Y2SIO5 ∶ TB3+, Y3 (AL, GA) 5O12 ∶ TB3+och LAOBR ∶ TB3+. Med utvecklingen av stor skärm högupplöst tv (HDTV) utvecklas också högpresterande gröna fluorescerande pulver för CRT. Till exempel har ett hybridgrönt fluorescerande pulver utvecklats utomlands, bestående av Y3 (AL, GA) 5O12: TB3+, LAOCL: TB3+och Y2SIO5: TB3+, som har utmärkt luminescenseffektivitet vid hög strömtäthet.
Det traditionella röntgenfluorescerande pulvret är kalciumframstat. In the 1970s and 1980s, rare earth phosphors for intensifying screens were developed, such as terbium activated sulfur Lanthanum oxide, terbium activated bromine Lanthanum oxide (for green screens), terbium activated sulfur Yttrium(III) oxide, etc. Compared with calcium tungstate, rare earth fluorescent powder can reduce the time of X-ray irradiation for patients by 80%, förbättrar upplösningen av röntgenfilmer, förlänger livslängden för röntgenrör och minskar energiförbrukningen. Terbium används också som en fluorescerande pulveraktivator för medicinska röntgenförbättringsskärmar, vilket kan förbättra känsligheten för röntgenomvandling kraftigt till optiska bilder, förbättra tydligheten i röntgenfilmer och kraftigt minska exponeringsdosen för röntgenstrålar för människokroppen (med mer än 50%).
Terbium används också som aktivator i den vita LED -fosforen upphetsad av blått ljus för ny halvledarbelysning. Det kan användas för att producera terbium aluminiummagneto optiska kristallfosforer, med användning av blått ljus som emitterande dioder som excitationsljuskällor, och den genererade fluorescensen blandas med excitationsljuset för att producera rent vitt ljus.
De elektroluminescerande materialen tillverkade av terbium inkluderar huvudsakligen zinksulfidgrön fosfor med terbium som aktivator. Under ultraviolett bestrålning kan organiska komplex av terbium avge stark grön fluorescens och kan användas som tunnfilmelektroluminescerande material. Även om betydande framsteg har gjorts i studien av sällsynta jordarts organiska komplexa elektroluminescerande tunna filmer, finns det fortfarande ett visst gap från praktiska, och forskning om sällsynta jordarts organiska komplexa elektroluminescerande tunna filmer och enheter är fortfarande djup.
Fluorescensegenskaperna för terbium används också som fluorescensprober. For example, Ofloxacin terbium (Tb3+) fluorescence probe was used to study the interaction between Ofloxacin terbium (Tb3+) complex and DNA (DNA) by fluorescence spectrum and absorption spectrum, indicating that Ofloxacin Tb3+probe can form a groove binding with DNA molecules, and DNA can significantly enhance the fluorescence of OFLOXACIN TB3+SYSTEM. Baserat på denna förändring kan DNA bestämmas.
För magneto optiska material
Material med Faraday-effekt, även känd som magneto-optiska material, används ofta i lasrar och andra optiska enheter. Det finns två vanliga typer av magneto optiska material: magneto optiska kristaller och magneto optiskt glas. Bland dem har magneto-optiska kristaller (såsom yttrium järngranat och terbium gallium granat) fördelarna med justerbar driftsfrekvens och hög termisk stabilitet, men de är dyra och svåra att tillverka. Dessutom har många magneto-optiska kristaller med hög Faraday rotationsvinkel hög absorption i kortvågområdet, vilket begränsar deras användning. Jämfört med Magneto -optiska kristaller har Magneto Optical Glass fördelen med hög överföring och är lätt att göras till stora block eller fibrer. För närvarande är magneto-optiska glasögon med hög Faraday-effekt huvudsakligen sällsynta jordgopade glasögon.
Används för magneto optiska lagringsmaterial
Under de senaste åren, med den snabba utvecklingen av multimedia- och kontorsautomation, har efterfrågan på nya magnetiska skivor med hög kapacitet ökat. Amorfa metall terbiumövergångsmetalllegeringsfilmer har använts för att tillverka högpresterande magnetooptiska skivor. Bland dem har TBFECO -legeringens tunna film den bästa prestandan. Terbiumbaserade magneto-optiska material har producerats i stor skala, och magneto-optiska skivor gjorda av dem används som datalagringskomponenter, med lagringskapacitet ökat med 10-15 gånger. De har fördelarna med stor kapacitet och snabb åtkomsthastighet och kan torkas och belagas tiotusentals gånger när de används för optiska skivor med hög täthet. Det är viktiga material inom elektronisk informationslagringsteknik. Det mest använda magnetooptiska materialet i de synliga och nära infraröda banden är terbium gallium granat (TGG) enkelkristall, som är det bästa magnetooptiska materialet för att göra Faraday-rotatorer och isolatorer.
För magneto optiskt glas
Faraday Magneto Optical Glass har god transparens och isotropi i de synliga och infraröda regionerna och kan bilda olika komplexa former. Det är lätt att producera stora produkter och kan dras in i optiska fibrer. Därför har den breda tillämpningsmöjligheter i magneto optiska enheter som magneto optiska isolatorer, magneto optiska modulatorer och fiberoptiska strömsensorer. På grund av dess stora magnetiska ögonblick och små absorptionskoefficient i det synliga och infraröda området har TB3+-joner ofta använts sällsynta jordjoner i magneto optiska glas.
Terbium dysprosium ferromagnetostiktiv legering
I slutet av 1900 -talet, med fördjupningen av världens vetenskapliga och tekniska revolution, dyker upp nya sällsynta jordartsmaterial snabbt. 1984, Iowa State University of the United States, Ames Laboratory of the United States Department of Energy of the United States och US Navy Surface Weapons Research Center (huvudpersonalen i det senare etablerade American Edge Technology Company (ET REMA) kom från centrum) tillsammans utvecklade ett nytt sällsynt jordartsmaterial, nämligen terbium dysprosium järnjätte magnetostriktiva material. Detta nya smarta material har de utmärkta egenskaperna för att snabbt omvandla elektrisk energi till mekanisk energi. De undervattens- och elektroakustiska givarna gjorda av detta gigantiska magnetostiktiva material har framgångsrikt konfigurerats i marinutrustning, oljebrunnsdetekteringshögtalare, brus- och vibrationskontrollsystem och havsutforskning och underjordiska kommunikationssystem. Så snart Terbium dysprosium järnjätten magnetostiktivt material föddes, fick det omfattande uppmärksamhet från industrialiserade länder runt om i världen. Edge Technologies i USA började producera terbium dysprosium järnjätte magnetostiktiva material 1989 och utsåg dem till Terfenol D. därefter, Sverige, Japan, Ryssland, Storbritannien och Australien utvecklade också terbium dysprosium järngigantmagnetostiktande material.
Från historien om utvecklingen av detta material i USA är både uppfinningen av materialet och dess tidiga monopolistiska tillämpningar direkt relaterade till den militära industrin (som marinen). Även om Kinas militära och försvarsavdelningar gradvis stärker sin förståelse för detta material. Efter att Kinas omfattande nationella makt har ökat avsevärt kommer kraven för att förverkliga den militära konkurrensstrategin under 2000 -talet och förbättra utrustningsnivån säkert att vara mycket brådskande. Därför kommer den utbredda användningen av Terbium dysprosium järnjätte magnetostiktiva material av militära och nationella försvarsavdelningar att vara en historisk nödvändighet.
Kort sagt, de många utmärkta egenskaperna hos terbium gör det till en oumbärlig medlem av många funktionella material och en oerättlig position i vissa applikationsfält. På grund av det höga priset på terbium har emellertid människor studerat hur man undviker och minimerar användningen av terbium för att minska produktionskostnaderna. Till exempel bör sällsynta jordartsmagneto-optiska material också använda billiga dysprosiumjärn-kobolt eller gadolinium terbiumkobolt så mycket som möjligt; Försök att minska innehållet i terbium i det gröna fluorescerande pulvret som måste användas. Priset har blivit en viktig faktor som begränsar den utbredda användningen av terbium. Men många funktionella material kan inte klara sig utan det, så vi måste följa principen om att "använda bra stål på bladet" och försöka rädda användningen av terbium så mycket som möjligt.
Posttid: JUL-05-2023