Terbijspada v kategorijo težkih redkih zemelj z nizko vsebnostjo v zemeljski skorji le 1,1 ppm.Terbijev oksidpredstavlja manj kot 0,01 % vseh redkih zemelj. Tudi v težki rudi redkih zemelj z visoko vsebnostjo itrijevih ionov z najvišjo vsebnostjo terbija predstavlja vsebnost terbija le 1,1-1,2 % celotneredke zemlje, kar pomeni, da spada v kategorijo »žlahtnih«.redke zemljeelementi. Več kot 100 let od odkritja terbija leta 1843 sta njegovo pomanjkanje in vrednost dolgo časa onemogočala njegovo praktično uporabo. To je šele v zadnjih 30 letihterbijpokazala svoj edinstven talent.
Odkrivanje zgodovine
Švedski kemik Carl Gustaf Mosander je leta 1843 odkril terbij. Njegove nečistoče je odkril vitrijev oksidinY2O3. Itrijje poimenovana po vasi Itby na Švedskem. Pred pojavom tehnologije ionske izmenjave terbij ni bil izoliran v svoji čisti obliki.
Mossander je najprej razdelilitrijev oksidna tri dele, vsi poimenovani po rudah:itrijev oksid, erbijev oksid, interbijev oksid. Terbijev oksidje bil prvotno sestavljen iz roza dela zaradi elementa, ki je danes znan koterbij. Erbijev oksid(vključno s tem, kar zdaj imenujemo terbij) je bil prvotno brezbarven del raztopine. Netopen oksid tega elementa velja za rjavega.
Poznejši delavci so težko opazili drobne brezbarvne "erbijev oksid“, vendar ne moremo prezreti topnega rožnatega dela. Razprava o obstojuerbijev oksidse je večkrat pojavilo. V kaosu se je prvotno ime obrnilo in izmenjava imen je obstala, tako da je bil rožnati del na koncu omenjen kot raztopina, ki vsebuje erbij (v raztopini je bil rožnat). Zdaj se verjame, da delavci, ki uporabljajo natrijev disulfid ali kalijev sulfat za odstranjevanje cerijevega dioksida izitrijev oksidnenamerno obrnititerbijv oborine, ki vsebujejo cerij. Trenutno znan kot "terbij', le približno 1 % izvirnikaitrijev oksidje prisoten, vendar je to dovolj za prenos svetlo rumene barve naitrijev oksid. zatoterbijje sekundarna komponenta, ki jo je prvotno vsebovala, nadzorujejo pa jo njeni neposredni sosedje,gadolinijindisprozij.
Potem, kadar koli drugjeredke zemljeelementi so bili ločeni iz te mešanice, ne glede na delež oksida, ime terbij se je obdržalo, dokler končno ni nastal rjavi oksidterbijpridobljen v čisti obliki. Raziskovalci v 19. stoletju niso uporabljali tehnologije ultravijolične fluorescence za opazovanje svetlo rumenih ali zelenih nodulov (III), zaradi česar je bilo terbij lažje prepoznati v trdnih mešanicah ali raztopinah.
Elektronska konfiguracija
Elektronska postavitev:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
Elektronska ureditevterbijje [Xe] 6s24f9. Običajno je mogoče odstraniti samo tri elektrone, preden jedrski naboj postane prevelik za nadaljnjo ionizacijo. Vendar pa v primeruterbij, pol napolnjenaterbijomogoča nadaljnjo ionizacijo četrtega elektrona v prisotnosti zelo močnega oksidanta, kot je plin fluor.
Kovina
Terbijje srebrno bela redka zemeljska kovina z duktilnostjo, žilavostjo in mehkobo, ki jo je mogoče rezati z nožem. Tališče 1360 ℃, vrelišče 3123 ℃, gostota 8229 4kg/m3. V primerjavi z zgodnjimi lantanoidnimi elementi je razmeroma stabilen v zraku. Deveti element lantanoidnih elementov, terbij, je visoko nabita kovina, ki reagira z vodo in tvori vodikov plin.
v naravi,terbijnikoli ni bilo ugotovljeno, da je prosti element, prisoten v majhnih količinah v fosforjevem cerijevem torijevem pesku in silicijevem berilijevem itrijevem rudi.Terbijsoobstaja z drugimi elementi redkih zemelj v monazitnem pesku, s splošno vsebnostjo terbija 0,03 %. Drugi viri vključujejo itrijev fosfat in zlato redkih zemelj, ki sta mešanici oksidov, ki vsebujeta do 1 % terbija.
Aplikacija
Uporabaterbijgre večinoma za visoko tehnološka področja, ki so tehnološko intenzivni in z znanjem intenzivni vrhunski projekti ter projekti z velikimi gospodarskimi koristmi, s privlačnimi razvojnimi obeti.
Glavna področja uporabe vključujejo:
(1) Uporablja se v obliki mešanice redkih zemelj. Uporablja se na primer kot sestavljeno gnojilo iz redkih zemelj in krmni dodatek za kmetijstvo.
(2) Aktivator za zeleni prah v treh primarnih fluorescentnih prahu. Sodobni optoelektronski materiali zahtevajo uporabo treh osnovnih barv fosforja, in sicer rdeče, zelene in modre, s katerimi lahko sintetiziramo različne barve. interbijje nepogrešljiva sestavina številnih visokokakovostnih zelenih fluorescentnih praškov.
(3) Uporablja se kot magnetno optični pomnilniški material. Tanki filmi iz zlitine prehodne kovine amorfne kovine terbija so bili uporabljeni za izdelavo visoko zmogljivih magnetno optičnih diskov.
(4) Proizvodnja magneto optičnega stekla. Faradayevo rotacijsko steklo, ki vsebuje terbij, je ključni material za izdelavo rotatorjev, izolatorjev in cirkulatorjev v laserski tehnologiji.
(5) Razvoj in razvoj terbij disprozijeve feromagnetostriktivne zlitine (TerFenol) je odprl nove aplikacije za terbij.
Za poljedelstvo in živinorejo
Redka zemljaterbijlahko izboljša kakovost pridelkov in poveča stopnjo fotosinteze v določenem območju koncentracij. Kompleksi terbija imajo visoko biološko aktivnost, ternarni kompleksi paterbij, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, imajo dobre antibakterijske in baktericidne učinke na Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis in Escherichia coli, s širokim spektrom antibakterijskih lastnosti. Študija teh kompleksov zagotavlja novo raziskovalno smer za sodobna baktericidna zdravila.
Uporablja se na področju luminiscence
Sodobni optoelektronski materiali zahtevajo uporabo treh osnovnih barv fosforja, in sicer rdeče, zelene in modre, s katerimi lahko sintetiziramo različne barve. In terbij je nepogrešljiva sestavina mnogih visokokakovostnih zelenih fluorescenčnih prahov. Če je rojstvo barvnega televizorja redkih zemelj, rdečega fluorescentnega prahu, spodbudilo povpraševanje poitrijinevropij, nato pa je uporabo in razvoj terbija spodbujal redkozemeljski triglavni zeleni fluorescentni prah za svetilke. V zgodnjih osemdesetih letih je Philips izumil prvo kompaktno energetsko varčno fluorescentno sijalko na svetu in jo hitro promoviral po vsem svetu. Ioni Tb3+ lahko oddajajo zeleno svetlobo z valovno dolžino 545 nm in skoraj vsi redki zemeljski zeleni fluorescenčni prahovi uporabljajoterbij, kot aktivator.
Zeleni fluorescentni prah, ki se uporablja za katodne cevi (CRT) za barvne televizorje, je vedno temeljil predvsem na poceni in učinkovitem cinkovem sulfidu, terbijev prah pa se je vedno uporabljal kot zeleni prah za projekcije barvnih televizorjev, kot je Y2SiO5: Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+ in LaOBr: Tb3+. Z razvojem televizije visoke ločljivosti z velikimi zasloni (HDTV) se razvijajo tudi visokozmogljivi zeleni fluorescenčni prahovi za CRT. V tujini so na primer razvili hibridni zeleni fluorescenčni prah, ki ga sestavljajo Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+ in Y2SiO5: Tb3+, ki imajo odlično učinkovitost luminiscence pri visoki gostoti toka.
Tradicionalni rentgenski fluorescentni prah je kalcijev volframat. V 1970-ih in 1980-ih so bili razviti redki zemeljski fluorescenčni prahovi za zaslone za občutljivost, kot je npr.terbij, aktiviran lantanov sulfid oksid, terbijem aktiviran lantanov bromid oksid (za zelene zaslone) in terbijem aktiviran itrijev sulfid oksid. V primerjavi s kalcijevim volframatom lahko fluorescentni prah redkih zemelj skrajša čas rentgenskega obsevanja bolnikov za 80 %, izboljša ločljivost rentgenskih filmov, podaljša življenjsko dobo rentgenskih cevi in zmanjša porabo energije. Terbij se uporablja tudi kot aktivator fluorescentnega prahu za medicinske zaslone za izboljšanje rentgenskih žarkov, ki lahko močno izboljšajo občutljivost pretvorbe rentgenskih žarkov v optične slike, izboljšajo jasnost rentgenskih filmov in močno zmanjšajo odmerek izpostavljenosti rentgenskim žarkom. žarkov na človeško telo (za več kot 50 %).
Terbijse uporablja tudi kot aktivator v belem LED fosforju, ki ga vzbuja modra svetloba za novo polprevodniško osvetlitev. Uporablja se lahko za proizvodnjo terbij-aluminijevih magnetno optičnih kristalnih fosforjev z uporabo modrih svetlečih diod kot virov vzbujanja svetlobe, ustvarjena fluorescenca pa se zmeša z vzbujalno svetlobo, da proizvede čisto belo svetlobo
Elektroluminiscenčni materiali iz terbija vključujejo predvsem cinkov sulfid z zelenim fluorescenčnim prahomterbijkot aktivator. Pod ultravijoličnim obsevanjem lahko organski kompleksi terbija oddajajo močno zeleno fluorescenco in se lahko uporabljajo kot tankoslojni elektroluminiscenčni materiali. Čeprav je bil dosežen pomemben napredek pri preučevanjuredke zemljeorgansko kompleksnih elektroluminiscenčnih tankih filmov, še vedno obstaja določena vrzel v praktičnosti, raziskave organskih kompleksnih elektroluminiscenčnih tankih filmov in naprav pa še vedno potekajo.
Fluorescenčne lastnosti terbija se uporabljajo tudi kot fluorescenčne sonde. Interakcija med kompleksom ofloksacin terbija (Tb3+) in deoksiribonukleinsko kislino (DNA) je bila proučena z uporabo fluorescenčnih in absorpcijskih spektrov, kot je fluorescenčna sonda ofloksacin terbija (Tb3+). Rezultati so pokazali, da lahko sonda ofloksacina Tb3+ tvori žleb, ki se veže z molekulami DNK, deoksiribonukleinska kislina pa lahko znatno poveča fluorescenco sistema ofloksacin Tb3+. Na podlagi te spremembe lahko določimo deoksiribonukleinsko kislino.
Za magnetooptične materiale
Materiali s Faradayevim učinkom, znani tudi kot magnetno-optični materiali, se pogosto uporabljajo v laserjih in drugih optičnih napravah. Obstajata dve pogosti vrsti magnetooptičnih materialov: magnetno optični kristali in magnetno optično steklo. Med njimi imajo magnetooptični kristali (kot sta itrijev železov granat in terbijev galijev granat) prednosti nastavljive delovne frekvence in visoke toplotne stabilnosti, vendar so dragi in jih je težko izdelati. Poleg tega imajo številni magnetnooptični kristali z visokimi faradayevimi rotacijskimi koti visoko absorpcijo v območju kratkih valov, kar omejuje njihovo uporabo. V primerjavi z magnetno optičnimi kristali ima magnetno optično steklo prednost visoke prepustnosti in ga je enostavno sestaviti v velike bloke ali vlakna. Trenutno so magnetnooptična stekla z visokim Faradayevim učinkom večinoma stekla, dopirana z ioni redkih zemelj.
Uporablja se za magnetno optične materiale za shranjevanje
V zadnjih letih se s hitrim razvojem multimedije in pisarniške avtomatizacije povečuje povpraševanje po novih visokozmogljivih magnetnih diskih. Tanki filmi iz zlitine prehodne kovine amorfne kovine terbija so bili uporabljeni za izdelavo visoko zmogljivih magnetno optičnih diskov. Med njimi ima najboljšo zmogljivost tanek film zlitine TbFeCo. Magnetno-optični materiali na osnovi terbija so bili proizvedeni v velikem obsegu in magnetno-optični diski, narejeni iz njih, se uporabljajo kot komponente za shranjevanje računalnikov, pri čemer se zmogljivost shranjevanja poveča za 10-15-krat. Imajo prednosti velike zmogljivosti in visoke hitrosti dostopa ter jih je mogoče več deset tisočkrat obrisati in premazati, če se uporabljajo za optične diske z visoko gostoto. So pomembni materiali v tehnologiji elektronskega shranjevanja informacij. Najpogosteje uporabljen magnetno-optični material v vidnem in bližnjem infrardečem pasu je monokristal Terbium Gallium Garnet (TGG), ki je najboljši magnetno-optični material za izdelavo Faradayevih rotatorjev in izolatorjev.
Za magnetno optično steklo
Magnetno optično steklo Faraday ima dobro prosojnost in izotropijo v vidnem in infrardečem območju ter lahko tvori različne kompleksne oblike. Enostavno je izdelati izdelke velikih dimenzij in ga je mogoče vleči v optična vlakna. Zato ima široke možnosti uporabe v magnetnooptičnih napravah, kot so magnetnooptični izolatorji, magnetnooptični modulatorji in tokovni senzorji iz optičnih vlaken. Zaradi velikega magnetnega momenta in majhnega absorpcijskega koeficienta v vidnem in infrardečem območju so ioni Tb3+ postali pogosto uporabljeni ioni redkih zemelj v magnetooptičnih steklih.
Terbij disprozijeva feromagnetostriktivna zlitina
Ob koncu 20. stoletja, z nenehnim poglabljanjem svetovne tehnološke revolucije, so se hitro pojavili novi materiali za uporabo redkih zemelj. Leta 1984 so Državna univerza Iowa, Laboratorij Ames Ministrstva za energijo ZDA in Center za raziskovanje površinskega orožja ameriške mornarice (iz katerega je prišlo glavno osebje pozneje ustanovljene korporacije Edge Technology (ET REMA)) sodelovali pri razvoju novega redkega orožja. zemeljski inteligentni material, in sicer terbij disprozij feromagnetni magnetostriktivni material. Ta novi inteligentni material ima odlične lastnosti hitrega pretvarjanja električne energije v mehansko. Podvodni in elektroakustični pretvorniki iz tega velikanskega magnetostriktivnega materiala so bili uspešno konfigurirani v pomorski opremi, zvočnikih za zaznavanje naftnih vrtin, sistemih za nadzor hrupa in vibracij ter raziskovanju oceanov in podzemnih komunikacijskih sistemih. Takoj ko se je rodil orjaški magnetostriktivni material terbij disprozij železo, je bil deležen široke pozornosti industrializiranih držav po vsem svetu. Podjetje Edge Technologies v Združenih državah je leta 1989 začelo proizvajati velikanske magnetostriktivne materiale terbij disprozij železo in jih poimenovalo Terfenol D. Kasneje so Švedska, Japonska, Rusija, Združeno kraljestvo in Avstralija prav tako razvile velikanske magnetostriktivne materiale terbij disprozij železo.
Glede na zgodovino razvoja tega materiala v Združenih državah sta izum materiala in njegove zgodnje monopolne uporabe neposredno povezani z vojaško industrijo (kot je mornarica). Čeprav kitajska vojaška in obrambna ministrstva postopoma krepita svoje razumevanje tega gradiva. Vendar pa bo zaradi znatne okrepitve celovite nacionalne moči Kitajske zahteva po doseganju vojaške konkurenčne strategije 21. stoletja in izboljšanju ravni opreme zagotovo zelo nujna. Zato bo široka uporaba orjaških magnetostriktivnih materialov terbij disprozij železo s strani vojaških in nacionalnih obrambnih oddelkov zgodovinsko nujna.
Skratka, številne odlične lastnostiterbijzaradi česar je nepogrešljiv člen mnogih funkcionalnih materialov in nenadomestljiv položaj na nekaterih področjih uporabe. Vendar pa zaradi visoke cene terbija ljudje proučujejo, kako se izogniti in zmanjšati uporabo terbija, da bi zmanjšali proizvodne stroške. Na primer, magnetno-optični materiali redkih zemelj bi morali uporabljati tudi pocenidisprozijevo železokobalt ali gadolinij terbij kobalt čim več; Poskusite zmanjšati vsebnost terbija v zelenem fluorescentnem prahu, ki ga morate uporabiti. Cena je postala pomemben dejavnik, ki omejuje široko uporaboterbij. Toda mnogi funkcionalni materiali ne morejo brez tega, zato se moramo držati načela "uporaba dobrega jekla na rezilu" in poskušati prihraniti uporaboterbijčim več.
Čas objave: 25. oktober 2023