Terbijumspada u kategoriju teškihrijetke zemlje, sa malom zastupljenošću u Zemljinoj kori od samo 1,1 ppm. Terbijum oksid čini manje od 0,01% ukupnih rijetkih zemalja. Čak iu teškoj rudi retkih zemalja tipa sa visokim sadržajem jona itrijuma sa najvećim sadržajem terbija, sadržaj terbija čini samo 1,1-1,2% ukupne retke zemlje, što ukazuje da ona pripada „plemenitij“ kategoriji retkozemnih elemenata. Više od 100 godina od otkrića terbija 1843. godine, njegova oskudica i vrijednost dugo su sprečavali njegovu praktičnu primjenu. Tek u proteklih 30 godina terbijum je pokazao svoj jedinstveni talenat.
Discovering History
Švedski hemičar Carl Gustaf Mosander otkrio je terbijum 1843. godine. Pronašao je njegove nečistoće uItrijum(III) oksidiY2O3. Itrijum je dobio ime po selu Ytterby u Švedskoj. Prije pojave tehnologije jonske izmjene, terbijum nije bio izoliran u svom čistom obliku.
Mosant je prvi podijelio itrijum(III) oksid na tri dijela, a svi su nazvani po rudama: itrijum(III) oksid,Erbijum(III) oksidi terbijum oksid. Terbijum oksid je prvobitno bio sastavljen od ružičastog dela, zbog elementa koji je sada poznat kao erbij. “Erbij(III) oksid” (uključujući ono što sada zovemo terbijum) je prvobitno bio suštinski bezbojni deo rastvora. Nerastvorljivi oksid ovog elementa smatra se smeđim.
Kasniji radnici jedva da su mogli uočiti sićušni bezbojni “erbijum(III) oksid”, ali rastvorljivi ružičasti dio nije mogao biti zanemaren. Debate o postojanju erbijum(III) oksida su se više puta javljale. U haosu je originalno ime obrnuto i zapela je razmjena imena, pa je ružičasti dio na kraju naveden kao otopina koja sadrži erbijum (u otopini je bio roze). Sada se vjeruje da radnici koji koriste natrijum bisulfat ili kalijev sulfat uzimajuCerijum(IV) oksidiz itrijum(III) oksida i nenamjerno pretvoriti terbijum u sediment koji sadrži cerij. Samo oko 1% originalnog itrijum(III) oksida, sada poznatog kao "terbijum", dovoljno je da pređe žućkastu boju u itrijum(III) oksid. Stoga je terbijum sekundarna komponenta koja ga je u početku sadržavala, a kontrolišu ga njegovi neposredni susjedi, gadolinij i disprozij.
Nakon toga, kad god bi se iz ove smjese odvajali drugi elementi rijetkih zemalja, bez obzira na udio oksida, ime terbija se zadržalo sve dok se konačno ne dobije smeđi oksid terbija u čistom obliku. Istraživači u 19. veku nisu koristili tehnologiju ultraljubičaste fluorescencije da bi posmatrali jarko žute ili zelene nodule (III), što je olakšavalo prepoznavanje terbija u čvrstim smešama ili rastvorima.
Elektronska konfiguracija
Elektronska konfiguracija:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
Elektronska konfiguracija terbija je [Xe] 6s24f9. Normalno, samo tri elektrona se mogu ukloniti prije nego što nuklearni naboj postane prevelik da bi se dalje ionizirao, ali u slučaju terbija, polupunjeni terbij omogućava da se četvrti elektron dalje ionizira u prisustvu vrlo jakih oksidansa kao što je plin fluor.
Terbijum je srebrno-bijeli metal retkih zemalja sa duktilnošću, žilavošću i mekoćom koji se može rezati nožem. Tačka topljenja 1360 ℃, tačka ključanja 3123 ℃, gustina 8229 4 kg/m3. U poređenju sa ranim lantanidima, relativno je stabilan u vazduhu. Kao deveti element lantanida, terbijum je metal sa jakim elektricitetom. Reaguje sa vodom i formira vodonik.
U prirodi nikada nije pronađeno da je terbijum slobodan element, čija mala količina postoji u fosfocerijum torijumskom pesku i gadolinitu. Terbijum koegzistira sa drugim elementima retkih zemalja u monazitnom pesku, sa generalno 0,03% sadržaja terbija. Drugi izvori su Xenotime i rude crnog rijetkog zlata, koje su mješavine oksida i sadrže do 1% terbija.
Aplikacija
Primena terbija se uglavnom odnosi na visokotehnološke oblasti, a to su tehnološki intenzivni i najsavremeniji projekti sa intenzivnim znanjem, kao i projekti sa značajnim ekonomskim prednostima, sa atraktivnim razvojnim izgledima.
Glavna područja primjene uključuju:
(1) Koristi se u obliku miješanih rijetkih zemalja. Na primjer, koristi se kao složeno gnojivo rijetkih zemalja i dodatak stočnoj hrani za poljoprivredu.
(2) Aktivator za zeleni prah u tri primarna fluorescentna praha. Moderni optoelektronski materijali zahtijevaju korištenje tri osnovne boje fosfora, odnosno crvene, zelene i plave, koje se mogu koristiti za sintezu različitih boja. A terbijum je nezaobilazna komponenta u mnogim visokokvalitetnim zelenim fluorescentnim prahovima.
(3) Koristi se kao magnetno optički materijal za skladištenje. Tanki filmovi od legure prelaznog metala amorfnog metala terbija korišćeni su za proizvodnju magneto-optičkih diskova visokih performansi.
(4) Proizvodnja magneto optičkog stakla. Faraday rotacijsko staklo koje sadrži terbijum je ključni materijal za proizvodnju rotatora, izolatora i cirkulatora u laserskoj tehnologiji.
(5) Razvoj i razvoj feromagnetostriktivne legure terbijum disprozijum (TerFenol) otvorio je nove primene terbija.
Za poljoprivredu i stočarstvo
Terbijum rijetkih zemalja može poboljšati kvalitetu usjeva i povećati brzinu fotosinteze unutar određenog raspona koncentracija. Kompleksi terbija imaju visoku biološku aktivnost. Ternarni kompleksi terbija, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3 · 3H2O, imaju dobro antibakterijsko i baktericidno dejstvo na Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis i Escherichia coli. Imaju širok antibakterijski spektar. Proučavanje takvih kompleksa pruža novi smjer istraživanja za moderne baktericidne lijekove.
Koristi se u oblasti luminiscencije
Moderni optoelektronski materijali zahtijevaju korištenje tri osnovne boje fosfora, odnosno crvene, zelene i plave, koje se mogu koristiti za sintezu različitih boja. A terbijum je nezaobilazna komponenta u mnogim visokokvalitetnim zelenim fluorescentnim prahovima. Ako je rođenje TV crvenog fluorescentnog praha u boji rijetkih zemalja podstaklo potražnju za itrijumom i europijumom, onda je primjenu i razvoj terbija promovirao zeleni fluorescentni prah tri primarne boje rijetke zemlje za lampe. Početkom 1980-ih, Philips je izumio prvu kompaktnu štedljivu fluorescentnu lampu na svijetu i brzo je promovirao na globalnoj razini. Tb3+ joni mogu emitovati zeleno svjetlo s talasnom dužinom od 545 nm, a gotovo svi zeleni fosfori rijetkih zemalja koriste terbijum kao aktivator.
Zeleni fosfor za katodnu cijev u boji (CRT) oduvijek je bio baziran na cinkovom sulfidu, koji je jeftin i efikasan, ali se terbijum prah oduvijek koristio kao zeleni fosfor za projekciju TV-a u boji, uključujući Y2SiO5 ∶ Tb3+, Y3 ( Al, Ga) 5O12 ∶ Tb3+ i LaOBr ∶ Tb3+. Sa razvojem televizije visoke definicije velikog ekrana (HDTV), razvijaju se i zeleni fluorescentni prahovi visokih performansi za CRT. Na primjer, u inostranstvu je razvijen hibridni zeleni fluorescentni prah koji se sastoji od Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+ i Y2SiO5: Tb3+, koji imaju odličnu efikasnost luminiscencije pri visokoj gustini struje.
Tradicionalni rendgenski fluorescentni prah je kalcijum volframat. Tokom 1970-ih i 1980-ih razvijeni su fosfori retkih zemalja za intenziviranje sita, kao što su terbijumom aktivirani sumpor Lantan oksid, terbijumom aktiviran brom Lantan oksid (za zelena sita), terbijumom aktiviran sumpor itrijum(III) oksid, itd. fluorescentni prah rijetkih zemalja može smanjiti vrijeme rendgenskog zračenja za pacijente za 80%, poboljšati rezoluciju rendgenskih filmova, produžiti vijek trajanja rendgenskih cijevi i smanjiti potrošnju energije. Terbij se također koristi kao fluorescentni praškasti aktivator za medicinske ekrane za poboljšanje rendgenskih zraka, što može uvelike poboljšati osjetljivost pretvaranja rendgenskih zraka u optičke slike, poboljšati jasnoću rendgenskih filmova i uvelike smanjiti dozu ekspozicije X-zraka. zraka na ljudsko tijelo (za više od 50%).
Terbijum se takođe koristi kao aktivator u belom LED fosforu pobuđenom plavom svetlošću za novu poluprovodničku rasvetu. Može se koristiti za proizvodnju terbijum aluminijskih magneto optičkih kristalnih fosfora, koristeći diode koje emituju plavo svjetlo kao izvore pobudnog svjetla, a generirana fluorescencija se miješa sa ekscitacijskim svjetlom kako bi se proizvela čista bijela svjetlost.
Elektroluminiscentni materijali napravljeni od terbija uglavnom uključuju cink sulfid zeleni fosfor sa terbijumom kao aktivatorom. Pod ultraljubičastim zračenjem, organski kompleksi terbija mogu emitovati jaku zelenu fluorescenciju i mogu se koristiti kao tankoslojni elektroluminiscentni materijali. Iako je napravljen značajan napredak u proučavanju elektroluminiscentnih tankih filmova organskog kompleksa rijetkih zemalja, još uvijek postoji određeni jaz u pogledu praktičnosti, a istraživanja elektroluminiscentnih tankih filmova i uređaja rijetkih zemalja organskog kompleksa su još uvijek dubina.
Karakteristike fluorescencije terbija se takođe koriste kao fluorescentne sonde. Na primjer, Ofloxacin terbium (Tb3+) fluorescentna sonda je korištena za proučavanje interakcije između Ofloxacin terbium (Tb3+) kompleksa i DNK (DNK) spektrom fluorescencije i spektrom apsorpcije, što ukazuje da Ofloxacin Tb3+sonda može formirati žljebove koji se vezuju za DNK. i DNK može značajno pojačati fluorescenciju Ofloksacin Tb3+sistem. Na osnovu ove promjene može se odrediti DNK.
Za magneto optičke materijale
Materijali sa Faradayjevim efektom, poznati i kao magneto-optički materijali, široko se koriste u laserima i drugim optičkim uređajima. Postoje dvije uobičajene vrste magneto optičkih materijala: magneto optički kristali i magneto optičko staklo. Među njima, magnetno-optički kristali (kao što su itrij željezni granat i terbijum galijev granat) imaju prednosti podesive radne frekvencije i visoke termičke stabilnosti, ali su skupi i teški za proizvodnju. Osim toga, mnogi magnetno-optički kristali s velikim Faradayevim kutom rotacije imaju visoku apsorpciju u kratkom talasnom području, što ograničava njihovu upotrebu. U poređenju sa magneto optičkim kristalima, magneto optičko staklo ima prednost visoke propusnosti i lako se pravi u velike blokove ili vlakna. Trenutno su magnetno-optička stakla sa visokim Faradayjevim efektom uglavnom stakla dopirana jonima rijetke zemlje.
Koristi se za magneto optičke materijale za skladištenje
Posljednjih godina, s brzim razvojem multimedije i automatizacije ureda, potražnja za novim magnetnim diskovima velikog kapaciteta raste. Filmovi od legura prelaznih metala amorfnog metala terbijuma korišćeni su za proizvodnju magneto-optičkih diskova visokih performansi. Među njima, tanki film od legure TbFeCo ima najbolje performanse. Magneto-optički materijali na bazi terbijuma se proizvode u velikom obimu, a magnetno-optički diskovi napravljeni od njih se koriste kao komponente za skladištenje računara, sa kapacitetom skladištenja povećanom za 10-15 puta. Imaju prednosti velikog kapaciteta i velike brzine pristupa, a mogu se brisati i premazati desetine hiljada puta kada se koriste za optičke diskove visoke gustine. Oni su važni materijali u tehnologiji elektroničkog skladištenja informacija. Najčešći magnetno-optički materijal u vidljivom i bliskom infracrvenom opsegu je monokristal Terbium Gallium Garnet (TGG), koji je najbolji magneto-optički materijal za izradu Faradejevih rotatora i izolatora.
Za magnetno optičko staklo
Faraday magneto optičko staklo ima dobru transparentnost i izotropiju u vidljivom i infracrvenom području, te može formirati različite složene oblike. Lako je proizvoditi proizvode velikih dimenzija i mogu se uvući u optička vlakna. Stoga ima široku perspektivu primjene u magneto optičkim uređajima kao što su magneto optički izolatori, magneto optički modulatori i optički senzori struje. Zbog svog velikog magnetnog momenta i malog koeficijenta apsorpcije u vidljivom i infracrvenom opsegu, joni Tb3+ su postali uobičajeni joni rijetkih zemalja u magneto optičkim staklima.
Terbijum disprozijum feromagnetostriktivna legura
Krajem 20. veka, sa produbljivanjem svetske naučne i tehnološke revolucije, brzo se pojavljuju novi primenjeni materijali retkih zemalja. Godine 1984., Državni univerzitet Iowa u Sjedinjenim Državama, Laboratorija Ames Ministarstva energetike Sjedinjenih Država i Centar za istraživanje površinskog oružja američke mornarice (glavno osoblje kasnije osnovane American Edge Technology Company (ET REMA) dolazi iz centar) zajednički su razvili novi retki zemni Smart materijal, odnosno terbijum disprozijum gvozdeni divovski magnetostriktivni materijal. Ovaj novi Smart materijal ima odlične karakteristike brzog pretvaranja električne energije u mehaničku energiju. Podvodni i elektro-akustični pretvarači napravljeni od ovog gigantskog magnetostriktivnog materijala uspješno su konfigurisani u pomorskoj opremi, zvučnicima za detekciju naftnih bušotina, sistemima za kontrolu buke i vibracija, te sistemima za istraživanje okeana i podzemne komunikacije. Stoga, čim se rodio džinovski magnetostriktivni materijal terbijum disprozijum gvožđa, dobio je široku pažnju industrijalizovanih zemalja širom sveta. Edge Technologies u Sjedinjenim Državama je 1989. godine počeo proizvoditi terbijum disprozijum gvožđe gigantske magnetostriktivne materijale i nazvao ih Terfenol D. Kasnije su Švedska, Japan, Rusija, Ujedinjeno Kraljevstvo i Australija takođe razvile terbijum disprozijum gvožđe gigantske magnetostriktivne materijale.
Iz istorije razvoja ovog materijala u Sjedinjenim Državama, i pronalazak materijala i njegova rana monopolistička primena direktno su povezani sa vojnom industrijom (kao što je mornarica). Iako kineska vojna i odbrambena odeljenja postepeno jačaju svoje razumevanje ovog materijala. Međutim, nakon što se sveobuhvatna nacionalna moć Kine značajno poveća, zahtjevi za realizaciju vojne konkurentske strategije u 21. vijeku i poboljšanje nivoa opremljenosti će svakako biti vrlo hitni. Stoga će široka upotreba terbijum disprozijum gvozdenih divovskih magnetostriktivnih materijala od strane vojnih i nacionalnih odeljenja odbrane biti istorijska neophodnost.
Ukratko, mnoga odlična svojstva terbija čine ga nezamjenjivim članom mnogih funkcionalnih materijala i nezamjenjivom pozicijom u nekim poljima primjene. Međutim, zbog visoke cijene terbija, ljudi su proučavali kako izbjeći i minimizirati upotrebu terbija kako bi se smanjili troškovi proizvodnje. Na primjer, magneto-optički materijali rijetkih zemalja također bi trebali koristiti jeftin disprozijum željezo kobalt ili gadolinijum terbijum kobalt što je više moguće; Pokušajte smanjiti sadržaj terbija u zelenom fluorescentnom prahu koji se mora koristiti. Cijena je postala važan faktor koji ograničava široku upotrebu terbija. Ali mnogi funkcionalni materijali ne mogu bez toga, pa se moramo pridržavati principa "koristeći dobar čelik na oštrici" i pokušati uštedjeti upotrebu terbija što je više moguće.
Vrijeme objave: Jul-05-2023