Terbiumbehoort tot de categorie zwaarZeldzame aardes, met een lage overvloed in de korst van de aarde op slechts 1,1 ppm. Terbiumoxide is goed voor minder dan 0,01% van de totale zeldzame aardes. Zelfs in het hoge yttrium-iontype zware zeldzame aarderts met het hoogste gehalte aan terbium, is het terbiumgehalte slechts 1,1-1,2% van de totale zeldzame aarde goed, wat aangeeft dat het behoort tot de "nobele" categorie van zeldzame aardelementen. Al meer dan 100 jaar sinds de ontdekking van terbium in 1843, hebben de schaarste en de waarde de praktische toepassing ervan al lang voorkomen. Het is pas in de afgelopen 30 jaar dat Terbium zijn unieke talent heeft aangetoond。
Geschiedenis ontdekken
De Zweedse chemicus Carl Gustaf Mosander ontdekte Terbium in 1843. Hij vond zijn onzuiverheden inYttrium (iii) oxideEnY2O3. Yttrium is vernoemd naar het dorp Ytterby in Zweden. Vóór de opkomst van ionenuitwisselingstechnologie werd terbium niet geïsoleerd in zijn pure vorm.
Mosant verdeelde eerst yttrium (iii) oxide in drie delen, allemaal genoemd naar ertsen: yttrium (iii) oxide,Erbium (III) oxideen terbiumoxide. Terbiumoxide was oorspronkelijk samengesteld 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 werknemers konden nauwelijks het kleine kleurloze "erbium (III) oxide" observeren, maar het oplosbare roze deel kon niet worden genegeerd. Debatten over het bestaan van erbium (III) oxide zijn herhaaldelijk ontstaan. In de chaos werd de oorspronkelijke naam omgekeerd en was de uitwisseling van namen vastgelopen, dus het roze deel werd uiteindelijk genoemd als een oplossing die erbium bevatte (in de oplossing was het roze). Er wordt nu aangenomen dat werknemers die natriumbisulfaat of kaliumsulfaat gebruikenCerium (iv) oxideUit yttrium (III) oxide en verandert onbedoelde terbium in een sediment dat cerium bevat. Slechts ongeveer 1% van het originele yttrium (III) oxide, nu bekend als "terbium", is voldoende om een geelachtige kleur door te geven aan yttrium (III) oxide. Daarom is terbium een secundaire component die het aanvankelijk bevatte, en wordt het gecontroleerd door zijn directe buren, gadolinium en dysprosium.
Daarna, wanneer andere zeldzame aardelementen werden gescheiden van dit mengsel, ongeacht het aandeel van het oxide, werd de naam van het terbium vastgehouden totdat uiteindelijk het bruine oxide van terbium in pure vorm werd verkregen. Onderzoekers in de 19e eeuw gebruikten geen ultraviolette fluorescentietechnologie om felgele of groene knobbeltjes (III) te observeren, 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 maakt semi -gevuld terbium het mogelijk dat het vierde elektron verder kan worden geïoniseerd in aanwezigheid van zeer sterke oxidanten zoals fluorgas.
Terbium is een zilverwit zeldzame aardmetaal met ductiliteit, taaiheid en zachtheid die met een mes kan worden gesneden. Smeltpunt 1360 ℃, kookpunt 3123 ℃, dichtheid 8229 4kg/m3. In vergelijking met het vroege lanthanide is het relatief stabiel in de lucht. Als het negende element van lanthanide is terbium een metaal met sterke elektriciteit. Het reageert met water om waterstof te vormen.
In de natuur is terbium nooit een vrij element gebleken, waarvan een kleine hoeveelheid bestaat in fosfocerium thoriumzand en gadoliniet. Terbium bestaat samen met andere zeldzame aardelementen in monazietzand, met een over het algemeen 0,03% terbiumgehalte. Andere bronnen zijn xenotime en zwarte zeldzame gouden ertsen, beide zijn mengsels van oxiden en bevatten tot 1% terbium.
Sollicitatie
De toepassing van terbium omvat meestal hightech velden, die technologie-intensieve en kennisintensieve geavanceerde projecten zijn, evenals projecten met aanzienlijke economische voordelen, met aantrekkelijke ontwikkelingsperspectieven.
De belangrijkste toepassingsgebieden zijn onder meer:
(1) gebruikt in de vorm van gemengde zeldzame aardes. Het wordt bijvoorbeeld gebruikt als een zeldzame aardverbindingsmeststoffen en voedingsadditief voor landbouw.
(2) Activator voor groen poeder in drie primaire fluorescerende poeders. Moderne opto -elektronische materialen vereisen het gebruik van drie basiskleuren van fosforen, namelijk rood, groen en blauw, die kunnen worden gebruikt om verschillende kleuren te synthetiseren. En terbium is een onmisbare component in veel hoogwaardige groene fluorescerende poeders.
(3) gebruikt als een optisch opslagmateriaal met magneto. Amorfe metaal terbiumovergang metaallegering dunne films zijn gebruikt om hoogwaardige magneto-optische schijven te produceren.
(4) Optisch glas van de productie van magneto. Faraday roterend glas dat terbium bevat, is een belangrijk materiaal voor productierotators, isolatoren en circulatoren in lasertechnologie.
(5) De ontwikkeling en ontwikkeling van terbium dysprosium ferromagnetostrictieve legering (TERFENOL) heeft nieuwe toepassingen voor terbium geopend.
Voor landbouw en veeteelt
Zeldzame aard terbium kan de kwaliteit van gewassen verbeteren en de snelheid van fotosynthese 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 bactericide 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 bactericide geneesmiddelen.
Gebruikt op het gebied van luminescentie
Moderne opto -elektronische materialen vereisen het gebruik van drie basiskleuren van fosforen, namelijk rood, groen en blauw, die kunnen worden gebruikt om verschillende kleuren te synthetiseren. En terbium is een onmisbare component in veel hoogwaardige groene fluorescerende poeders. Als de geboorte van zeldzame aardkleur tv -rood fluorescerend poeder de vraag naar yttrium en europium heeft gestimuleerd, dan zijn de toepassing en ontwikkeling van terbium gepromoot door zeldzame aarde drie primaire kleuren groen fluorescerend poeder voor lampen. In het begin van de jaren tachtig vond Philips 's werelds eerste compacte energiebesparende fluorescentielamp uit en promootte het snel wereldwijd. TB3+ionen kunnen groen licht uitstoten met een golflengte van 545 nm, en bijna alle zeldzame groene groene fosforen gebruiken terbium als een activator.
De groene fosfor voor kleur tv -kathode Ray Tube (CRT) is altijd gebaseerd op zinksulfide, dat goedkoop en efficiënt is, maar het terbiumpoeder is altijd gebruikt als de groene fosfor voor projectiekleurt -tv, inclusief Y2SIO5 ∶ TB3+, Y3 (AL, GA) 5O ∶ TB3+en LaOBR ∶ TB3+. Met de ontwikkeling van high-definition televisie (HDTV) met een groot scherm worden ook krachtige groene fluorescerende poeders voor CRT's ontwikkeld. Er is bijvoorbeeld een hybride groen fluorescerend poeder ontwikkeld in het buitenland, bestaande uit Y3 (AL, GA) 5O12: TB3+, LAOCL: TB3+en Y2SIO5: TB3+, die een uitstekende luminescentie -efficiëntie hebben bij hoge stroomdichtheid.
Het traditionele röntgenfluorescentiepoeder is calcium wolfraam. In the 1970s and 1980s, rare earth phosphors for intensifying screens were developed, such as terbium activated sulfur Lanthanum oxide, terbium activated bromine Lanthanum oxide (for green screens), terbium activated sulfur Yttrium(III) oxide, etc. Compared with calcium tungstate, rare earth fluorescent powder can reduce the time of X-ray irradiation for patients by 80%, verbetert de resolutie van röntgenfilms, verleng de levensduur van röntgenbuizen en verminderen het energieverbruik. Terbium wordt ook gebruikt als een fluorescerende poederactivator voor medische röntgenverbeteringsschermen, die de gevoeligheid van röntgenconversie in optische beelden aanzienlijk kunnen verbeteren, de duidelijkheid van röntgenfilms kunnen verbeteren en de blootstellingsdosis van röntgenfoto's naar het menselijk lichaam sterk kunnen verminderen (met meer dan 50%).
Terbium wordt ook gebruikt als een activator in de witte LED -fosfor opgewonden door blauw licht voor nieuwe halfgeleiderverlichting. Het kan worden gebruikt om terbiumaluminiummagneto optische kristalfosforen te produceren, met behulp van blauwe licht die diodes emitteert als excitatielichtbronnen, en de gegenereerde fluorescentie wordt gemengd met het excitatielicht om zuiver wit licht te produceren.
De elektroluminescerende materialen gemaakt van terbium omvatten voornamelijk zinksulfidegroene fosfor met terbium als de activator. Onder ultraviolette bestraling kunnen organische complexen van terbium sterke groene fluorescentie uitzenden en kunnen ze worden gebruikt als dunne filmelektroluminescente materialen. Hoewel er aanzienlijke vooruitgang is geboekt in de studie van zeldzame organische complexe elektroluminescerende dunne films, is er nog steeds een zekere kloof uit de praktijk, en onderzoek naar zeldzame organische complexe elektroluminescerende dunne films en apparaten is nog steeds diepgaand.
De fluorescentiekarakteristieken van terbium worden ook gebruikt als fluorescentiesondes. Ofloxacine terbium (TB3+) fluorescentiesonde werd bijvoorbeeld gebruikt om de interactie te bestuderen tussen ofloxacine terbium (Tb3+) complex en DNA (DNA) door fluorescentiespectrum en absorptiespectrum, wat een vleugje fluorescence kan vormen van de fluorescence van de fluorescence van de fluorescence van de fluorescence van de fluorescence van de fluora OFLOXACIN TB3+SYSTEEM. Op basis van deze verandering kan DNA worden bepaald.
Voor optische materialen van magneto
Materialen met Faraday-effect, ook bekend als magneto-optische materialen, 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 ijzeren granaat en terbium gallium granaat) de voordelen van instelbare werkfrequentie en hoge thermische stabiliteit, maar ze zijn duur en moeilijk te produceren. Bovendien hebben veel magneto-optische kristallen met een hoge Faraday-rotatiehoek een hoge absorptie in het korte golfbereik, wat het gebruik ervan beperkt. In vergelijking met optische magneto -kristallen heeft magneto optisch glas het voordeel van een hoge transmissie en is het gemakkelijk om in grote blokken of vezels te worden gemaakt. Momenteel zijn magneto-optische glazen met een hoog Faraday-effect voornamelijk zeldzame aardion-ionenglazen.
Gebruikt voor optische opslagmaterialen met magneto
In de afgelopen jaren, met de snelle ontwikkeling van multimedia en kantoorautomatisering, is de vraag naar nieuwe magnetische schijven met hoge capaciteit toegenomen. Amorfe metalen terbiumovergangs metaallegeringsfilms zijn gebruikt om hoogwaardige magneto-optische schijven te produceren. Onder hen heeft de TBFECO -legering dunne film 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, met opslagcapaciteit met 10-15 keer toegenomen. Ze hebben de voordelen van grote capaciteit en snelle toegangsnelheid, en kunnen tienduizenden keren worden gewist en gecoat wanneer ze worden gebruikt voor optische schijven met hoge dichtheid. Het zijn belangrijke materialen in elektronische opslagtechnologie voor informatie. Het meest gebruikte magneto-optische materiaal in de zichtbare en nabij-infraroodbanden is terbium gallium granaat (TGG) enkel kristal, het beste magneto-optische materiaal voor het maken van Faraday-rotators en isolatoren.
Voor optisch glas met magneto
Optisch glas van Faraday Magneto heeft een goede transparantie en isotropie in de zichtbare en infraroodgebieden en kan verschillende complexe vormen vormen. Het is gemakkelijk om grote producten te produceren en kan worden getrokken in optische vezels. Daarom heeft het brede toepassingsperspectieven in optische magneto -apparaten zoals optische isolatoren van magneto, optische magneto -modulatoren en vezeloptische stroomsensoren. Vanwege het grote magnetische moment en de kleine absorptiecoëfficiënt in het zichtbare en infraroodbereik zijn TB3+-ionen algemeen gebruikte zeldzame aardionen in magneto -optische glazen.
Terbium dysprosium ferromagnetostrictieve legering
Aan het einde van de 20e eeuw, met de verdieping van de Wereldwetenschappelijke en technologische revolutie, zijn er snel nieuwe zeldzame aardse materialen in opkomst. In 1984, Iowa State University van de Verenigde Staten, Ames Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie van de Verenigde Staten en het US Navy Surface Weapons Research Center (het belangrijkste personeel van het later opgerichte American Edge Technology Company (ET REMA) kwam uit het centrum) gezamenlijk een nieuw zeldzame aardmateriaal, namelijk Terbium -dysprosium ijzerwachtmateriaal magnetosticive -materiaal. Dit nieuwe slimme materiaal heeft de uitstekende kenmerken van het snel omzetten van elektrische energie in mechanische energie. De onderwater- en elektro-akoestische transducers gemaakt van dit gigantische magnetostrictieve materiaal zijn met succes geconfigureerd in marineapparatuur, luidsprekers van de oliebron, lawaai en trillingscontrolesystemen en oceaanonderzoek en ondergrondse communicatiesystemen. Daarom, zodra het terbium dysprosium ijzerreus magnetostrictief materiaal werd geboren, kreeg het wijdverbreide aandacht uit geïndustrialiseerde landen over de hele wereld. Edge -technologieën in de Verenigde Staten begonnen met het produceren van terbium dysprosium ijzerreus magnetostrictieve materialen in 1989 en noemden ze terfenol D. Vervolgens ontwikkelden Zweden, Japan, Rusland, het Verenigd Koninkrijk en Australië ook terbium dysprosium ijzerriemmagnetosticatief materiaal.
Uit de geschiedenis van de ontwikkeling van dit materiaal in de Verenigde Staten zijn zowel de uitvinding van het materiaal als de vroege monopolistische toepassingen direct gerelateerd aan de militaire industrie (zoals de marine). Hoewel de militaire en defensie -afdelingen van China hun begrip van dit materiaal geleidelijk versterken. Nadat de uitgebreide nationale macht van China echter aanzienlijk is toegenomen, zullen de vereisten voor het realiseren van de militaire concurrentietrategie in de 21e eeuw en het verbeteren van het apparatuurniveau zeker zeer urgent zijn. Daarom zal het wijdverbreide gebruik van terbium dysprosium ijzerreus magnetostrictieve materialen door militaire en nationale defensieafdelingen een historische noodzaak zijn.
Kortom, de vele uitstekende eigenschappen van terbium maken het een onmisbaar lid van vele functionele materialen en een onvervangbare positie in sommige applicatievelden. Vanwege de hoge prijs van terbium hebben mensen echter bestudeerd hoe ze het gebruik van terbium kunnen vermijden en minimaliseren om de productiekosten te verlagen. Zeldzame aardmagnet-optische materialen moeten bijvoorbeeld ook goedkope dysprosium ijzer kobalt of gadolinium terbium kobalt gebruiken; Probeer het gehalte aan terbium in het groene fluorescerende poeder te verminderen dat moet worden gebruikt. Prijs is een belangrijke factor geworden die het wijdverbreide gebruik van terbium beperkt. Maar veel functionele materialen kunnen niet zonder, dus we moeten ons houden aan het principe van "goed staal op het mes gebruiken" en proberen het gebruik van terbium zoveel mogelijk te bewaren.
Posttijd: JUL-05-2023