Terbijumspada u kategoriju teških retkih zemalja, sa malom zastupljenošću u Zemljinoj kori od samo 1,1 ppm.Terbijum oksidčini manje od 0,01% ukupnih rijetkih zemalja. Čak iu teškoj rudi rijetkih zemalja tipa sa visokim sadržajem jona itrijuma s najvećim sadržajem terbija, sadržaj terbija čini samo 1,1-1,2% ukupne količineretke zemlje, što ukazuje da pripada „plemenitoj“ kategorijiretke zemljeelementi. Više od 100 godina od otkrića terbija 1843. godine, njegova oskudica i vrijednost dugo su sprečavali njegovu praktičnu primjenu. To je tek u proteklih 30 godinaterbijumpokazao svoj jedinstveni talenat.
Discovering History
Švedski hemičar Carl Gustaf Mosander otkrio je terbijum 1843. godine. Otkrio je njegove nečistoće uitrijum oksidiY2O3. Itrijumje dobio ime po selu Itby u Švedskoj. Prije pojave tehnologije jonske izmjene, terbijum nije bio izoliran u svom čistom obliku.
Mossander je prvi podijeljenitrijum oksidna tri dijela, svi nazvani po rudama:itrijum oksid, erbijum oksid, iterbijum oksid. Terbijum oksidje prvobitno sastavljen od ružičastog dijela, zbog elementa koji je sada poznat kaoerbij. Erbij oksid(uključujući ono što sada zovemo terbijum) je prvobitno bio bezbojni deo u rastvoru. Nerastvorljivi oksid ovog elementa smatra se smeđim.
Kasnijim radnicima je bilo teško uočiti sićušne bezbojne“erbijum oksid“, ali rastvorljivi ružičasti dio se ne može zanemariti. Rasprava o postojanjuerbijum oksidse više puta pojavljivao. 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 disulfid ili kalijev sulfat za uklanjanje cerijevog dioksida izitrijum oksidnenamjerno okrenutiterbijumu precipitate koji sadrže cerij. Trenutno poznat kao 'terbijum', samo oko 1% originalaitrijum oksidje prisutan, ali to je dovoljno da prenese svijetlo žutu boju naitrijum oksid. stoga,terbijumje sekundarna komponenta koja ga je prvobitno sadržavala, a kontroliraju ga njegovi neposredni susjedi,gadolinijidisprozijum.
Poslije, kad god drugoretke zemljeIz ove smjese su izdvojeni elementi, bez obzira na udio oksida, naziv terbijuma je zadržan do konačnog smeđeg oksidaterbijumdobija se 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
Elektronski raspored:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
Elektronski aranžman odterbijumje [Xe] 6s24f9. Normalno, samo tri elektrona se mogu ukloniti prije nego što nuklearni naboj postane prevelik da bi se dalje ionizirao. Međutim, u slučajuterbijum, polupopunjenterbijumomogućava dalju jonizaciju četvrtog elektrona u prisustvu jakog oksidansa kao što je gas fluor.
Metal
Terbijumje 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 lantanidnim elementima, relativno je stabilan u vazduhu. Deveti element lantanidnih elemenata, terbijum, je visoko nabijen metal koji reaguje sa vodom i formira gas vodonik.
u prirodi,terbijumnikada nije otkriveno da je slobodan element, prisutan u malim količinama u fosfornom cerij-torijumskom pesku i silicijum-berilij-itijum rudi.Terbijumkoegzistira sa drugim elementima retkih zemalja u monazitnom pesku, sa generalno 0,03% sadržaja terbija. Ostali izvori uključuju itrij fosfat i zlato retkih zemalja, a oba su mješavine oksida koji sadrže do 1% terbija.
Aplikacija
Primjena odterbijumuglavnom uključuje 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. Iterbijumje nezamjenjiva komponenta u mnogim visokokvalitetnim zelenim fluorescentnim puderima.
(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
Rijetka zemljaterbijummože poboljšati kvalitet usjeva i povećati brzinu fotosinteze unutar određenog raspona koncentracije. Kompleksi terbija imaju visoku biološku aktivnost, a ternarni kompleksiterbijum, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, imaju dobar antibakterijski i baktericidni efekat na Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis i Escherichia coli, sa antibakterijskim svojstvima širokog spektra. Proučavanje ovih kompleksa daje 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 rijetke zemlje potaknulo potražnju zaitrijumieuropium, zatim je primjenu i razvoj terbija promovirao fluorescentni prah rijetke zemlje tri osnovne boje zelene boje 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 545nm, a koriste se gotovo svi zeleni fluorescentni prahovi rijetkih zemaljaterbijum, kao aktivator.
Zeleni fluorescentni prah koji se koristi za katodne cijevi za TV u boji (CRT) oduvijek se uglavnom bazirao na jeftinom i efikasnom cink sulfidu, ali terbijum prah se oduvijek koristio kao projekcijski TV zeleni prah u boji, kao što je 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 fluorescentni prahovi retkih zemalja za senzibilizirajuće ekrane, kao npr.terbijum, aktivirani lantan sulfid oksid, terbijum aktiviran lantan bromid oksid (za zelene ekrane) i terbijem aktiviran itrijum sulfid oksid. U poređenju s kalcijum volfratomom, fluorescentni prah rijetkih zemalja može smanjiti vrijeme zračenja pacijenata 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%).
Terbijumse također koristi kao aktivator u bijelom LED fosforu pobuđenom plavom svjetlošću za novu poluvodičku rasvjetu. Može se koristiti za proizvodnju terbijum aluminijskih magneto optičkih kristalnih fosfora, koristeći diode koje emituju plavo svjetlo kao ekscitacioni izvor 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 fluorescentni prah saterbijumkao aktivator. Pod ultraljubičastim zračenjem, organski kompleksi terbija mogu emitovati jaku zelenu fluorescenciju i mogu se koristiti kao tankoslojni elektroluminiscentni materijali. Iako je učinjen značajan napredak u proučavanjuretke zemljeorganskih kompleksnih elektroluminiscentnih tankih filmova, još uvijek postoji određeni jaz u odnosu na praktičnost, a istraživanja o organskim kompleksnim elektroluminiscentnim tankim filmovima i uređajima rijetkih zemalja još su dubina.
Karakteristike fluorescencije terbija se takođe koriste kao fluorescentne sonde. Interakcija između kompleksa ofloksacin terbijuma (Tb3+) i deoksiribonukleinske kiseline (DNK) proučavana je korištenjem spektra fluorescencije i apsorpcije, kao što je fluorescentna sonda ofloksacin terbija (Tb3+). Rezultati su pokazali da ofloxacin Tb3+sonda može formirati žljeb vezivanja sa DNK molekulima, a deoksiribonukleinska kiselina može značajno pojačati fluorescenciju ofloxacin Tb3+ sistema. Na osnovu ove promjene može se odrediti deoksiribonukleinska kiselina.
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, magneto-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 magneto-optički kristali s velikim Faradayevim uglovima rotacije imaju visoku apsorpciju u kratkovalnom opsegu, 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. Tanki filmovi od legure prelaznog metala amorfnog metala terbija 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. stoljeća, uz kontinuirano produbljivanje svjetske tehnološke revolucije, brzo su se pojavili novi materijali za primjenu rijetkih zemalja. Godine 1984., Državni univerzitet Iowa, Laboratorij Ames Ministarstva energetike SAD i Centar za istraživanje površinskog oružja američke mornarice (iz kojeg je poteklo glavno osoblje kasnije osnovane Edge Technology Corporation (ET REMA)) sarađivali su na razvoju novog rijetkog zemaljski inteligentni materijal, odnosno terbijum disprozijum feromagnetni magnetostriktivni materijal. Ovaj novi inteligentni 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, sa značajnim povećanjem sveobuhvatne nacionalne snage Kine, zahtjev za postizanjem vojne konkurentske strategije 21. stoljeća i poboljšanjem nivoa opreme definitivno će biti vrlo hitan. Stoga će široka upotreba terbijum disprozijum gvozdenih divovskih magnetostriktivnih materijala od strane vojnih i nacionalnih odeljenja odbrane biti istorijska neophodnost.
Ukratko, mnoga odlična svojstvaterbijumčine 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 jeftinedisprozijum gvožđekobalt ili gadolinij 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 upotrebuterbijum. Ali mnogi funkcionalni materijali ne mogu bez toga, pa se moramo pridržavati principa „koristeći dobar čelik na oštrici“ i pokušati uštedjeti upotrebuterbijumkoliko god je to moguće.
Vrijeme objave: 25.10.2023