Terbnależy do kategorii ciężkich pierwiastków ziem rzadkich, których zawartość w skorupie ziemskiej jest niewielka i wynosi zaledwie 1,1 ppm.Tlenek terbustanowi mniej niż 0,01% całkowitej ilości pierwiastków ziem rzadkich. Nawet w rudzie ciężkiej ziem rzadkich o wysokiej zawartości jonów itru i najwyższej zawartości terbu, zawartość terbu stanowi jedynie 1,1-1,2% całkowitej ilości pierwiastków ziem rzadkich.ziemia rzadkawskazując, że należy do kategorii „szlachetnych”ziemia rzadkapierwiastki. Przez ponad 100 lat od odkrycia terbu w 1843 r. jego rzadkość i wartość uniemożliwiały jego praktyczne zastosowanie przez długi czas. Dopiero w ciągu ostatnich 30 latterbpokazał swój wyjątkowy talent.
Odkrywanie historii
Szwedzki chemik Carl Gustaf Mosander odkrył terb w 1843 roku. Odkrył jego zanieczyszczenia wtlenek itruIY2O3. Itrnazwa pochodzi od wioski Itby w Szwecji. Przed pojawieniem się technologii wymiany jonowej terb nie był izolowany w czystej postaci.
Mossander najpierw podzielonytlenek itruna trzy części, których nazwy pochodzą od rud:tlenek itru, tlenek erbu, Itlenek terbu. Tlenek terbupierwotnie składał się z różowej części, ze względu na pierwiastek znany obecnie jakoerb. Tlenek erbu(w tym to, co obecnie nazywamy terbem) pierwotnie był bezbarwną częścią w roztworze. Nierozpuszczalny tlenek tego pierwiastka jest uważany za brązowy.
Późniejszym pracownikom trudno było zaobserwować drobne, bezbarwne „tlenek erbu„, ale rozpuszczalnej różowej części nie można ignorować. Debata nad istnieniemtlenek erbuwielokrotnie się pojawiał. W chaosie pierwotna nazwa została odwrócona, a zamiana nazw utknęła, więc różowa część została ostatecznie wymieniona jako roztwór zawierający erb (w roztworze był różowy). Obecnie uważa się, że pracownicy, którzy używają disiarczku sodu lub siarczanu potasu do usuwania dwutlenku ceru ztlenek itrunieumyślnie obrócićterbdo ceru zawierającego osady. Obecnie znane jako'terb„, tylko około 1% oryginału”tlenek itrujest obecny, ale wystarczy, aby nadać jasnożółty kolortlenek itru. Dlatego,terbjest składnikiem drugorzędnym, który pierwotnie go zawierał i jest kontrolowany przez swoich bezpośrednich sąsiadów,gadolinIdysproz.
Potem, kiedykolwiek inniziemia rzadkaz tej mieszaniny wydzielono pierwiastki, bez względu na proporcje tlenku, zachowano nazwę terbu, aż w końcu powstał brązowy tlenekterbzostał uzyskany w czystej postaci. Naukowcy w XIX wieku nie stosowali technologii fluorescencji ultrafioletowej do obserwacji jasnożółtych lub zielonych konkrecji (III), co ułatwiało rozpoznanie terbu w stałych mieszaninach lub roztworach.
Konfiguracja elektronowa
Układ elektroniczny:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4k10 5p6 6s2 4f9
Układ elektronicznyterbjest [Xe] 6s24f9. Zwykle tylko trzy elektrony mogą zostać usunięte zanim ładunek jądrowy stanie się zbyt duży, aby mógł zostać dalej zjonizowany. Jednak w przypadkuterb, półwypełnionyterbumożliwia dalszą jonizację czwartego elektronu w obecności bardzo silnego utleniacza, np. gazu fluorowego.
Metal
Terbjest srebrzystobiałym metalem ziem rzadkich o ciągliwości, wytrzymałości i miękkości, który można ciąć nożem. Temperatura topnienia 1360 ℃, temperatura wrzenia 3123 ℃, gęstość 8229 4 kg/m3. W porównaniu z wczesnymi pierwiastkami lantanowców jest stosunkowo stabilny w powietrzu. Dziewiąty pierwiastek pierwiastków lantanowców, terb, jest silnie naładowanym metalem, który reaguje z wodą, tworząc gaz wodorowy.
W naturze,terbNigdy nie znaleziono go jako wolnego pierwiastka, występuje w niewielkich ilościach w piasku fosforowo-cerowo-torowym i rudzie krzemowo-berylowo-itrowej.Terbwspółistnieje z innymi pierwiastkami ziem rzadkich w piasku monacytowym, z zawartością terbu na poziomie 0,03%. Inne źródła obejmują fosforan itru i złoto ziem rzadkich, które są mieszankami tlenków zawierającymi do 1% terbu.
Aplikacja
ZastosowanieterbDotyczy to głównie dziedzin high-tech, które wymagają intensywnych projektów technologicznych i wiedzy, a także projektów o znacznych korzyściach ekonomicznych i atrakcyjnych perspektywach rozwoju.
Główne obszary zastosowań obejmują:
(1) Wykorzystywany w postaci mieszanych pierwiastków ziem rzadkich. Na przykład jest stosowany jako nawóz złożony z pierwiastków ziem rzadkich i dodatek paszowy dla rolnictwa.
(2) Aktywator zielonego proszku w trzech podstawowych proszkach fluorescencyjnych. Nowoczesne materiały optoelektroniczne wymagają użycia trzech podstawowych kolorów fosforów, mianowicie czerwonego, zielonego i niebieskiego, które można wykorzystać do syntezy różnych kolorów. Iterbjest niezbędnym składnikiem wielu wysokiej jakości zielonych proszków fluorescencyjnych.
(3) Stosowany jako materiał do przechowywania magnetooptycznego. Cienkie warstwy stopu metali przejściowych terbu i amorficznego metalu były używane do produkcji wysokowydajnych dysków magnetooptycznych.
(4) Produkcja szkła magnetooptycznego. Szkło rotacyjne Faradaya zawierające terb jest kluczowym materiałem do produkcji rotatorów, izolatorów i cyrkulatorów w technologii laserowej.
(5) Rozwój i doskonalenie stopu ferromagnetostrykcyjnego dysprozu i terbu (TerFenol) otworzyły nowe zastosowania dla terbu.
Do rolnictwa i hodowli zwierząt
Rzadka ziemiaterbmoże poprawić jakość upraw i zwiększyć tempo fotosyntezy w określonym zakresie stężeń. Kompleksy terbu mają wysoką aktywność biologiczną, a kompleksy trójskładnikoweterb, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, mają dobre działanie przeciwbakteryjne i bakteriobójcze na Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis i Escherichia coli, z szerokim spektrum właściwości przeciwbakteryjnych. Badanie tych kompleksów wyznacza nowy kierunek badań dla nowoczesnych leków bakteriobójczych.
Stosowany w dziedzinie luminescencji
Nowoczesne materiały optoelektroniczne wymagają użycia trzech podstawowych kolorów fosforu, mianowicie czerwonego, zielonego i niebieskiego, które można wykorzystać do syntezy różnych kolorów. A terb jest niezbędnym składnikiem wielu wysokiej jakości zielonych proszków fluorescencyjnych. Jeśli narodziny rzadkich kolorów ziemnych TV czerwony proszek fluorescencyjny pobudziły popyt naitrIeurop, następnie zastosowanie i rozwój terbu zostały promowane przez rzadkie ziemne trzy podstawowe kolory zielony fluorescencyjny proszek do lamp. Na początku lat 80. firma Philips wynalazła pierwszą na świecie kompaktową energooszczędną świetlówkę i szybko wypromowała ją na całym świecie. Jony Tb3+ mogą emitować zielone światło o długości fali 545 nm, a prawie wszystkie rzadkie ziemne zielone fluorescencyjne proszki wykorzystująterb, jako aktywator.
Zielony proszek fluorescencyjny stosowany w kineskopach telewizji kolorowej (CRT) zawsze był oparty głównie na tanim i wydajnym siarczku cynku, ale proszek terbu był zawsze stosowany jako zielony proszek do projekcyjnej telewizji kolorowej, taki jak Y2SiO5: Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+ i LaOBr: Tb3+. Wraz z rozwojem telewizji o dużej rozdzielczości (HDTV) opracowywane są również wysokowydajne zielone proszki fluorescencyjne do kineskopów. Na przykład za granicą opracowano hybrydowy zielony proszek fluorescencyjny, składający się z Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+ i Y2SiO5: Tb3+, które mają doskonałą wydajność luminescencji przy dużej gęstości prądu.
Tradycyjnym proszkiem fluorescencyjnym rentgenowskim jest wolframian wapnia. W latach 70. i 80. XX wieku opracowano proszki fluorescencyjne ziem rzadkich do ekranów sensytyzacyjnych, takie jakterb,aktywowany tlenek siarczku lantanu, tlenek bromku lantanu aktywowany terbem (do zielonych ekranów) i tlenek siarczku itru aktywowany terbem. W porównaniu z wolframianem wapnia, proszek fluorescencyjny ziem rzadkich może skrócić czas napromieniowania pacjentów promieniami rentgenowskimi o 80%, poprawić rozdzielczość filmów rentgenowskich, wydłużyć żywotność lamp rentgenowskich i zmniejszyć zużycie energii. Terb jest również stosowany jako aktywator proszku fluorescencyjnego do ekranów wzmacniających promieniowanie rentgenowskie w medycynie, co może znacznie poprawić czułość konwersji promieni rentgenowskich na obrazy optyczne, poprawić przejrzystość filmów rentgenowskich i znacznie zmniejszyć dawkę promieniowania rentgenowskiego dla ludzkiego ciała (o ponad 50%).
Terbjest również stosowany jako aktywator w białym fosforze LED wzbudzonym niebieskim światłem do nowego oświetlenia półprzewodnikowego. Może być stosowany do produkcji terbowych aluminiowych magneto-optycznych kryształów fosforowych, wykorzystując niebieskie diody elektroluminescencyjne jako źródła światła wzbudzającego, a wygenerowana fluorescencja jest mieszana ze światłem wzbudzającym w celu wytworzenia czystego białego światła
Materiały elektroluminescencyjne wykonane z terbu obejmują głównie zielony proszek fluorescencyjny siarczku cynku zterbjako aktywator. Pod wpływem promieniowania ultrafioletowego organiczne kompleksy terbu mogą emitować silną zieloną fluorescencję i mogą być stosowane jako cienkowarstwowe materiały elektroluminescencyjne. Chociaż poczyniono znaczny postęp w badaniuziemia rzadkaW przypadku złożonych organicznych cienkich warstw elektroluminescencyjnych istnieje nadal pewna luka w stosunku do praktyczności, a badania nad złożonymi organicznymi cienkimi warstwami elektroluminescencyjnymi i urządzeniami ziem rzadkich są nadal dogłębne.
Charakterystyka fluorescencji terbu jest również wykorzystywana jako sondy fluorescencyjne. Interakcja między kompleksem ofloksacyny terbowej (Tb3+) a kwasem deoksyrybonukleinowym (DNA) została zbadana przy użyciu widm fluorescencji i absorpcji, takich jak sonda fluorescencyjna ofloksacyny terbowej (Tb3+). Wyniki wykazały, że sonda ofloksacyny Tb3+ może tworzyć wiązanie rowkowe z cząsteczkami DNA, a kwas deoksyrybonukleinowy może znacząco zwiększyć fluorescencję układu ofloksacyny Tb3+. Na podstawie tej zmiany można określić kwas deoksyrybonukleinowy.
Do materiałów magnetooptycznych
Materiały z efektem Faradaya, znane również jako materiały magnetooptyczne, są szeroko stosowane w laserach i innych urządzeniach optycznych. Istnieją dwa powszechne typy materiałów magnetooptycznych: kryształy magnetooptyczne i szkło magnetooptyczne. Spośród nich kryształy magnetooptyczne (takie jak granat itrowo-żelazowy i granat terbowo-galowy) mają zalety regulowanej częstotliwości roboczej i wysokiej stabilności termicznej, ale są drogie i trudne w produkcji. Ponadto wiele kryształów magnetooptycznych o wysokich kątach obrotu Faradaya ma wysoką absorpcję w zakresie fal krótkich, co ogranicza ich zastosowanie. W porównaniu z kryształami magnetooptycznymi szkło magnetooptyczne ma zaletę wysokiej przepuszczalności i jest łatwe do wytworzenia w duże bloki lub włókna. Obecnie szkła magnetooptyczne o wysokim efekcie Faradaya to głównie szkła domieszkowane jonami ziem rzadkich.
Stosowany do materiałów pamięci magnetooptycznej
W ostatnich latach, wraz z szybkim rozwojem multimediów i automatyzacji biurowej, wzrosło zapotrzebowanie na nowe dyski magnetyczne o dużej pojemności. Cienkie warstwy stopu metali przejściowych terbu i amorficznego metalu zostały użyte do produkcji wysokowydajnych dysków magnetooptycznych. Spośród nich najlepszą wydajność ma cienka warstwa stopu TbFeCo. Materiały magnetooptyczne na bazie terbu zostały wyprodukowane na dużą skalę, a wykonane z nich dyski magnetooptyczne są używane jako komponenty pamięci masowej komputera, a pojemność pamięci wzrosła 10-15 razy. Mają zalety dużej pojemności i szybkiej prędkości dostępu, a przy stosowaniu do dysków optycznych o dużej gęstości można je wycierać i powlekać dziesiątki tysięcy razy. Są ważnymi materiałami w technologii elektronicznego przechowywania informacji. Najczęściej używanym materiałem magnetooptycznym w pasmach widzialnym i bliskiej podczerwieni jest monokryształ granatu terbowo-galowego (TGG), który jest najlepszym materiałem magnetooptycznym do produkcji rotatorów i izolatorów Faradaya.
Do szkła magnetooptycznego
Magneto-optyczne szkło Faradaya ma dobrą przezroczystość i izotropię w zakresie widzialnym i podczerwonym oraz może tworzyć różne złożone kształty. Łatwo jest wytwarzać produkty o dużych rozmiarach i można je wciągać do włókien optycznych. Dlatego ma szerokie perspektywy zastosowania w urządzeniach magneto-optycznych, takich jak izolatory magneto-optyczne, modulatory magneto-optyczne i światłowodowe czujniki prądu. Ze względu na duży moment magnetyczny i mały współczynnik absorpcji w zakresie widzialnym i podczerwonym jony Tb3+ stały się powszechnie stosowanymi jonami ziem rzadkich w szkłach magneto-optycznych.
Stop ferromagnetostrykcyjny terbu i dysprozu
Pod koniec XX wieku, wraz z ciągłym pogłębianiem się światowej rewolucji technologicznej, szybko pojawiały się nowe materiały do zastosowań ziem rzadkich. W 1984 roku Iowa State University, Ames Laboratory of the US Department of Energy oraz US Navy Surface Weapons Research Center (z którego pochodził główny personel późniejszej Edge Technology Corporation (ET REMA)) nawiązały współpracę w celu opracowania nowego inteligentnego materiału ziem rzadkich, a mianowicie ferromagnetycznego materiału magnetostrykcyjnego terbu dysprozu. Ten nowy inteligentny materiał ma doskonałe właściwości szybkiego przekształcania energii elektrycznej w energię mechaniczną. Podwodne i elektroakustyczne przetworniki wykonane z tego gigantycznego materiału magnetostrykcyjnego zostały pomyślnie skonfigurowane w sprzęcie marynarki wojennej, głośnikach wykrywających odwierty naftowe, systemach kontroli hałasu i wibracji oraz systemach eksploracji oceanów i komunikacji podziemnej. Dlatego też, gdy tylko narodził się gigantyczny materiał magnetostrykcyjny terbu dysprozu żelaza, przyciągnął on powszechną uwagę krajów uprzemysłowionych na całym świecie. Firma Edge Technologies w Stanach Zjednoczonych rozpoczęła produkcję olbrzymich materiałów magnetostrykcyjnych na bazie terbu, dysprozu i żelaza w 1989 roku i nadała im nazwę Terfenol D. Następnie Szwecja, Japonia, Rosja, Wielka Brytania i Australia również opracowały olbrzymie materiały magnetostrykcyjne na bazie terbu, dysprozu i żelaza.
Z historii rozwoju tego materiału w Stanach Zjednoczonych, zarówno wynalezienie materiału, jak i jego wczesne zastosowania monopolistyczne są bezpośrednio związane z przemysłem wojskowym (takim jak marynarka wojenna). Chociaż chińskie departamenty wojskowe i obrony stopniowo wzmacniają swoją wiedzę na temat tego materiału. Jednak wraz ze znacznym zwiększeniem wszechstronnej siły narodowej Chin, zapotrzebowanie na osiągnięcie strategii konkurencyjnej armii XXI wieku i poprawę poziomu wyposażenia będzie zdecydowanie bardzo pilne. Dlatego powszechne stosowanie gigantycznych materiałów magnetostrykcyjnych terbu dysprozu żelaza przez departamenty wojskowe i obrony narodowej będzie historyczną koniecznością.
Krótko mówiąc, wiele doskonałych właściwościterbuczynić go niezbędnym członkiem wielu materiałów funkcjonalnych i niezastąpioną pozycją w niektórych dziedzinach zastosowań. Jednak ze względu na wysoką cenę terbu ludzie badali, jak unikać i minimalizować stosowanie terbu w celu obniżenia kosztów produkcji. Na przykład materiały magnetooptyczne ziem rzadkich powinny również wykorzystywać tanieżelazo dysprozowekobalt lub gadolin terb kobalt w jak największym stopniu; Staraj się zmniejszyć zawartość terbu w zielonym proszku fluorescencyjnym, który musi być używany. Cena stała się ważnym czynnikiem ograniczającym powszechne stosowanieterb. Jednak wiele materiałów funkcjonalnych nie może się bez niego obejść, dlatego musimy przestrzegać zasady „używania dobrej stali na ostrzu” i starać się oszczędzać na użytkowaniuterbtak dużo, jak to możliwe.
Czas publikacji: 25-paź-2023