Terbiumtillhör kategorin tunga sällsynta jordar, med ett lågt överflöd i jordskorpan vid endast 1,1 ppm.Terbiumoxidstår för mindre än 0,01% av de totala sällsynta jordarna. Även i den höga yttriumjontypen tung sällsynta jordmalm med det högsta innehållet i terbium, står terbiuminnehållet endast för 1,1-1,2% av det totalasällsynt jord, vilket indikerar att det tillhör kategorin "ädla"sällsynt jordelement. I över 100 år sedan upptäckten av Terbium 1843 har dess knapphet och värde förhindrat dess praktiska tillämpning under lång tid. Det är bara de senaste 30 åren somterbiumhar visat sin unika talang.
Upptäck historia
Den svenska kemisten Carl Gustaf Mosander upptäckte Terbium 1843. Han upptäckte dess föroreningar iyttriumoxidochY2o3. Yttriumär uppkallad efter byn Itby i Sverige. Innan uppkomsten av jonbytsteknik isolerades inte terbium i sin rena form.
Mossander delade förstyttriumoxidi tre delar, alla uppkallad efter malmer:yttriumoxid, erbiumoxidochterbiumoxid. Terbiumoxidvar ursprungligen sammansatt av en rosa del på grund av elementet nu känt somerbium. Erbiumoxid(inklusive vad vi nu kallar terbium) var ursprungligen en färglös del i lösningen. Den olösliga oxiden i detta element anses vara brun.
Senare arbetare tyckte att det var svårt att observera små färglösa “erbiumoxid”, Men den lösliga rosa delen kan inte ignoreras. Debatten om förekomsten averbiumoxidhar upprepade gånger dykt upp. 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 natriumdisulfid eller kaliumsulfat för att avlägsna ceriumdioxid frånyttriumoxidoavsiktligt vänderterbiumtill cerium som innehåller fällningar. För närvarande känd som 'terbium', bara cirka 1% av originaletyttriumoxidär närvarande, men detta är tillräckligt för att överföra en ljusgul färg tillyttriumoxid. Därför,terbiumär en sekundär komponent som ursprungligen innehöll den, och den styrs av dess omedelbara grannar,gadoliniumochdyspros.
Efteråt, när andrasällsynt jordElement separerades från denna blandning, oavsett andelen oxid, bibehölls namnet på terbium tills slutligen den bruna oxiden avterbiumerhölls 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
Elektronisk layout:
1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D10 4P6 5S2 4D10 5P6 6S2 4F9
Det elektroniska arrangemanget avterbiumär [XE] 6S24F9. Normalt kan endast tre elektroner avlägsnas innan kärnkraften blir för stor för att ytterligare joniseras. Emellertid i falletterbium, den halvfylldaterbiummöjliggör ytterligare jonisering av den fjärde elektronen i närvaro av en mycket stark oxidant såsom fluorgas.
Metall
Terbiumär en silvervit sällsynt jordjord metall med duktilitet, seghet och mjukhet som kan skäras med en kniv. Smältpunkt 1360 ℃, kokpunkt 3123 ℃, densitet 8229 4 kg/m3. Jämfört med tidiga lantanidelement är det relativt stabilt i luften. Det nionde elementet i lantanidelement, terbium, är en mycket laddad metall som reagerar med vatten för att bilda vätgas.
I naturen,terbiumhar aldrig visat sig vara ett fritt element, närvarande i små mängder i fosfor cerium thoriumsand och kisel Beryllium yttriummalm.Terbiumsamexisterar med andra sällsynta jordartselement i monazit sand, med ett generellt 0,03% terbiuminnehåll. Andra källor inkluderar yttriumfosfat och sällsynt jordguldguld, som båda är blandningar av oxider som innehåller upp till 1% terbium.
Ansökan
Tillämpning avterbiumDet 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. Ochterbiumär en oumbärlig komponent i många högkvalitativa gröna fluorescerande pulver.
(3) Används som ett magneto optiskt lagringsmaterial. Amorf metall terbiumövergångsmetalllegering tunna filmer har använts för att tillverka högpresterande magneto optiska 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
Sällsynt jordterbiumKan förbättra kvaliteten på grödor och öka fotosynteshastigheten inom ett visst koncentrationsområde. Komplexen av terbium har hög biologisk aktivitet och de ternära komplexen avterbium, TB (ALA) 3BENIM (CLO4) 3-3H2O, har goda antibakteriella och bakteriedödande effekter på Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis och Escherichia coli, med bredspektrum antibakteriella egenskaper. Studien av dessa 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 jordarfärg tv -röda fluorescerande pulver har stimulerat efterfrågan påyttriumocheuropium, då 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 på 545 nm, och nästan alla sällsynta jordgröna fluorescerande pulver använderterbium, som aktivator.
Det gröna fluorescerande pulvret som används för färg -TV -katodstrålerör (CRT) har alltid huvudsakligen baserats på billig och effektiv zink -sulfid, men terbiumpulver har alltid använts som projiceringsfärg -TV -pulver, såsom 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. På 1970- och 1980 -talet utvecklades sällsynta jordfluorescerande pulver för sensibiliseringsskärmar, till exempelterbium, aktiverad lantanumsulfidoxid, terbiumaktiverad lantanumbromidoxid (för gröna skärmar) och terbiumaktiverade yttriumsulfidoxid. Jämfört med kalciumvänt kan sällsynt fluorescerande pulver minska tiden för röntgenstrålning för patienter med 80%, förbättra upplösningen av röntgenfilmer, förlänga livslängden för röntgenrör och minska 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%).
Terbiumanvänds också som aktivator i den vita LED -fosforen som är upphetsad av blått ljus för ny halvledarbelysning. Det kan användas för att producera terbium aluminium magneto 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 zinksulfidgrönt fluorescerande pulver medterbiumsom 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 avsällsynt jordOrganiskt komplex elektroluminescerande tunna filmer, det finns fortfarande ett visst gap från praktiska, och forskning om sällsynta jordartsorganiska komplexa elektroluminescerande tunna filmer och enheter är fortfarande i djupet.
Fluorescensegenskaperna för terbium används också som fluorescensprober. Interaktionen mellan ofloxacin terbium (TB3+) -komplex och deoxyribonukleinsyra (DNA) studerades med användning av fluorescens- och absorptionsspektra, såsom fluorescenssond av ofloxacin terbium (TB3+). Resultaten visade att Ofloxacin Tb3+-sond kan bilda en spårbindning med DNA -molekyler, och deoxyribonukleinsyra kan förbättra fluorescensen av ofloxacin -systemet. Baserat på denna förändring kan deoxyribonukleinsyra 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 höga Faraday-rotationsvinklar 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. Amorf metall terbiumövergångsmetalllegering tunna filmer har använts för att tillverka högpresterande magneto optiska 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 den kontinuerliga fördjupningen av världens tekniska revolution, växte nya sällsynta jordartsmaterial snabbt. 1984, Iowa State University, Ames Laboratory vid US Department of Energy, och US Navy Surface Weapons Research Center (från vilket huvudpersonalen i det senare etablerade Edge Technology Corporation (ET REMA) kom) samarbetade för att utveckla ett nytt sällsynt intelligent material, nämligen terbiumdysprosium ferromagnetiska magnetostriktiva material. Detta nya intelligenta material har utmärkta egenskaper 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. Men med den betydande förbättringen av Kinas omfattande nationella styrka kommer efterfrågan på att uppnå en militär konkurrensstrategi från 2000 -talet och förbättra utrustningsnivåerna definitivt 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 hosterbiumGör 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 jordmagneto-optiska material också använda billigtdyslingjärnKobolt 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 avterbium. 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 avterbiumså mycket som möjligt.
Posttid: oktober-25-2023