тербијумспада у категорију тешкихретке земље, са малом заступљеношћу у Земљиној кори од само 1,1 ппм.Тербијум оксид чини мање од 0,01% укупних ретких земаља.Чак иу тешкој руди ретких земаља типа са високим садржајем јона итријума са највећим садржајем тербијума, садржај тербијума чини само 1,1-1,2% укупне ретке земље, што указује да припада „племенитиј“ категорији реткоземних елемената.Више од 100 година од открића тербијума 1843. године, његова оскудица и вредност дуго су спречавали његову практичну примену.Тек у протеклих 30 година тербијум је показао свој јединствени таленат.
Откривање историје
Шведски хемичар Карл Густаф Мосандер открио је тербијум 1843. Он је пронашао његове нечистоће уИтријум(ИИИ) оксидиИ2О3.Итријум је добио име по селу Итерби у Шведској.Пре појаве технологије јонске размене, тербијум није изолован у свом чистом облику.
Мосант је прво поделио итријум(ИИИ) оксид на три дела, сви названи по рудама: итријум(ИИИ) оксид,Ербијум(ИИИ) оксиди тербијум оксид.Тербијум оксид је првобитно био састављен од ружичастог дела, због елемента који је сада познат као ербијум.„Ербијум(ИИИ) оксид“ (укључујући оно што сада зовемо тербијум) је првобитно био суштински безбојни део раствора.Нерастворни оксид овог елемента се сматра браон.
Каснији радници једва да су могли да посматрају сићушни безбојни „ербијум(ИИИ) оксид“, али растворљиви ружичасти део није могао да се занемари.Дебате о постојању ербијум(ИИИ) оксида су се више пута јављале.У хаосу, првобитни назив је обрнут и размена имена је запела, па је ружичасти део на крају помињан као раствор који садржи ербијум (у раствору је био розе).Сада се верује да радници који користе натријум бисулфат или калијум сулфат узимајуЦеријум(ИВ) оксидиз итријум(ИИИ) оксида и ненамерно претвара тербијум у седимент који садржи церијум.Само око 1% оригиналног итријум(ИИИ) оксида, сада познатог као "тербијум", довољно је да пређе жућкасту боју у итријум(ИИИ) оксид.Дакле, тербијум је секундарна компонента која га је првобитно садржавала, а контролишу га његови непосредни суседи, гадолинијум и диспрозијум.
Након тога, кад год би се из ове смеше одвајали други ретки земни елементи, без обзира на удео оксида, име тербијума се задржало све док се коначно не добије смеђи оксид тербијума у чистом облику.Истраживачи у 19. веку нису користили технологију ултраљубичасте флуоресценције да би посматрали јарко жуте или зелене нодуле (ИИИ), што је олакшавало препознавање тербијума у чврстим смешама или растворима.
Електронска конфигурација
Електронска конфигурација:
1с2 2с2 2п6 3с2 3п6 4с2 3д10 4п6 5с2 4д10 5п6 6с2 4ф9
Електронска конфигурација тербијума је [Ксе] 6с24ф9.Нормално, само три електрона се могу уклонити пре него што нуклеарно наелектрисање постане превелико да би се даље јонизовало, али у случају тербијума, полупуњени тербијум омогућава да се четврти електрон даље јонизује у присуству веома јаких оксиданата као што је гас флуор.
Тербијум је сребрно-бели реткоземни метал са дуктилношћу, жилавошћу и мекоћом који се може сећи ножем.Тачка топљења 1360 ℃, тачка кључања 3123 ℃, густина 8229 4 кг/м3.У поређењу са раним лантанидима, релативно је стабилан у ваздуху.Као девети елемент лантанида, тербијум је метал са јаком струјом.Реагује са водом и формира водоник.
У природи никада није пронађено да је тербијум слободан елемент, чија мала количина постоји у фосфоцеријум торијумском песку и гадолиниту.Тербијум коегзистира са другим ретким земним елементима у моназитном песку, са генерално 0,03% садржаја тербијума.Други извори су ксенотиме и руде црног ретког злата, од којих су обе мешавине оксида и садрже до 1% тербијума.
Апликација
Примена тербијума се углавном односи на високотехнолошке области, а то су технолошки интензивни и најсавременији пројекти са интензивним знањем, као и пројекти са значајним економским предностима, са атрактивним развојним изгледима.
Главне области примене укључују:
(1) Користи се у облику мешаних ретких земаља.На пример, користи се као сложено ђубриво ретких земаља и додатак сточној храни за пољопривреду.
(2) Активатор за зелени прах у три примарна флуоресцентна праха.Савремени оптоелектронски материјали захтевају употребу три основне боје фосфора, и то црвене, зелене и плаве, које се могу користити за синтезу различитих боја.А тербијум је незаменљива компонента у многим висококвалитетним зеленим флуоресцентним праховима.
(3) Користи се као магнетно оптички материјал за складиштење.Танки филмови од легуре прелазног метала аморфног тербијума коришћени су за производњу магнето-оптичких дискова високих перформанси.
(4) Производња магнето оптичког стакла.Фарадејево ротационо стакло које садржи тербијум је кључни материјал за производњу ротатора, изолатора и циркулатора у ласерској технологији.
(5) Развој и развој феромагнетострикционе легуре тербијум диспрозијум (ТерФенол) отворио је нове примене за тербијум.
За пољопривреду и сточарство
Тербијум ретких земаља може побољшати квалитет усева и повећати брзину фотосинтезе унутар одређеног опсега концентрације.Комплекси тербијума имају високу биолошку активност.Тернарни комплекси тербијума, Тб (Ала) 3БенИм (ЦлО4) 3 · 3Х2О, имају добро антибактеријско и бактерицидно дејство на Стапхилоцоццус ауреус, Бациллус субтилис и Есцхерицхиа цоли.Имају широк антибактеријски спектар.Проучавање таквих комплекса пружа нови истраживачки правац за савремене бактерицидне лекове.
Користи се у области луминисценције
Савремени оптоелектронски материјали захтевају употребу три основне боје фосфора, и то црвене, зелене и плаве, које се могу користити за синтезу различитих боја.А тербијум је незаменљива компонента у многим висококвалитетним зеленим флуоресцентним праховима.Ако је рођење ТВ црвеног флуоресцентног праха у боји ретких земаља стимулисало потражњу за итријумом и европијумом, онда је примену и развој тербијума промовисао зелени флуоресцентни прах ретких земаља три основне боје за лампе.Почетком 1980-их, Пхилипс је изумео прву компактну штедљиву флуоресцентну лампу на свету и брзо је промовисао широм света.Тб3+ јони могу да емитују зелено светло са таласном дужином од 545 нм, а скоро сви зелени фосфори ретких земаља користе тербијум као активатор.
Зелени фосфор за катодну цев у боји (ЦРТ) одувек се заснивао на цинк сулфиду, који је јефтин и ефикасан, али се тербијум прах одувек користио као зелени фосфор за пројекцију ТВ у боји, укључујући И2СиО5 ∶ Тб3+, И3 ( Ал, Га) 5О12 ∶ Тб3+ и ЛаОБр ∶ Тб3+.Са развојем телевизије високе дефиниције великог екрана (ХДТВ), развијају се и зелени флуоресцентни прахови високих перформанси за ЦРТ.На пример, у иностранству је развијен хибридни зелени флуоресцентни прах, који се састоји од И3 (Ал, Га) 5О12: Тб3+, ЛаОЦл: Тб3+ и И2СиО5: Тб3+, који имају одличну ефикасност луминисценције при високој густини струје.
Традиционални рендгенски флуоресцентни прах је калцијум волфрамат.Током 1970-их и 1980-их, развијени су фосфори ретких земаља за интензивирање сита, као што су тербијумом активирани сумпор Лантан оксид, тербијумом активиран бром Лантан оксид (за зелене екране), тербијумом активиран сумпор итријум(ИИИ) оксид, итд. флуоресцентни прах ретке земље може смањити време рендгенског зрачења за пацијенте за 80%, побољшати резолуцију рендгенских филмова, продужити животни век рендгенских цеви и смањити потрошњу енергије.Тербијум се такође користи као флуоресцентни прашкасти активатор за медицинске екране за побољшање рендгенских зрака, што може значајно побољшати осетљивост конверзије рендгенских зрака у оптичке слике, побољшати јасноћу рендгенских филмова и значајно смањити дозу експозиције Кс-зрака. зрака на људско тело (за више од 50%).
Тербијум се такође користи као активатор у белом ЛЕД фосфору побуђеном плавом светлошћу за ново полупроводничко осветљење.Може се користити за производњу тербијум алуминијум магнето оптичких кристалних фосфора, користећи диоде које емитују плаво светло као изворе ексцитационог светла, а генерисана флуоресценција се меша са ексцитационим светлом да би се произвела чиста бела светлост.
Електролуминисцентни материјали направљени од тербијума углавном укључују цинк сулфид зелени фосфор са тербијумом као активатором.Под ултраљубичастим зрачењем, органски комплекси тербијума могу емитовати јаку зелену флуоресценцију и могу се користити као танкослојни електролуминисцентни материјали.Иако је направљен значајан напредак у проучавању електролуминисцентних танких филмова органског комплекса ретких земаља, још увек постоји одређени јаз у односу на практичност, а истраживања о електролуминисцентним танким филмовима и уређајима ретке земље органског комплекса су још увек у дубини.
Карактеристике флуоресценције тербијума се такође користе као флуоресцентне сонде.На пример, флуоресцентна сонда офлоксацин тербијум (Тб3+) је коришћена за проучавање интеракције између комплекса офлоксацин тербијум (Тб3+) и ДНК (ДНК) спектром флуоресценције и спектром апсорпције, што указује да офлоксацин Тб3+сонда може да формира жлебове који се везују са ДНК. и ДНК може значајно побољшати флуоресценцију офлоксацин Тб3+ система.На основу ове промене може се одредити ДНК.
За магнето оптичке материјале
Материјали са Фарадејевим ефектом, познати и као магнето-оптички материјали, широко се користе у ласерима и другим оптичким уређајима.Постоје две уобичајене врсте магнето оптичких материјала: магнето оптички кристали и магнето оптичко стакло.Међу њима, магнетно-оптички кристали (као што су итријум гвоздени гранат и тербијум галијум гранат) имају предности подесиве радне фреквенције и високе термичке стабилности, али су скупи и тешки за производњу.Поред тога, многи магнетно-оптички кристали са великим Фарадејевим углом ротације имају високу апсорпцију у краткоталасном опсегу, што ограничава њихову употребу.У поређењу са магнето оптичким кристалима, магнето оптичко стакло има предност високе пропусности и лако се прави у велике блокове или влакна.Тренутно су магнетно-оптичка стакла са високим Фарадејевим ефектом углавном стакла допирана јонима ретких земаља.
Користи се за магнето оптичке материјале за складиштење
Последњих година, са брзим развојем мултимедије и канцеларијске аутоматизације, потражња за новим магнетним дисковима великог капацитета се повећава.Филмови од легура прелазних метала аморфног метала тербијум коришћени су за производњу магнето-оптичких дискова високих перформанси.Међу њима, танки филм од легуре ТбФеЦо има најбоље перформансе.Магнето-оптички материјали на бази тербијума су произведени у великом обиму, а магнетно-оптички дискови направљени од њих се користе као компоненте за складиштење рачунара, са капацитетом складиштења повећаном за 10-15 пута.Имају предности великог капацитета и велике брзине приступа и могу се брисати и премазати десетине хиљада пута када се користе за оптичке дискове високе густине.Они су важан материјал у технологији електронског складиштења информација.Најчешће коришћени магнетно-оптички материјал у видљивом и блиском инфрацрвеном опсегу је монокристал тербијум галијум гранат (ТГГ), који је најбољи магнето-оптички материјал за израду Фарадејевих ротатора и изолатора.
За магнетно оптичко стакло
Фарадаи магнето оптичко стакло има добру транспарентност и изотропију у видљивом и инфрацрвеном подручју и може формирати различите сложене облике.Лако је производити производе великих димензија и могу се увући у оптичка влакна.Због тога има широку перспективу примене у магнето оптичким уређајима као што су магнето оптички изолатори, магнето оптички модулатори и оптички сензори струје.Због свог великог магнетног момента и малог коефицијента апсорпције у видљивом и инфрацрвеном опсегу, јони Тб3+ су постали уобичајени јони ретких земаља у магнето оптичким наочарима.
Тербијум диспрозијум феромагнетострикциона легура
Крајем 20. века, са продубљивањем светске научне и технолошке револуције, брзо се појављују нови ретки земљани примењени материјали.Године 1984. Државни универзитет Ајове у Сједињеним Државама, Лабораторија Ејмс Министарства енергетике Сједињених Држава и Центар за истраживање површинског оружја америчке морнарице (главно особље касније основане америчке компаније Едге Тецхнологи Цомпани (ЕТ РЕМА) долази из центар) заједнички су развили нови ретки земни Смарт материјал, односно тербијум диспрозијум гвожђе гигантски магнетостриктивни материјал.Овај нови Смарт материјал има одличне карактеристике брзог претварања електричне енергије у механичку енергију.Подводни и електро-акустични претварачи направљени од овог гигантског магнетостриктивног материјала успешно су конфигурисани у поморској опреми, звучницима за детекцију нафтних бушотина, системима за контролу буке и вибрација, и системима за истраживање океана и подземне комуникације.Стога, чим се родио џиновски магнетостриктивни материјал тербијум диспрозијум гвожђа, добио је широку пажњу индустријализованих земаља широм света.Едге Тецхнологиес у Сједињеним Државама је 1989. године почела да производи џиновске магнетостриктивне материјале од гвожђа са тербијум диспрозијумом и назвала их Терфенол Д. Касније су Шведска, Јапан, Русија, Уједињено Краљевство и Аустралија такође развиле тербијум диспрозијум гвожђе гигантске магнетостриктивне материјале.
Из историје развоја овог материјала у Сједињеним Државама, и проналазак материјала и његове ране монополистичке примене су директно повезане са војном индустријом (као што је морнарица).Иако кинеска војна и одбрамбена одељења постепено јачају своје разумевање овог материјала.Међутим, након што се Свеобухватна национална моћ Кине значајно повећа, услови за реализацију војне конкурентске стратегије у 21. веку и побољшање нивоа опремљености биће свакако веома хитни.Због тога ће широка употреба тербијум диспрозијум гвоздених џиновских магнетостриктивних материјала од стране војних и националних одељења одбране бити историјска неопходност.
Укратко, многа одлична својства тербијума чине га незаменљивим чланом многих функционалних материјала и незаменљивом позицијом у неким областима примене.Међутим, због високе цене тербијума, људи су проучавали како да избегну и минимизирају употребу тербијума у циљу смањења трошкова производње.На пример, магнетно-оптички материјали ретких земаља такође треба да користе јефтин диспрозијум гвожђе кобалт или гадолинијум тербијум кобалт што је више могуће;Покушајте да смањите садржај тербијума у зеленом флуоресцентном праху који се мора користити.Цена је постала важан фактор који ограничава широку употребу тербијума.Али многи функционални материјали не могу без тога, тако да се морамо придржавати принципа „коришћења доброг челика на сечиву“ и покушати да уштедимо употребу тербијума што је више могуће.
Време поста: Јул-05-2023