Terbiumbehoort tot de categorie van zware zeldzame aardmetalen, met een lage dichtheid in de aardkorst van slechts 1,1 ppm.Terbiumoxidevertegenwoordigt minder dan 0,01% van de totale zeldzame aardmetalen. Zelfs in het zware zeldzame aarderts met een hoog yttrium-iongehalte en het hoogste terbiumgehalte bedraagt het terbiumgehalte slechts 1,1-1,2% van het totaal.zeldzame aarde, wat aangeeft dat het tot de “nobele” categorie behoortzeldzame aardeelementen. 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. Dat is pas de afgelopen dertig jaar het gevalterbiumheeft zijn unieke talent getoond.
Geschiedenis ontdekken
De Zweedse chemicus Carl Gustaf Mosander ontdekte terbium in 1843. Hij ontdekte de onzuiverheden ervan inyttriumoxideEnJ2O3. Yttriumis vernoemd naar het dorp Itby in Zweden. Vóór de opkomst van de ionenuitwisselingstechnologie werd terbium niet in zijn pure vorm geïsoleerd.
Mossander verdeelde zich eerstyttriumoxidein drie delen, allemaal vernoemd naar ertsen:yttriumoxide, erbiumoxide, Enterbiumoxide. Terbiumoxidebestond oorspronkelijk uit een roze deel, vanwege het element dat nu bekend staat alserbium. Erbiumoxide(inclusief wat we nu terbium noemen) was oorspronkelijk een kleurloos deel 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 gedeelte kan niet worden genegeerd. Het debat over het bestaan vanerbiumoxideis herhaaldelijk naar voren gekomen. 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 natriumdisulfide of kaliumsulfaat gebruiken om ceriumdioxide te verwijderenyttriumoxideonbedoeld draaienterbiumomgezet in ceriumhoudende neerslagen. Momenteel bekend als'terbium', slechts ongeveer 1% van het origineelyttriumoxideaanwezig is, maar dit is voldoende om een lichtgele kleur door te gevenyttriumoxide. Daarom,terbiumis een secundaire component die het aanvankelijk bevatte, en wordt gecontroleerd door zijn directe buren,gadoliniumEndysprosium.
Daarna, wanneer anderszeldzame aardeelementen uit dit mengsel werden gescheiden, ongeacht de hoeveelheid oxide, bleef de naam terbium behouden totdat uiteindelijk het bruine oxide vanterbiumwerd in zuivere vorm 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
Elektronische lay-out:
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 nucleaire lading te groot wordt om verder te worden geïoniseerd. Echter, in het geval vanterbium, de halfgevuldeterbiummaakt verdere ionisatie van het vierde elektron mogelijk in aanwezigheid van een zeer sterk oxidatiemiddel zoals fluorgas.
Metaal
Terbiumis 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 vroege lanthanide-elementen is het relatief stabiel in de lucht. Het negende element van de lanthanide-elementen, terbium, is een sterk geladen metaal dat reageert met water om waterstofgas te vormen.
In de natuur,terbiumEr is nooit gevonden dat het een vrij element is, dat in kleine hoeveelheden aanwezig is in fosforceriumthoriumzand en siliciumberylliumyttriumerts.Terbiumbestaat naast andere zeldzame aardelementen in monazietzand, met een terbiumgehalte van doorgaans 0,03%. Andere bronnen zijn onder meer yttriumfosfaat en zeldzaam aardgoud, beide mengsels van oxiden die tot 1% terbium bevatten.
Sollicitatie
De toepassing vanterbiumhet gaat meestal om hightechgebieden, die technologie-intensief en kennisintensief zijn, geavanceerde projecten, maar ook 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. Enterbiumis 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 hoogwaardige magneto-optische schijven 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 aardeterbiumkan de kwaliteit van gewassen verbeteren en de fotosynthesesnelheid binnen een bepaald concentratiebereik verhogen. De complexen van terbium hebben een hoge biologische activiteit, en de ternaire complexen vanterbium, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, hebben goede antibacteriële en bacteriedodende effecten op Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis en Escherichia coli, met breedspectrum antibacteriële eigenschappen. De studie van deze 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 zeldzame aardmetalen kleuren-tv rood fluorescerend poeder de vraag naar heeft gestimuleerdyttriumEneuropiumVervolgens is de toepassing en ontwikkeling van terbium bevorderd door zeldzame aardmetalen, drie primaire kleuren groen fluorescerend poeder voor lampen. Begin jaren tachtig vond Philips 's werelds eerste compacte energiebesparende fluorescentielamp uit en promootte deze snel wereldwijd. Tb3+ionen kunnen groen licht uitstralen met een golflengte van 545 nm, en bijna alle zeldzame aarde groene fluorescerende poeders gebruikenterbium, als activator.
Het groene fluorescerende poeder dat wordt gebruikt voor kathodestraalbuizen (CRT's) voor kleurentelevisie is altijd hoofdzakelijk gebaseerd geweest op goedkoop en efficiënt zinksulfide, maar terbiumpoeder is altijd gebruikt als groen poeder voor projectie van kleurentelevisie, zoals 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 aardfluorescentiepoeders voor sensibiliseringsschermen ontwikkeld, zoalsterbium,geactiveerd lanthaansulfideoxide, terbiumgeactiveerd lanthaanbromideoxide (voor groene schermen) en terbiumgeactiveerd yttriumsulfideoxide. Vergeleken met calciumwolframaat kan fluorescentiepoeder met zeldzame aardmetalen de tijd van röntgenstraling voor patiënten met 80% verkorten, de resolutie van röntgenfilms verbeteren, de levensduur van röntgenbuizen verlengen en het energieverbruik verminderen. 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%).
Terbiumwordt 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 kristalfosfors 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 zinksulfidegroen fluorescerend poederterbiumals 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 in de studie vanzeldzame aardeorganische complexe elektroluminescerende dunne films, er is nog steeds een zekere kloof ten opzichte van de praktijk, en het onderzoek naar organische complexe elektroluminescerende dunne films en apparaten met zeldzame aardmetalen is nog steeds diepgaand.
De fluorescentie-eigenschappen van terbium worden ook gebruikt als fluorescentiesondes. 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 groefbinding met DNA-moleculen kan vormen, en dat deoxyribonucleïnezuur de fluorescentie van het ofloxacine Tb3+systeem aanzienlijk kan versterken. Op basis van deze verandering kan deoxyribonucleïnezuur 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 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 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. Dunne films van een amorfe metaal-terbium-overgangsmetaallegering zijn gebruikt om hoogwaardige magneto-optische schijven 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 voortdurende verdieping van de technologische wereldrevolutie, kwamen er snel nieuwe materialen voor de toepassing van zeldzame aardmetalen in opkomst. In 1984 werkten Iowa State University, het Ames Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie en het US Navy Surface Weapons Research Center (waaruit het belangrijkste personeel van de later opgerichte Edge Technology Corporation (ET REMA) kwam) samen om een nieuwe zeldzame technologie te ontwikkelen. aarde-intelligent materiaal, namelijk 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 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. Met de aanzienlijke versterking van China's alomvattende nationale kracht zal de vraag naar het verwezenlijken van een militaire concurrentiestrategie voor de 21e eeuw en het verbeteren van de uitrustingsniveaus echter beslist 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 vanterbiummaken 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 zouden bijvoorbeeld ook goedkoop moeten zijndysprosium ijzerzoveel mogelijk kobalt 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 ervan beperktterbium. Maar veel functionele materialen kunnen niet zonder, dus moeten we ons houden aan het principe van ‘goed staal op het lemmet gebruiken’ en proberen het gebruik van staal te besparen.terbiumzoveel mogelijk.
Posttijd: 25 oktober 2023