Terbiumbehoort tot de categorie van zware zeldzame aarden, waarvan de abundantie in de aardkorst laag is, namelijk slechts 1,1 ppm.Terbiumoxidevertegenwoordigt minder dan 0,01% van de totale hoeveelheid zeldzame aarden. Zelfs in het zware zeldzame aarderts met een hoog yttriumgehalte en het hoogste terbiumgehalte, bedraagt het terbiumgehalte slechts 1,1-1,2% van het totaal.zeldzame aardewat aangeeft dat het tot de ‘edele’ categorie behoortzeldzame aardeelementen. Al meer dan 100 jaar, sinds de ontdekking van terbium in 1843, hebben de schaarste en de waarde ervan de praktische toepassing ervan lange tijd verhinderd. Pas de afgelopen 30 jaar isterbiumheeft zijn unieke talent getoond.
Geschiedenis ontdekken
De Zweedse chemicus Carl Gustaf Mosander ontdekte terbium in 1843. Hij ontdekte de onzuiverheden ervan inyttriumoxideEnY2O3. Yttriumis vernoemd naar het Zweedse dorp Itby. Vóór de opkomst van ionenwisselingstechnologie werd terbium niet in zuivere vorm geïsoleerd.
Mossander verdeelde zich eerstyttriumoxidein drie delen, allemaal vernoemd naar ertsen:yttriumoxide, erbiumoxide, Enterbiumoxide. Terbiumoxidewas oorspronkelijk samengesteld uit een roze deel, vanwege het element dat nu bekend staat alserbium. Erbiumoxide(inclusief wat we nu terbium noemen) was oorspronkelijk een kleurloos onderdeel in oplossing. Het onoplosbare oxide van dit element wordt als bruin beschouwd.
Latere arbeiders vonden het moeilijk om kleine kleurloze “erbiumoxide", maar het oplosbare roze deel kan niet worden genegeerd. Het debat over het bestaan vanerbiumoxideis herhaaldelijk opgedoken. In de chaos werd de oorspronkelijke naam omgedraaid en de naamswisseling bleef steken, waardoor het roze deel uiteindelijk werd vermeld als een oplossing met erbium (in de oplossing was het roze). Men gelooft nu dat arbeiders die natriumdisulfide of kaliumsulfaat gebruiken om ceriumdioxide uityttriumoxideonbedoeld draaienterbiumin ceriumhoudende neerslagen. Momenteel bekend als 'terbium', slechts ongeveer 1% van het origineelyttriumoxideis aanwezig, maar dit is voldoende om een lichtgele kleur over te brengenyttriumoxide. Daarom,terbiumis een secundair onderdeel dat het oorspronkelijk bevatte, en het wordt gecontroleerd door zijn directe buren,gadoliniumEndysprosium.
Daarna, wanneer anderezeldzame aardeelementen werden uit dit mengsel gescheiden, ongeacht de verhouding van het oxide, de naam terbium bleef behouden totdat uiteindelijk het bruine oxide vanterbiumwerd in zuivere vorm verkregen. Onderzoekers in de 19e eeuw gebruikten geen ultravioletfluorescentietechnologie om heldergele of groene knobbeltjes (III) te observeren, waardoor terbium gemakkelijker te herkennen was in vaste mengsels of oplossingen.
Elektronenconfiguratie
Elektronische indeling:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
De elektronische regeling vanterbiumis [Xe] 6s24f9. Normaal gesproken kunnen slechts drie elektronen worden verwijderd voordat de kernlading te groot wordt om verder geïoniseerd te worden. In het geval vanterbium, de halfgevuldeterbiummaakt verdere ionisatie van het vierde elektron mogelijk in aanwezigheid van een zeer sterke oxidant zoals fluorgas.
Metaal
Terbiumis een zilverwit zeldzaam aardmetaal met ductiliteit, taaiheid en zachtheid, dat met een mes kan worden gesneden. Smeltpunt 1360 °C, kookpunt 3123 °C, dichtheid 8229,4 kg/m³. Vergeleken met eerdere lanthaniden is het relatief stabiel in de lucht. Het negende element van de lanthaniden, terbium, is een sterk geladen metaal dat reageert met water om waterstofgas te vormen.
In de natuur,terbiumis nooit aangetroffen als vrij element, aanwezig in kleine hoeveelheden in fosfor-cerium-thoriumzand en silicium-beryllium-yttriumerts.TerbiumHet komt samen met andere zeldzame aardmetalen voor in monazietzand, met een terbiumgehalte van doorgaans 0,03%. Andere bronnen zijn onder andere yttriumfosfaat en zeldzame aardgoud, beide mengsels van oxiden die tot 1% terbium bevatten.
Sollicitatie
De toepassing vanterbiumHet gaat hierbij meestal om hightechsectoren, waarbij technologie- en kennisintensieve grensverleggende projecten centraal staan, evenals projecten met aanzienlijke economische voordelen en aantrekkelijke ontwikkelingsperspectieven.
De belangrijkste toepassingsgebieden zijn:
(1) Gebruikt in de vorm van gemengde zeldzame aarden. Het wordt bijvoorbeeld gebruikt als meststof voor zeldzame aarden en als veevoeradditief voor de landbouw.
(2) Activator voor groen poeder in drie primaire fluorescerende poeders. Moderne opto-elektronische materialen vereisen het gebruik van drie basiskleuren fosfor, namelijk rood, groen en blauw, die gebruikt kunnen worden om verschillende kleuren te synthetiseren.terbiumis een onmisbaar onderdeel in veel hoogwaardige groene fluorescerende poeders.
(3) Gebruikt als magneto-optisch opslagmateriaal. Dunne films van amorfe metaal-terbium-overgangsmetaallegeringen zijn gebruikt voor de productie van hoogwaardige magneto-optische schijven.
(4) De productie van magneto-optisch glas. Faraday-rotatieglas met terbium is een belangrijk materiaal voor de productie van rotatoren, 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 aardeterbiumKan de kwaliteit van gewassen verbeteren en de fotosynthese binnen een bepaald concentratiebereik verhogen. De complexen van terbium hebben een hoge biologische activiteit, en de ternaire complexen vanterbiumTb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O heeft een goede antibacteriële en bactericide werking op Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis en Escherichia coli, met breedspectrum antibacteriële eigenschappen. De studie van deze complexen biedt een nieuwe onderzoeksrichting voor moderne bactericide geneesmiddelen.
Wordt gebruikt op het gebied van luminescentie
Moderne opto-elektronische materialen vereisen het gebruik van drie basiskleuren fosfor, namelijk rood, groen en blauw, die gebruikt kunnen worden om verschillende kleuren te synthetiseren. En terbium is een onmisbaar onderdeel in veel hoogwaardige groene fluorescentiepoeders. De komst van zeldzame aardmetalen rood fluorescentiepoeder heeft de vraag naaryttriumEneuropium, vervolgens werden de toepassing en ontwikkeling van terbium bevorderd door zeldzame aardmetalen met drie primaire kleuren groen fluorescentiepoeder voor lampen. Begin jaren 80 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 zeldzame aardmetalen groene fluorescentiepoeders gebruikenterbium, als activator.
Het groene fluorescentiepoeder dat wordt gebruikt voor kathodestraalbuizen (CRT's) in kleurentelevisies is altijd voornamelijk gebaseerd geweest op het goedkope en efficiënte zinksulfide, maar terbiumpoeder is altijd al gebruikt als groen poeder voor projectie in kleurentelevisies, zoals Y2SiO5:Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12:Tb3+ en LaOBr:Tb3+. Met de ontwikkeling van grootbeeldtelevisies (HDTV) worden ook hoogwaardige groene fluorescentiepoeders voor CRT's ontwikkeld. Zo is in het buitenland een hybride groen fluorescentiepoeder ontwikkeld, bestaande uit Y3 (Al, Ga) 5O12:Tb3+, LaOCl:Tb3+ en Y2SiO5:Tb3+, die een uitstekende luminescentie-efficiëntie hebben bij een hoge stroomdichtheid.
Het traditionele röntgenfluorescentiepoeder is calciumwolframaat. In de jaren 70 en 80 werden zeldzame-aardefluorescentiepoeders ontwikkeld voor sensibilisatieschermen, zoalsterbiumGeactiveerd lanthaansulfideoxide, terbiumgeactiveerd lanthaanbromideoxide (voor groene schermen) en terbiumgeactiveerd yttriumsulfideoxide. Vergeleken met calciumwolframaat kan zeldzame-aardefluorescentiepoeder de röntgenbestralingstijd van patiënten met 80% verkorten, de resolutie van röntgenfilms verbeteren, de levensduur van röntgenbuizen verlengen en het energieverbruik verlagen. Terbium wordt ook gebruikt als activator voor fluorescerend poeder voor medische röntgenschermen, wat de gevoeligheid van röntgenconversie naar optische beelden aanzienlijk kan verbeteren, de helderheid van röntgenfilms kan verbeteren en de blootstellingsdosis van het menselijk lichaam aan röntgenstraling aanzienlijk kan verlagen (met meer dan 50%).
TerbiumWordt ook gebruikt als activator in de witte LED-fosfor die door blauw licht wordt geactiveerd voor nieuwe halfgeleiderverlichting. Het kan worden gebruikt om terbium-aluminium magneto-optische kristalfosfor te produceren, met behulp van blauwe lichtgevende diodes als excitatielichtbronnen. De gegenereerde fluorescentie wordt gemengd met het excitatielicht om zuiver wit licht te produceren.
De elektroluminescentiematerialen gemaakt van terbium omvatten voornamelijk zink-sulfidegroen fluorescerend poeder metterbiumals activator. Onder ultraviolette bestraling kunnen organische complexen van terbium sterke groene fluorescentie uitzenden en kunnen ze worden gebruikt als dunne-film elektroluminescentiematerialen. Hoewel er aanzienlijke vooruitgang is geboekt in het onderzoek naarzeldzame aardeEr is nog steeds een kloof tussen complexe organische en dunne elektroluminescerende films en de praktische toepasbaarheid ervan, en het onderzoek naar complexe organische en dunne elektroluminescerende films en apparaten van zeldzame aardmetalen is nog in volle gang.
De fluorescentie-eigenschappen van terbium worden ook gebruikt als fluorescentieprobes. De interactie tussen het ofloxacine-terbium (Tb3+)-complex en deoxyribonucleïnezuur (DNA) werd bestudeerd met behulp van fluorescentie- en absorptiespectra, zoals de fluorescentieprobe van ofloxacine-terbium (Tb3+). De resultaten toonden aan dat de ofloxacine Tb3+-probe een groef kan vormen die zich bindt met DNA-moleculen, en dat deoxyribonucleïnezuur de fluorescentie van het ofloxacine Tb3+-systeem aanzienlijk kan verbeteren. Op basis van deze verandering kan deoxyribonucleïnezuur worden bepaald.
Voor magneto-optische materialen
Materialen met het Faraday-effect, ook wel magneto-optische materialen genoemd, worden veel gebruikt in lasers en andere optische apparaten. Er zijn twee veelvoorkomende soorten magneto-optische materialen: magneto-optische kristallen en magneto-optisch glas. Magneto-optische kristallen (zoals yttrium-ijzer-granaat en terbium-gallium-granaat) hebben 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 hoge Faraday-rotatiehoeken een hoge absorptie in het kortegolfbereik, wat hun gebruik beperkt. Vergeleken met magneto-optische kristallen heeft magneto-optisch glas het voordeel van een hoge transmissie en is het gemakkelijk te verwerken tot grote blokken of vezels. Momenteel zijn magneto-optische glazen met een hoog Faraday-effect voornamelijk met zeldzame-aarde-ionen gedoteerde glazen.
Wordt gebruikt voor magneto-optische opslagmaterialen
De laatste jaren is de vraag naar nieuwe magnetische schijven met hoge capaciteit, dankzij de snelle ontwikkeling van multimedia en kantoorautomatisering, toegenomen. Dunne films van amorfe metaal-terbium-overgangsmetaallegeringen worden gebruikt voor de productie van hoogwaardige magneto-optische schijven. De dunne film van de TbFeCo-legering presteert het best. Magneto-optische materialen op basis van terbium worden op grote schaal geproduceerd en magneto-optische schijven die hiervan worden gemaakt, worden gebruikt als componenten voor computeropslag, met een 10-15 keer grotere opslagcapaciteit. Ze bieden voordelen zoals een grote capaciteit en een hoge toegangssnelheid, en kunnen tienduizenden keren worden gewist en gecoat wanneer ze worden gebruikt voor optische schijven met hoge dichtheid. Het zijn belangrijke materialen in de technologie voor elektronische informatieopslag. Het meest gebruikte magneto-optische materiaal in de zichtbare en nabij-infrarode banden is Terbium Gallium Garnet (TGG) monokristal, het beste magneto-optische materiaal voor de productie van Faraday-rotatoren en -isolatoren.
Voor magneto-optisch glas
Magneto-optisch glas van Faraday heeft een goede transparantie en isotropie in het zichtbare en infrarode bereik en kan diverse complexe vormen aannemen. Het is gemakkelijk te produceren met grote producten en kan tot 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 lage absorptiecoëfficiënt in het zichtbare en infrarode bereik zijn Tb3+-ionen veelgebruikte zeldzame-aarde-ionen geworden in magneto-optisch glas.
Terbium dysprosium ferromagnetostrictieve legering
Aan het einde van de 20e eeuw, met de voortdurende verdieping van de wereldwijde technologische revolutie, ontstonden er snel nieuwe materialen voor de toepassing van zeldzame aarden. In 1984 werkten Iowa State University, het Ames Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie en het US Navy Surface Weapons Research Center (waar het hoofdpersoneel van de later opgerichte Edge Technology Corporation (ET REMA) vandaan kwam) samen om een nieuw intelligent materiaal voor zeldzame aarden te ontwikkelen: terbium dysprosium ferromagnetisch magnetostrictief materiaal. Dit nieuwe intelligente materiaal heeft uitstekende eigenschappen om elektrische energie snel om te zetten in mechanische energie. De onderwater- en elektroakoestische transducers van dit gigantische magnetostrictieve materiaal zijn met succes toegepast in marineapparatuur, luidsprekers voor oliebrondetectie, geluids- en trillingscontrolesystemen en systemen voor oceaanexploratie en ondergrondse communicatie. Zodra het terbium dysprosium ijzergigantisch magnetostrictief materiaal werd geboren, kreeg het dan ook brede aandacht van geïndustrialiseerde landen over de hele wereld. Edge Technologies in de Verenigde Staten begon in 1989 met de productie van terbium dysprosium ijzerreuzen magnetostrictieve materialen en noemde deze Terfenol D. Later ontwikkelden Zweden, Japan, Rusland, het Verenigd Koninkrijk en Australië ook terbium dysprosium ijzerreuzen magnetostrictieve materialen.
Gezien de geschiedenis van de ontwikkeling van dit materiaal in de Verenigde Staten, zijn zowel de uitvinding ervan als de vroege monopolistische toepassingen ervan direct gerelateerd aan de militaire industrie (zoals de marine). Hoewel de Chinese defensie- en militaire ministeries geleidelijk hun kennis van dit materiaal vergroten, zal de vraag naar een militaire concurrentiestrategie voor de 21e eeuw en het verbeteren van de uitrustingsniveaus echter zeer urgent zijn, met de aanzienlijke toename van China's alomvattende nationale kracht. Daarom zal het wijdverbreide gebruik van terbium dysprosium ijzerreuzenmagnetostrictieve materialen door militaire en nationale defensie-afdelingen een historische noodzaak zijn.
Kortom, de vele uitstekende eigenschappen vanterbiumHet is een onmisbaar onderdeel van veel functionele materialen en een onvervangbare positie in sommige toepassingsgebieden. Vanwege de hoge prijs van terbium is echter onderzoek gedaan naar hoe het gebruik ervan kan worden vermeden en geminimaliseerd om de productiekosten te verlagen. Zo zouden zeldzame-aarde magneto-optische materialen ook goedkope materialen moeten gebruiken.dysprosiumijzerKobalt of gadolinium terbium kobalt zoveel mogelijk; Probeer het terbiumgehalte in het te gebruiken groene fluorescerende poeder te verminderen. De prijs is een belangrijke factor geworden die het wijdverbreide gebruik vanterbiumMaar veel functionele materialen kunnen niet zonder, dus moeten we ons houden aan het principe van ‘het gebruik van goed staal op het lemmet’ en proberen het gebruik ervan te besparen.terbiumzoveel mogelijk.
Plaatsingstijd: 25-10-2023