Terbijumpripada kategoriji teških rijetkih zemalja, s niskom količinom u Zemljinoj kori od samo 1,1 ppm.Terbijum oksidčini manje od 0,01% ukupnih rijetkih zemalja. Čak i u rudi teških rijetkih zemalja s visokim sadržajem itrijuma i najvećim sadržajem terbija, sadržaj terbija čini samo 1,1-1,2% od ukupnog brojarijetka zemlja, što ukazuje na to da pripada "plemenitoj" kategorijirijetka zemljaelementi. Više od 100 godina od otkrića terbija 1843. godine, njegova rijetkost i vrijednost dugo su sprječavale njegovu praktičnu primjenu. Tek u posljednjih 30 godinaterbijumpokazao je svoj jedinstveni talenat.
Otkrivanje historije
Švedski hemičar Carl Gustaf Mosander otkrio je terbij 1843. godine. Otkrio je njegove nečistoće uitrijum oksidiY2O3. ItrijumNazvan je po selu Itby u Švedskoj. Prije pojave tehnologije ionske izmjene, terbij nije bio izoliran u svom čistom obliku.
Mossander se prvo podijelioitrijum oksidu tri dijela, a svi su nazvani po rudama:itrijum oksid, erbijum oksiditerbijum oksid. Terbijum oksidprvobitno je bio sastavljen od ružičastog dijela, zbog elementa koji je sada poznat kaoerbijum. Erbijum oksid(uključujući i ono što danas nazivamo terbij) prvobitno je bio bezbojni dio u rastvoru. Nerastvorljivi oksid ovog elementa smatra se smeđim.
Kasnijim radnicima je bilo teško uočiti sitne bezbojne "erbijum oksid„ali rastvorljivi ružičasti dio se ne može zanemariti. Debata o postojanjuerbijum oksidse više puta pojavljivao. U haosu, originalni naziv je obrnut i zamjena naziva je zaglavljena, pa je ružičasti dio na kraju spomenut kao otopina koja sadrži erbijum (u otopini je bio ružičast). Sada se vjeruje da radnici koji koriste natrijum disulfid ili kalijum sulfat za uklanjanje cerijevog dioksida izitrijum oksidnenamjerno skrenutiterbijumu taloge koji sadrže cerijum. Trenutno poznat kao'terbijum', samo oko 1% originalaitrijum oksidje prisutan, ali to je dovoljno da prenese svijetložutu boju naitrijum oksidStoga,terbijumje sekundarna komponenta koja ga je prvobitno sadržavala, a njome upravljaju njeni neposredni susjedi,gadolinijumidisprozij.
Nakon toga, kad god drugirijetka zemljaelementi su odvojeni iz ove smjese, bez obzira na udio oksida, naziv terbij je zadržan sve dok konačno nije dobiven smeđi oksidterbijumdobijen je u čistom obliku. Istraživači u 19. vijeku nisu koristili tehnologiju ultraljubičaste fluorescencije za posmatranje jarko žutih ili zelenih nodula (III), što je olakšavalo prepoznavanje terbija u čvrstim smjesama ili rastvorima.
Elektronska konfiguracija
Elektronski raspored:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
Elektronski aranžmanterbijumje [Xe] 6s24f9. Normalno, samo tri elektrona mogu biti uklonjena prije nego što nuklearni naboj postane prevelik za daljnju ionizaciju. Međutim, u slučajuterbijum, polupunjenoterbijumomogućava daljnju ionizaciju četvrtog elektrona u prisustvu vrlo jakog oksidansa kao što je fluor.
Metal
Terbijumje srebrno-bijeli rijetki zemni metal sa duktilnošću, žilavošću i mekoćom koji se može rezati nožem. Tačka topljenja 1360 ℃, tačka ključanja 3123 ℃, gustina 82294 kg/m3. U poređenju sa ranim lantanoidnim elementima, relativno je stabilan na zraku. Deveti element lantanoidnih elemenata, terbij, je visoko nabijeni metal koji reaguje sa vodom i formira vodonik.
U prirodi,terbijumNikada nije pronađen kao slobodni element, prisutan u malim količinama u fosforno-cerijsko-torijumskom pijesku i silicijum-berilij-itrijskoj rudi.Terbijumkoegzistira s drugim rijetkozemnim elementima u monazitnom pijesku, s općenito 0,03% sadržaja terbija. Drugi izvori uključuju itrijum fosfat i rijetkozemno zlato, koji su oba smjese oksida koje sadrže do 1% terbija.
Aplikacija
Primjenaterbijumuglavnom uključuje visokotehnološke oblasti, koje predstavljaju tehnološki intenzivne i znanstveno intenzivne vrhunske projekte, kao i projekte sa značajnim ekonomskim koristima, sa atraktivnim razvojnim izgledima.
Glavna područja primjene uključuju:
(1) Koristi se u obliku miješanih rijetkih zemalja. Na primjer, koristi se kao složeno gnojivo od rijetkih zemalja i dodatak stočnoj hrani za poljoprivredu.
(2) Aktivator za zeleni prah u tri primarna fluorescentna praha. Moderni optoelektronski materijali zahtijevaju upotrebu tri osnovne boje fosfora, i to crvene, zelene i plave, koje se mogu koristiti za sintezu različitih boja. Iterbijumje nezamjenjiva komponenta u mnogim visokokvalitetnim zelenim fluorescentnim prahovima.
(3) Koristi se kao magnetooptički materijal za pohranu podataka. Tanki filmovi legure amorfnog metala terbijuma i prelaznog metala korišteni su za proizvodnju visokoperformansnih magnetooptičkih diskova.
(4) Proizvodnja magnetooptičkog stakla. Faradejevo rotaciono staklo koje sadrži terbij ključni je materijal za proizvodnju rotatora, izolatora i cirkulatora u laserskoj tehnologiji.
(5) Razvoj i uvođenje terbij disprozij feromagnetostriktivne legure (TerFenol) otvorio je nove primjene za terbij.
Za poljoprivredu i stočarstvo
Rijetka zemljaterbijummože poboljšati kvalitet usjeva i povećati brzinu fotosinteze unutar određenog raspona koncentracija. Kompleksi terbija imaju visoku biološku aktivnost, a ternarni kompleksiterbijum, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, imaju dobra antibakterijska i baktericidna djelovanja na Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis i Escherichia coli, sa širokim spektrom antibakterijskih svojstava. Proučavanje ovih kompleksa pruža novi smjer istraživanja za moderne baktericidne lijekove.
Koristi se u oblasti luminiscencije
Moderni optoelektronski materijali zahtijevaju upotrebu tri osnovne boje fosfora, i to crvene, zelene i plave, koje se mogu koristiti za sintezu različitih boja. Terbij je nezamjenjiva komponenta u mnogim visokokvalitetnim zelenim fluorescentnim prahovima. Ako je pojava rijetkozemnih TV elemenata s crvenim fluorescentnim prahom potaknula potražnju za...itrijumieuropijum, tada je primjena i razvoj terbija promoviran korištenjem rijetkih zemnih elemenata s tri primarne boje, zelenog fluorescentnog praha za lampe. Početkom 1980-ih, Philips je izumio prvu kompaktnu fluorescentnu lampu koja štedi energiju na svijetu i brzo je promovirao globalno. Tb3+ ioni mogu emitirati zelenu svjetlost s valnom dužinom od 545 nm, a gotovo svi rijetki zemni elementi s zelenim fluorescentnim prahom koristeterbijum, kao aktivator.
Zeleni fluorescentni prah koji se koristi za katodne cijevi (CRT) televizora u boji oduvijek se uglavnom zasnivao na jeftinom i efikasnom cink sulfidu, ali terbijum prah se oduvijek koristio kao zeleni prah za projekcijske televizore u boji, kao što su Y2SiO5:Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12:Tb3+ i LaOBr:Tb3+. Razvojem televizora visoke definicije (HDTV) sa velikim ekranom, razvijaju se i visokoperformansni zeleni fluorescentni prahovi 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 luminescencije pri visokoj gustini struje.
Tradicionalni fluorescentni prah za rendgensko ispitivanje je kalcijum volframat. Tokom 1970-ih i 1980-ih razvijeni su fluorescentni prahovi rijetkih zemalja za senzibilizacijska skrininga, kao što suterbijum,aktivirani lantan sulfid oksid, terbijum aktivirani lantan bromid oksid (za zelene ekrane) i terbijum aktivirani itrijum sulfid oksid. U poređenju sa kalcijum volframatom, fluorescentni prah rijetkih zemalja može smanjiti vrijeme zračenja pacijenata rendgenskim zrakama za 80%, poboljšati rezoluciju rendgenskih filmova, produžiti vijek trajanja rendgenskih cijevi i smanjiti potrošnju energije. Terbijum se također koristi kao aktivator fluorescentnog praha za medicinske ekrane za pojačavanje rendgenskog zračenja, što može značajno poboljšati osjetljivost konverzije rendgenskih zraka u optičke slike, poboljšati jasnoću rendgenskih filmova i značajno smanjiti dozu izloženosti rendgenskim zrakama na ljudsko tijelo (za više od 50%).
TerbijumTakođer se koristi kao aktivator u bijelom LED fosforu pobuđenom plavom svjetlošću za novu poluprovodničku rasvjetu. Može se koristiti za proizvodnju terbijum aluminijum magneto-optičkih kristalnih fosfora, koristeći plave svjetleće diode kao izvore pobudne svjetlosti, a generirana fluorescencija se miješa sa pobudnom svjetlošću kako bi se proizvela čista bijela svjetlost.
Elektroluminiscentni materijali napravljeni od terbija uglavnom uključuju zeleni fluorescentni prah cink sulfida saterbijumkao aktivator. Pod ultraljubičastim zračenjem, organski kompleksi terbija mogu emitirati jaku zelenu fluorescenciju i mogu se koristiti kao tankoslojni elektroluminiscentni materijali. Iako je postignut značajan napredak u proučavanjurijetka zemljaIako postoje tanki organski kompleksni elektroluminiscentni filmovi, još uvijek postoji određeni jaz od praktičnosti, a istraživanja tankih filmova i uređaja od rijetkih organskih kompleksa su još uvijek u toku.
Fluorescentne karakteristike terbija se također koriste kao fluorescentne sonde. Interakcija između ofloksacin terbium (Tb3+) kompleksa i deoksiribonukleinske kiseline (DNK) proučavana je korištenjem fluorescentnih i apsorpcijskih spektara, kao što je fluorescentna sonda ofloksacin terbija (Tb3+). Rezultati su pokazali da ofloksacin Tb3+ sonda može formirati žlijeb vezivanja s molekulama DNK, a deoksiribonukleinska kiselina može značajno pojačati fluorescenciju ofloksacin Tb3+ sistema. Na osnovu ove promjene može se odrediti deoksiribonukleinska kiselina.
Za magnetooptičke materijale
Materijali s Faradejevim efektom, poznati i kao magnetooptički materijali, široko se koriste u laserima i drugim optičkim uređajima. Postoje dvije uobičajene vrste magnetooptičkih materijala: magnetooptički kristali i magnetooptičko staklo. Među njima, magnetooptički kristali (kao što su itrijum-željezni granat i terbijum-galijum granat) imaju prednosti podesive radne frekvencije i visoke termičke stabilnosti, ali su skupi i teški za proizvodnju. Osim toga, mnogi magnetooptički kristali s visokim Faradejevim uglovima rotacije imaju visoku apsorpciju u kratkotalasnom opsegu, što ograničava njihovu upotrebu. U poređenju s magnetooptičkim kristalima, magnetooptičko staklo ima prednost visoke propusnosti i lako se prerađuje u velike blokove ili vlakna. Trenutno su magnetooptička stakla s visokim Faradejevim efektom uglavnom stakla dopirana rijetkim zemnim ionima.
Koristi se za magneto-optičke materijale za pohranu
Posljednjih godina, s brzim razvojem multimedije i automatizacije ureda, potražnja za novim magnetskim diskovima velikog kapaciteta je u porastu. Tanki filmovi legure amorfnog metala terbijuma i prelaznog metala korišteni su za proizvodnju visokoperformansnih magnetooptičkih diskova. Među njima, tanki film legure TbFeCo ima najbolje performanse. Magnetooptički materijali na bazi terbija proizvode se u velikim razmjerima, a magnetooptički diskovi napravljeni od njih koriste se kao komponente za pohranu podataka u računarima, s kapacitetom pohrane povećanim za 10-15 puta. Imaju prednosti velikog kapaciteta i velike brzine pristupa, a mogu se brisati i premazivati desetine hiljada puta kada se koriste za optičke diskove visoke gustoće. Oni su važni materijali u tehnologiji elektroničkog pohranjivanja informacija. Najčešće korišteni magnetooptički materijal u vidljivom i bliskom infracrvenom pojasu je monokristal terbijum-galijum-garnata (TGG), koji je najbolji magnetooptički materijal za izradu Faradejevih rotatora i izolatora.
Za magneto-optičko staklo
Faradejevo magnetooptičko staklo ima dobru prozirnost i izotropiju u vidljivom i infracrvenom području, te može formirati različite složene oblike. Lako se proizvode proizvodi velikih dimenzija i može se uvlačiti u optička vlakna. Stoga ima široke mogućnosti primjene u magnetooptičkim uređajima kao što su magnetooptički izolatori, magnetooptički modulatori i senzori struje optičkih vlakana. Zbog velikog magnetskog momenta i malog koeficijenta apsorpcije u vidljivom i infracrvenom području, Tb3+ ioni su postali često korišteni rijetkozemni ioni u magnetooptičkim staklima.
Terbij-disprozij feromagnetostriktivni legura
Krajem 20. stoljeća, s kontinuiranim produbljivanjem svjetske tehnološke revolucije, brzo su se pojavljivali novi materijali za primjenu rijetkih zemalja. Godine 1984., Državni univerzitet Iowa, Ames laboratorija Ministarstva energetike SAD-a i Istraživački centar za površinsko oružje američke mornarice (iz kojeg je došlo glavno osoblje kasnije osnovane Korporacije Edge Technology (ET REMA)) su sarađivali na razvoju novog inteligentnog materijala za rijetke zemlje, naime terbij disprozij feromagnetnog magnetostriktivnog materijala. Ovaj novi inteligentni materijal ima odlične karakteristike brzog pretvaranja električne energije u mehaničku energiju. Podvodni i elektroakustični 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 podzemnu komunikaciju. Stoga je, čim se rodio gigantski magnetostriktivni materijal terbij disprozij željeza, privukao široku pažnju industrijaliziranih zemalja širom svijeta. Kompanija Edge Technologies u Sjedinjenim Američkim Državama počela je proizvoditi gigantske magnetostriktivne materijale na bazi terbij-disprozij-željeza 1989. godine i nazvala ih Terfenol D. Nakon toga, Švedska, Japan, Rusija, Ujedinjeno Kraljevstvo i Australija također su razvile gigantske magnetostriktivne materijale na bazi terbij-disprozij-željeza.
Iz historije razvoja ovog materijala u Sjedinjenim Američkim Državama, i izum materijala i njegove rane monopolističke primjene direktno su povezane s vojnom industrijom (kao što je mornarica). Iako kineski vojni i odbrambeni resori postepeno jačaju svoje razumijevanje ovog materijala. Međutim, sa značajnim jačanjem sveobuhvatne nacionalne snage Kine, potreba za postizanjem konkurentne vojne strategije 21. vijeka i poboljšanjem nivoa opreme definitivno će biti vrlo hitna. Stoga će široko rasprostranjena upotreba terbijum disprozij željeznih gigantskih magnetostriktivnih materijala od strane vojnih i nacionalnih odbrambenih resora biti historijska potreba.
Ukratko, mnoga odlična svojstvaterbijumčine ga neizostavnim članom mnogih funkcionalnih materijala i nezamjenjivim mjestom u nekim područjima primjene. Međutim, zbog visoke cijene terbija, ljudi su proučavali kako izbjeći i minimizirati upotrebu terbija kako bi smanjili troškove proizvodnje. Na primjer, rijetkozemni magnetooptički materijali također bi trebali koristiti jeftine...disprozij željezokobalt ili gadolinij terbij kobalt koliko god je to moguće; Pokušajte smanjiti sadržaj terbija u zelenom fluorescentnom prahu koji se mora koristiti. Cijena je postala važan faktor koji ograničava široku upotrebuterbijumAli mnogi funkcionalni materijali ne mogu bez njega, pa se moramo pridržavati principa „korištenja dobrog čelika na oštrici“ i pokušati uštedjeti upotrebu...terbijumkoliko god je to moguće.
Vrijeme objave: 25. oktobar 2023.