Terbiumbehoort tot de categorie zwaarzeldzame aardmetalen, met een lage overvloed in de aardkorst van slechts 1,1 ppm. Terbiumoxide is goed voor minder dan 0,01% van de totale zeldzame aardmetalen. Zelfs in het zware zeldzame aarderts met een hoog yttriumion-type en het hoogste gehalte aan terbium, is het terbiumgehalte slechts 1,1-1,2% van de totale zeldzame aardmetalen, wat aangeeft dat het tot de “nobele” categorie van zeldzame aardelementen behoort. Al meer dan 100 jaar sinds de ontdekking van terbium in 1843 hebben de schaarste en waarde ervan de praktische toepassing ervan lange tijd verhinderd. Pas in de afgelopen 30 jaar heeft terbium zijn unieke talent getoond.
Geschiedenis ontdekken
De Zweedse chemicus Carl Gustaf Mosander ontdekte terbium in 1843. Hij vond de onzuiverheden ervan inYttrium(III)oxideEnJ2O3. Yttrium is vernoemd naar het dorp Ytterby in Zweden. Vóór de opkomst van de ionenuitwisselingstechnologie werd terbium niet in zijn pure vorm geïsoleerd.
Mosant verdeelde Yttrium(III)oxide eerst in drie delen, allemaal vernoemd naar ertsen: Yttrium(III)oxide,Erbium(III)oxideen terbiumoxide. Terbiumoxide bestond oorspronkelijk uit een roze deel, vanwege het element dat nu bekend staat als erbium. “Erbium(III)oxide” (inclusief wat we nu terbium noemen) was oorspronkelijk het in wezen kleurloze deel in de oplossing. Het onoplosbare oxide van dit element wordt als bruin beschouwd.
Latere arbeiders konden het kleine kleurloze “Erbium(III)-oxide” nauwelijks waarnemen, maar het oplosbare roze deel kon niet worden genegeerd. Er zijn herhaaldelijk debatten gevoerd over het bestaan van Erbium(III)oxide. In de chaos werd de oorspronkelijke naam omgedraaid en bleef de naamuitwisseling hangen, zodat het roze gedeelte uiteindelijk werd genoemd als een oplossing die erbium bevatte (in de oplossing was het roze). Er wordt nu aangenomen dat werknemers die natriumbisulfaat of kaliumsulfaat gebruiken, dit innemenCerium(IV)oxideuit Yttrium(III)oxide en zetten terbium onbedoeld om in een sediment dat cerium bevat. Slechts ongeveer 1% van het oorspronkelijke Yttrium(III)oxide, nu bekend als “terbium”, is voldoende om Yttrium(III)oxide een gelige kleur te geven. Daarom is terbium een secundaire component die het aanvankelijk bevatte, en wordt het gecontroleerd door zijn directe buren, gadolinium en dysprosium.
Daarna, telkens wanneer andere zeldzame aardelementen uit dit mengsel werden gescheiden, ongeacht de hoeveelheid oxide, werd de naam terbium behouden totdat uiteindelijk het bruine oxide van terbium in zuivere vorm werd verkregen. Onderzoekers in de 19e eeuw gebruikten geen ultraviolette fluorescentietechnologie om felgele of groene knobbeltjes (III) waar te nemen, waardoor het voor terbium gemakkelijker werd herkend in vaste mengsels of oplossingen.
Elektronenconfiguratie
Elektronenconfiguratie:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
De elektronenconfiguratie van terbium is [Xe] 6s24f9. Normaal gesproken kunnen slechts drie elektronen worden verwijderd voordat de nucleaire lading te groot wordt om verder te worden geïoniseerd, maar in het geval van terbium zorgt halfgevuld terbium ervoor dat het vierde elektron verder wordt geïoniseerd in de aanwezigheid van zeer sterke oxidatiemiddelen zoals fluorgas.
Terbium is een zilverwit zeldzaam aardmetaal met taaiheid, taaiheid en zachtheid dat met een mes kan worden gesneden. Smeltpunt 1360 ℃, kookpunt 3123 ℃, dichtheid 8229 4kg/m3. Vergeleken met de vroege Lanthanide is het relatief stabiel in de lucht. Als negende element van Lanthanide is terbium een metaal met sterke elektriciteit. Het reageert met water en vormt waterstof.
In de natuur is terbium nooit een vrij element gebleken; een kleine hoeveelheid daarvan komt voor in fosfocerium, thoriumzand en gadoliniet. Terbium bestaat naast andere zeldzame aardelementen in monazietzand, met een terbiumgehalte van doorgaans 0,03%. Andere bronnen zijn Xenotime en zwarte zeldzame goudertsen, die beide mengsels van oxiden zijn en tot 1% terbium bevatten.
Sollicitatie
De toepassing van terbium heeft vooral betrekking op hightechgebieden, die technologie-intensief zijn en kennisintensieve geavanceerde projecten, evenals projecten met aanzienlijke economische voordelen en aantrekkelijke ontwikkelingsvooruitzichten.
De belangrijkste toepassingsgebieden zijn onder meer:
(1) Gebruikt in de vorm van gemengde zeldzame aardmetalen. Het wordt bijvoorbeeld gebruikt als meststof met zeldzame aardmetalen en als toevoegingsmiddel voor diervoeding voor de landbouw.
(2) Activator voor groen poeder in drie primaire fluorescerende poeders. Moderne opto-elektronische materialen vereisen het gebruik van drie basiskleuren fosforen, namelijk rood, groen en blauw, die kunnen worden gebruikt om verschillende kleuren te synthetiseren. En terbium is een onmisbaar onderdeel in veel hoogwaardige groen fluorescerende poeders.
(3) Gebruikt als magneto-optisch opslagmateriaal. Dunne films van een amorfe metaal-terbium-overgangsmetaallegering zijn gebruikt om magneto-optische schijven met hoge prestaties te vervaardigen.
(4) Productie van magneto-optisch glas. Roterend glas van Faraday dat terbium bevat, is een belangrijk materiaal voor de productie van rotators, isolatoren en circulatoren in de lasertechnologie.
(5) De ontwikkeling en ontwikkeling van de ferromagnetostrictieve legering van terbiumdysprosium (TerFenol) heeft nieuwe toepassingen voor terbium geopend.
Voor landbouw en veeteelt
Zeldzame aardeterbium kan de kwaliteit van gewassen verbeteren en de fotosynthesesnelheid binnen een bepaald concentratiebereik verhogen. Terbiumcomplexen hebben een hoge biologische activiteit. Ternaire complexen van terbium, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3 · 3H2O, hebben goede antibacteriële en bacteriedodende effecten op Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis en Escherichia coli. Ze hebben een breed antibacterieel spectrum. De studie van dergelijke complexen biedt een nieuwe onderzoeksrichting voor moderne bacteriedodende medicijnen.
Gebruikt op het gebied van luminescentie
Moderne opto-elektronische materialen vereisen het gebruik van drie basiskleuren fosforen, namelijk rood, groen en blauw, die kunnen worden gebruikt om verschillende kleuren te synthetiseren. En terbium is een onmisbaar onderdeel in veel hoogwaardige groen fluorescerende poeders. Als de geboorte van rood fluorescerend poeder voor zeldzame aardkleurentelevisie de vraag naar yttrium en europium heeft gestimuleerd, dan is de toepassing en ontwikkeling van terbium bevorderd door groen fluorescerend poeder voor zeldzame aardmetalen met drie primaire kleuren voor lampen. Begin jaren tachtig vond Philips 's werelds eerste compacte energiebesparende fluorescentielamp uit en promootte deze snel wereldwijd. Tb3+ionen kunnen groen licht uitzenden met een golflengte van 545 nm, en bijna alle groene fosforen van zeldzame aardmetalen gebruiken terbium als activator.
De groene fosfor voor kathodestraalbuis (CRT) voor kleuren-tv is altijd gebaseerd geweest op zinksulfide, wat goedkoop en efficiënt is, maar het terbiumpoeder is altijd gebruikt als groene fosfor voor projectie van kleuren-tv, inclusief Y2SiO5 ∶ Tb3+, Y3 ( Al, Ga) 5O12 ∶ Tb3+ en LaOBr ∶ Tb3+. Met de ontwikkeling van high-definition televisie (HDTV) op groot scherm worden ook hoogwaardige groen fluorescerende poeders voor CRT's ontwikkeld. In het buitenland is bijvoorbeeld een hybride groen fluorescerend poeder ontwikkeld, bestaande uit Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+ en Y2SiO5: Tb3+, die een uitstekende luminescentie-efficiëntie hebben bij hoge stroomdichtheid.
Het traditionele röntgenfluorescerende poeder is calciumwolframaat. In de jaren zeventig en tachtig werden zeldzame aardfosforen ontwikkeld voor het versterken van schermen, zoals terbium-geactiveerde zwavellanthaanoxide, terbium-geactiveerde broomlanthaanoxide (voor groene schermen), terbium-geactiveerde zwavel-yttrium (III) oxide, enz. Vergeleken met calciumwolframaat, zeldzame aarde fluorescerend poeder kan de tijd van röntgenstraling voor patiënten met 80% verminderen, de resolutie van röntgenfilms verbeteren, de levensduur verlengen levensduur van röntgenbuizen en een vermindering van het energieverbruik. Terbium wordt ook gebruikt als fluorescerende poederactivator voor medische röntgenverbeteringsschermen, die de gevoeligheid van röntgenomzetting in optische beelden aanzienlijk kunnen verbeteren, de helderheid van röntgenfilms kunnen verbeteren en de blootstellingsdosis van röntgenstraling aanzienlijk kunnen verminderen. straling naar het menselijk lichaam (met meer dan 50%).
Terbium wordt ook gebruikt als activator in de witte LED-fosfor die wordt opgewekt door blauw licht voor nieuwe halfgeleiderverlichting. Het kan worden gebruikt om terbiumaluminium magneto-optische kristalfosforen te produceren, met behulp van blauwlichtgevende diodes als excitatielichtbronnen, en de gegenereerde fluorescentie wordt gemengd met het excitatielicht om puur wit licht te produceren.
De elektroluminescerende materialen gemaakt van terbium omvatten hoofdzakelijk zinksulfide groene fosfor met terbium als activator. Onder ultraviolette bestraling kunnen organische complexen van terbium sterke groene fluorescentie uitstralen en kunnen ze worden gebruikt als dunne-film elektroluminescerende materialen. Hoewel er aanzienlijke vooruitgang is geboekt bij de studie van complexe elektroluminescerende dunne films van zeldzame aardmetalen, bestaat er nog steeds een zekere leemte ten opzichte van de praktijk, en het onderzoek naar complexe elektroluminescerende dunne films en apparaten van zeldzame aardmetalen is nog steeds diepgaand.
De fluorescentie-eigenschappen van terbium worden ook gebruikt als fluorescentiesondes. De fluorescentieprobe Ofloxacine terbium (Tb3+) werd bijvoorbeeld gebruikt om de interactie tussen het Ofloxacine terbium (Tb3+)-complex en DNA (DNA) te bestuderen aan de hand van het fluorescentiespectrum en het absorptiespectrum, wat aangeeft dat Ofloxacine Tb3+probe een groefbinding met DNA-moleculen kan vormen. en DNA kan de fluorescentie van het Ofloxacine Tb3+systeem aanzienlijk verbeteren. Op basis van deze verandering kan DNA worden bepaald.
Voor magneto-optische materialen
Materialen met Faraday-effect, ook wel magneto-optische materialen genoemd, worden veel gebruikt in lasers en andere optische apparaten. Er zijn twee veel voorkomende soorten magneto-optische materialen: magneto-optische kristallen en magneto-optisch glas. Onder hen hebben magneto-optische kristallen (zoals Yttrium-ijzer-granaat en terbium-gallium-granaat) de voordelen van een instelbare werkfrequentie en een hoge thermische stabiliteit, maar ze zijn duur en moeilijk te vervaardigen. Bovendien hebben veel magneto-optische kristallen met een hoge Faraday-rotatiehoek een hoge absorptie in het kortegolfbereik, wat hun gebruik beperkt. Vergeleken met magneto-optische kristallen heeft magneto-optisch glas het voordeel van een hoge doorlaatbaarheid en kan het gemakkelijk tot grote blokken of vezels worden verwerkt. Momenteel zijn magneto-optische glazen met een hoog Faraday-effect voornamelijk glazen met zeldzame aardionen.
Gebruikt voor magneto-optische opslagmaterialen
Door de snelle ontwikkeling van multimedia en kantoorautomatisering is de afgelopen jaren de vraag naar nieuwe magnetische schijven met hoge capaciteit toegenomen. Films van amorfe metaal-terbium-overgangsmetaallegeringen zijn gebruikt om magneto-optische schijven met hoge prestaties te vervaardigen. Onder hen heeft de dunne film van de TbFeCo-legering de beste prestaties. Op terbium gebaseerde magneto-optische materialen zijn op grote schaal geproduceerd, en magneto-optische schijven die daarvan zijn gemaakt worden gebruikt als computeropslagcomponenten, waarbij de opslagcapaciteit 10-15 keer is toegenomen. Ze hebben de voordelen van een grote capaciteit en hoge toegangssnelheid, en kunnen tienduizenden keren worden afgeveegd en gecoat bij gebruik voor optische schijven met hoge dichtheid. Het zijn belangrijke materialen in de elektronische informatieopslagtechnologie. Het meest gebruikte magneto-optische materiaal in de zichtbare en nabij-infrarode banden is het éénkristal Terbium Gallium Garnet (TGG), het beste magneto-optische materiaal voor het maken van Faraday-rotators en isolatoren.
Voor magneto optisch glas
Magneto-optisch glas van Faraday heeft een goede transparantie en isotropie in de zichtbare en infrarode gebieden, en kan verschillende complexe vormen aannemen. Het is gemakkelijk om grote producten te produceren en deze kunnen in optische vezels worden getrokken. Daarom heeft het brede toepassingsmogelijkheden in magneto-optische apparaten zoals magneto-optische isolatoren, magneto-optische modulatoren en glasvezelstroomsensoren. Vanwege het grote magnetische moment en de kleine absorptiecoëfficiënt in het zichtbare en infrarode bereik zijn Tb3+ionen algemeen gebruikte zeldzame aardionen geworden in magneto-optische glazen.
Terbium dysprosium ferromagnetostrictieve legering
Aan het einde van de 20e eeuw, met de verdieping van de wetenschappelijke en technologische wereldrevolutie, komen nieuwe toegepaste materialen voor zeldzame aardmetalen snel in opkomst. In 1984 kwamen de Iowa State University van de Verenigde Staten, het Ames Laboratory van het United States Department of Energy van de Verenigde Staten en het US Navy Surface Weapons Research Center (het belangrijkste personeel van de later opgerichte American Edge Technology Company (ET REMA) uit het centrum) gezamenlijk een nieuw slim materiaal voor zeldzame aardmetalen ontwikkeld, namelijk terbium dysprosium ijzer gigantisch magnetostrictief materiaal. Dit nieuwe Smart-materiaal heeft de uitstekende eigenschappen om elektrische energie snel om te zetten in mechanische energie. De onderwater- en elektro-akoestische transducers gemaakt van dit gigantische magnetostrictieve materiaal zijn met succes geconfigureerd in marineapparatuur, oliebrondetectieluidsprekers, geluids- en trillingscontrolesystemen, en oceaanverkenning en ondergrondse communicatiesystemen. Daarom kreeg het, zodra het terbium dysprosium-ijzergigantische magnetostrictieve materiaal werd geboren, brede aandacht van geïndustrialiseerde landen over de hele wereld. Edge Technologies in de Verenigde Staten begon in 1989 met de productie van terbiumdysprosium-ijzer-gigantische magnetostrictieve materialen en noemde deze Terfenol D. Vervolgens ontwikkelden Zweden, Japan, Rusland, het Verenigd Koninkrijk en Australië ook terbium dysprosium-ijzer-gigantische magnetostrictieve materialen.
Vanuit de geschiedenis van de ontwikkeling van dit materiaal in de Verenigde Staten zijn zowel de uitvinding van het materiaal als de vroege monopolistische toepassingen ervan direct gerelateerd aan de militaire industrie (zoals de marine). Hoewel de militaire en defensiedepartementen van China geleidelijk hun begrip van dit materiaal versterken. Echter, nadat China's Alomvattende Nationale Macht aanzienlijk is toegenomen, zullen de vereisten voor het realiseren van de militaire concurrentiestrategie in de 21e eeuw en het verbeteren van het uitrustingsniveau zeker zeer urgent zijn. Daarom zal het wijdverbreide gebruik van terbiumdysprosium-ijzergigantische magnetostrictieve materialen door militaire en nationale defensiedepartementen een historische noodzaak zijn.
Kortom, de vele uitstekende eigenschappen van terbium maken het tot een onmisbaar lid van veel functionele materialen en een onvervangbare positie in sommige toepassingsgebieden. Vanwege de hoge prijs van terbium hebben mensen echter onderzocht hoe ze het gebruik van terbium kunnen vermijden en minimaliseren om de productiekosten te verlagen. Magneto-optische materialen van zeldzame aardmetalen moeten bijvoorbeeld zoveel mogelijk ook gebruik maken van goedkope dysprosium-ijzerkobalt of gadolinium-terbium-kobalt; Probeer het gehalte aan terbium in het groene fluorescerende poeder dat moet worden gebruikt, te verminderen. De prijs is een belangrijke factor geworden die het wijdverbreide gebruik van terbium beperkt. Maar veel functionele materialen kunnen niet zonder, daarom moeten we ons houden aan het principe van ‘goed staal op het lemmet gebruiken’ en proberen het gebruik van terbium zoveel mogelijk te beperken.
Posttijd: 05-jul-2023