Terbijspada v kategorijo težkih redkih zemelj, z nizko vsebnostjo v Zemljini 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 in najvišjo vsebnostjo terbija vsebnost terbija predstavlja le 1,1–1,2 % vseh redkih zemelj.redka zemlja, kar kaže, da spada v "plemenito" kategorijoredka zemljaelementi. Že več kot 100 let od odkritja terbija leta 1843 sta njegova redkost in vrednost dolgo časa preprečevala njegovo praktično uporabo. Šele v zadnjih 30 letih jeterbijje pokazal svoj edinstven talent.
Odkrivanje zgodovine
Švedski kemik Carl Gustaf Mosander je leta 1843 odkril terbij. Odkril je njegove nečistoče vitrijev oksidinY2O3. Itrijje poimenovan po vasi Itby na Švedskem. Pred pojavom tehnologije ionske izmenjave terbij ni bil izoliran v čisti obliki.
Mossander je najprej razdelilitrijev oksidv tri dele, vsi poimenovani po rudah:itrijev oksid, erbijev oksidinterbijev oksid. Terbijev oksidje bil prvotno sestavljen iz rožnatega dela, zaradi elementa, ki je danes znan koterbij. Erbijev oksid(vključno s tem, kar danes imenujemo terbij) je bil prvotno brezbarven del raztopine. Netopni oksid tega elementa velja za rjav.
Kasnejši delavci so težko opazovali drobne brezbarvne "erbijev oksid„vendar topnega rožnatega dela ni mogoče prezreti. Razprava o obstojuerbijev oksidse je večkrat pojavilo. V kaosu je bilo prvotno ime obrnjeno in zamenjava imen se je zataknila, zato je bil rožnati del sčasoma omenjen kot raztopina, ki vsebuje erbij (v raztopini je bil rožnat). Zdaj velja prepričanje, da so delavci, ki uporabljajo natrijev disulfid ali kalijev sulfat za odstranjevanje cerijevega dioksida izitrijev oksidnenamerno obrnititerbijv oborine, ki vsebujejo cerij. Trenutno znano kot 'terbij', le približno 1 % originalaitrijev oksidje prisoten, vendar je to dovolj za prenos svetlo rumene barveitrijev oksidZato,terbijje sekundarna komponenta, ki jo je prvotno vsebovala, in jo nadzorujejo njeni neposredni sosedje,gadolinijindisprozij.
Kasneje, kadar koli drugiredka zemljaElementi so bili ločeni iz te mešanice, ne glede na delež oksida, ime terbij se je ohranilo, dokler končno ni bil pridobljen rjavi oksidterbijje bil pridobljen 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 zmeseh ali raztopinah.
Elektronska konfiguracija
Elektronska postavitev:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
Elektronska ureditevterbijje [Xe] 6s24f9. Običajno se lahko odstranijo le trije elektroni, preden jedrni naboj postane prevelik za nadaljnjo ionizacijo. Vendar pa v primeruterbij, napol napolnjenoterbijomogoča nadaljnjo ionizacijo četrtega elektrona v prisotnosti zelo močnega oksidanta, kot je fluorov plin.
Kovina
Terbijje srebrno bela redkozemeljska kovina z duktilnostjo, žilavostjo in mehkobo, ki jo je mogoče rezati z nožem. Tališče 1360 ℃, vrelišče 3123 ℃, gostota 82294 kg/m3. V primerjavi z zgodnjimi lantanoidnimi elementi je na zraku relativno stabilen. Deveti element lantanoidnih elementov, terbij, je visoko nabita kovina, ki reagira z vodo in tvori vodikov plin.
V naravi,terbijNikoli ni bil ugotovljen kot prosti element, prisoten je v majhnih količinah v fosforjevem cerijevem torijevem pesku in silicijevem berilijevem itrijevem rudi.TerbijV monazitnem pesku sobiva z drugimi redkozemeljskimi elementi, z običajno vsebnostjo 0,03 % terbija. Drugi viri vključujejo itrijev fosfat in redkozemeljsko zlato, ki sta oba mešanici oksidov, ki vsebujeta do 1 % terbija.
Uporaba
Uporabaterbijvečinoma vključuje visokotehnološka področja, ki so tehnološko intenzivni in znanstveno intenzivni vrhunski projekti, pa tudi projekti s pomembnimi gospodarskimi koristmi in privlačnimi razvojnimi možnostmi.
Glavna področja uporabe vključujejo:
(1) Uporablja se v obliki mešanice redkih zemelj. Na primer, uporablja se kot sestavljeno gnojilo iz redkih zemelj in krmni dodatek za kmetijstvo.
(2) Aktivator za zeleni prah v treh primarnih fluorescentnih praških. Sodobni optoelektronski materiali zahtevajo uporabo treh osnovnih barv fosforja, in sicer rdeče, zelene in modre, ki se lahko uporabijo za sintezo različnih barv. Interbijje nepogrešljiva sestavina mnogih visokokakovostnih zelenih fluorescentnih prahov.
(3) Uporablja se kot magnetooptični material za shranjevanje. Tanke plasti amorfne kovinske terbijeve zlitine prehodne kovine so bile uporabljene za izdelavo visokozmogljivih magnetooptičnih diskov.
(4) Izdelava magnetooptičnega stekla. Faradayevo rotacijsko steklo, ki vsebuje terbij, je ključni material za izdelavo rotatorjev, izolatorjev in cirkulatorjev v laserski tehnologiji.
(5) Razvoj in izpopolnjevanje terbijeve disprozijeve feromagnetostriktivni zlitini (TerFenol) je odprl nove možnosti uporabe terbija.
Za kmetijstvo in živinorejo
Redka zemljaterbijlahko izboljša kakovost pridelkov in poveča hitrost fotosinteze v določenem koncentracijskem območju. Kompleksi terbija imajo visoko biološko aktivnost, ternarni kompleksi pa ...terbij, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, imajo dobre antibakterijske in baktericidne učinke na Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis in Escherichia coli, s širokospektralnimi antibakterijskimi lastnostmi. Študija teh kompleksov ponuja 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, ki se lahko uporabijo za sintezo različnih barv. Terbij pa je nepogrešljiva sestavina v mnogih visokokakovostnih zelenih fluorescentnih prahovih. Če je rojstvo redkih zemeljskih barvnih televizorjev z rdečim fluorescentnim prahom spodbudilo povpraševanje po ...itrijinevropij, nato pa je uporabo in razvoj terbija spodbudil tribarvni zeleni fluorescenčni prah redkih zemelj za sijalke. V začetku osemdesetih let prejšnjega stoletja je Philips izumil prvo kompaktno varčno fluorescenčno sijalko na svetu in jo hitro promoviral po vsem svetu. Ioni Tb3+ lahko oddajajo zeleno svetlobo z valovno dolžino 545 nm, skoraj vsi zeleni fluorescentni prahovi redkih zemelj pa uporabljajo te ione.terbij, kot aktivator.
Zeleni fluorescentni prah, ki se uporablja za katodne cevi (CRT) barvnih televizorjev, je vedno temeljil predvsem na poceni in učinkovitem cinkovem sulfidu, medtem ko se je terbijev prah vedno uporabljal kot zeleni prah za projekcijske barvne televizorje, kot so Y2SiO5:Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12:Tb3+ in LaOBr:Tb3+. Z razvojem visokoločljivostne televizije z velikim zaslonom (HDTV) se razvijajo tudi visokozmogljivi zeleni fluorescentni prahovi za CRT. Na primer, v tujini so razvili hibridni zeleni fluorescentni prah, ki ga sestavljajo Y3 (Al, Ga) 5O12:Tb3+, LaOCl:Tb3+ in Y2SiO5:Tb3+, ki ima odlično luminiscenčno učinkovitost pri visoki gostoti toka.
Tradicionalni rentgenski fluorescenčni prah je kalcijev volframat. V sedemdesetih in osemdesetih letih prejšnjega stoletja so bili razviti redkozemeljski fluorescenčni prahovi za senzibilizacijska zaslonjevanja, kot je npr.terbij,aktivirani lantanov sulfid oksid, terbijev aktivirani lantanov bromid oksid (za zelene zaslone) in terbijev aktivirani itrijev sulfid oksid. V primerjavi s kalcijevim volframatom lahko fluorescentni prah redkih zemelj skrajša čas obsevanja pacientov z rentgenskimi žarki 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, kar lahko močno izboljša občutljivost pretvorbe rentgenskih žarkov v optične slike, izboljša jasnost rentgenskih filmov in močno zmanjša odmerek izpostavljenosti rentgenskim žarkom na človeško telo (za več kot 50 %).
TerbijUporablja se tudi kot aktivator v belem LED fosforju, ki ga vzbuja modra svetloba, za novo polprevodniško razsvetljavo. Uporablja se lahko za izdelavo terbijevo-aluminijevih magneto-optičnih kristalnih fosforjev, pri čemer se kot viri vzbujevalne svetlobe uporabljajo modre svetleče diode, ustvarjena fluorescenca pa se zmeša z vzbujevalno svetlobo, da se ustvari čista bela svetloba.
Elektroluminiscenčni materiali iz terbija vključujejo predvsem zeleni fluorescentni prah cinkovega sulfida zterbijkot aktivator. Pod ultravijoličnim obsevanjem lahko organski kompleksi terbija oddajajo močno zeleno fluorescenco in se lahko uporabljajo kot tankoplastni elektroluminiscenčni materiali. Čeprav je bil dosežen pomemben napredek pri preučevanjuredka zemljaČeprav obstajajo tanke elektroluminiscenčne plasti z organskimi kompleksi, še vedno obstaja določena vrzel od praktičnosti, raziskave tankih plasti in naprav z redkimi zemeljskimi organskimi kompleksi so še vedno poglobljene.
Fluorescenčne značilnosti terbija se uporabljajo tudi kot fluorescenčne sonde. Interakcija med kompleksom ofloksacin terbija (Tb3+) in deoksiribonukleinsko kislino (DNK) je bila preučevana z uporabo fluorescenčnih in absorpcijskih spektrov, kot je fluorescenčna sonda ofloksacin terbija (Tb3+). Rezultati so pokazali, da lahko sonda ofloksacin Tb3+ tvori žleb, ki se veže z molekulami DNK, in da lahko deoksiribonukleinska kislina znatno poveča fluorescenco sistema ofloksacin Tb3+. Na podlagi te spremembe je mogoče določiti deoksiribonukleinsko kislino.
Za magnetooptične materiale
Materiali s Faradayevim učinkom, znani tudi kot magnetooptični materiali, se pogosto uporabljajo v laserjih in drugih optičnih napravah. Obstajata dve pogosti vrsti magnetooptičnih materialov: magnetooptični kristali in magnetooptično 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 magnetooptični kristali z visokimi Faradayevimi koti vrtenja visoko absorpcijo v kratkem valovnem območju, kar omejuje njihovo uporabo. V primerjavi z magnetooptičnimi kristali ima magnetooptično steklo prednost visoke prepustnosti in ga je enostavno izdelati v velike bloke ali vlakna. Trenutno so magnetooptična stekla z visokim Faradayevim učinkom večinoma stekla, dopirana z redkozemeljskimi ioni.
Uporablja se za magnetooptične materiale za shranjevanje
V zadnjih letih se je s hitrim razvojem multimedije in pisarniške avtomatizacije povečalo povpraševanje po novih magnetnih diskih z visoko zmogljivostjo. Tanke plasti amorfne kovinske terbijeve zlitine s prehodnimi kovinami se uporabljajo za izdelavo visokozmogljivih magnetooptičnih diskov. Med njimi ima tanka plast zlitine TbFeCo najboljšo zmogljivost. Magnetooptični materiali na osnovi terbija se proizvajajo v velikem obsegu, magnetooptični diski, izdelani iz njih, pa se uporabljajo kot komponente za shranjevanje v računalnikih, pri čemer se njihova zmogljivost shranjevanja poveča za 10–15-krat. Imajo prednosti velike zmogljivosti in hitrega dostopa, pri uporabi za optične diske z visoko gostoto pa jih je mogoče več deset tisočkrat obrisati in premazati. So pomembni materiali v tehnologiji shranjevanja elektronskih informacij. Najpogosteje uporabljen magnetooptični material v vidnem in bližnjem infrardečem pasu je monokristal terbijevega galijevega granata (TGG), ki je najboljši magnetooptični material za izdelavo Faradayevih rotatorjev in izolatorjev.
Za magnetooptično steklo
Faradayevo magnetooptično steklo ima dobro prosojnost in izotropijo v vidnem in infrardečem območju ter lahko tvori različne kompleksne oblike. Iz njega je enostavno izdelovati izdelke velikih dimenzij in ga je mogoče vleči v optična vlakna. Zato ima široke možnosti uporabe v magnetooptičnih napravah, kot so magnetooptični izolatorji, magnetooptični modulatorji in senzorji toka iz optičnih vlaken. Zaradi velikega magnetnega momenta in majhnega absorpcijskega koeficienta v vidnem in infrardečem območju so ioni Tb3+ postali pogosto uporabljeni redkozemeljski ioni v magnetooptičnih steklih.
Terbij disprozij feromagnetostriktivni zlitin
Konec 20. stoletja so se z nenehnim poglabljanjem svetovne tehnološke revolucije hitro pojavljali novi materiali za uporabo redkih zemelj. Leta 1984 so Univerza v Iowi, laboratorij Ames ameriškega ministrstva za energijo in Raziskovalni center za površinsko orožje ameriške mornarice (iz katerega je prišlo glavno osebje kasneje ustanovljene korporacije Edge Technology Corporation (ET REMA)) sodelovali pri razvoju novega inteligentnega materiala za redke zemje, in sicer terbij-disprozijevega feromagnetnega magnetostrikcijskega materiala. Ta novi inteligentni material ima odlične lastnosti hitre pretvorbe električne energije v mehansko energijo. Podvodni in elektroakustični pretvorniki, izdelani iz tega velikanskega magnetostrikcijskega materiala, so bili uspešno konfigurirani v pomorski opremi, zvočnikih za zaznavanje naftnih vrtin, sistemih za nadzor hrupa in vibracij ter sistemih za raziskovanje oceanov in podzemno komunikacijo. Zato je terbij-disprozijev železov velikanski magnetostrikcijski material takoj, ko se je rodil, pritegnil široko pozornost industrializiranih držav po vsem svetu. Podjetje Edge Technologies v Združenih državah Amerike je leta 1989 začelo proizvajati velikanske magnetostrikcijske materiale iz terbija in disprozija na osnovi železa in jih poimenovalo Terfenol D. Kasneje so velikanske magnetostrikcijske materiale iz terbija in disprozija na osnovi železa razvile tudi Švedska, Japonska, Rusija, Združeno kraljestvo in Avstralija.
Iz zgodovine razvoja tega materiala v Združenih državah Amerike je razvidno, da sta tako izum materiala kot njegove zgodnje monopolne uporabe neposredno povezana z vojaško industrijo (kot je mornarica). Čeprav kitajski vojaški in obrambni oddelki postopoma krepijo svoje razumevanje tega materiala, pa bo z znatno okrepitvijo celovite nacionalne moči Kitajske povpraševanje po doseganju vojaške konkurenčne strategije 21. stoletja in izboljšanju ravni opreme zagotovo zelo nujno. Zato bo široka uporaba terbijevega disprozijevega železa velikanskih magnetostriktivnih materialov s strani vojaških in nacionalnih obrambnih oddelkov zgodovinska nujnost.
Skratka, številne odlične lastnostiterbijZaradi tega je terbij nepogrešljiv član mnogih funkcionalnih materialov in ima na nekaterih področjih uporabe nenadomestljivo mesto. Vendar pa zaradi visoke cene terbija ljudje preučujejo, kako se izogniti in čim bolj zmanjšati uporabo terbija, da bi zmanjšali proizvodne stroške. Na primer, za magnetooptične materiale redkih zemelj bi morali uporabljati tudi nizkocenovne materiale.disprozijevega železakobalt ali gadolinij terbij kobalt, kolikor je le mogoče; Poskusite zmanjšati vsebnost terbija v zelenem fluorescentnem prahu, ki ga je treba uporabiti. Cena je postala pomemben dejavnik, ki omejuje široko uporaboterbijToda mnogi funkcionalni materiali ne morejo brez njega, zato se moramo držati načela "uporabe dobrega jekla na rezilu" in poskušati prihraniti pri uporabiterbijkolikor je le mogoče.
Čas objave: 25. oktober 2023