Magiczny element ziemi rzadkiej: terbium

Terbnależy do kategorii ciężkich ziem rzadkich, z niską obfitością w skórce Ziemi na zaledwie 1,1 ppm.Tlenek terbustanowi mniej niż 0,01% wszystkich ziem rzadkich. Nawet w ciężkiej rudie ziem rzadkich o wysokim jonie itru o najwyższej zawartości terbu, zawartość terbum stanowi jedynie 1,1-1,2% całościZiemia rzadka, wskazując, że należy do kategorii „szlachetnej”Ziemia rzadkaelementy. Przez ponad 100 lat od odkrycia terbu w 1843 r. Jego niedobór i wartość od dawna uniemożliwiają jego praktyczne zastosowanie. To dopiero w ciągu ostatnich 30 latterbpokazał swój wyjątkowy talent.

Odkrywanie historii

Szwedzki chemik Carl Gustaf Mosander odkrył terbum w 1843 r.Tlenek itrIY2O3. ItrNazwany jest na cześć wioski Itby w Szwecji. Przed pojawieniem się technologii wymiany jonowej terbium nie zostało wyizolowane w czystej formie.

Mossander po raz pierwszy podzielonyTlenek itrna trzy części, wszystkie nazwane po rudach:Tlenek itr, Tlenek erbi, ITlenek terbu. Tlenek terbupierwotnie składał się z różowej części, ze względu na element znany obecnie jakoerb. Tlenek erbi(w tym to, co teraz nazywamy Terbium) było pierwotnie bezbarwną częścią rozwiązania. Nierozpuszczalny tlenek tego elementu jest uważany za brązowy.

Później pracownicy trudno było zaobserwować niewielkie kolorowe ”Tlenek erbi„, Ale rozpuszczalnej różowej części nie można zignorować. Debata na temat istnieniaTlenek erbiwielokrotnie pojawił się. W chaosie oryginalna nazwa została odwrócona, a wymiana nazw została utknięta, więc różowa część została ostatecznie wymieniona jako rozwiązanie zawierające Erbium (w roztworze był różowy). Uważa się teraz, że pracownicy, którzy używają disiarczanu sodu lub siarczanu potasu, aby usunąć dwutlenek ceru zTlenek itrnieumyślnie obracają sięterbdo ceru zawierającego osady. Obecnie znany jako „terb', tylko około 1% oryginałuTlenek itrjest obecny, ale wystarczy, aby przekazać jasnożółty kolor doTlenek itr. Dlatego,terbjest wtórnym składnikiem, który początkowo go zawierał i jest kontrolowany przez jego bezpośrednich sąsiadów,gadolinIdysproz.

Potem, ilekroć inneZiemia rzadkaElementy oddzielono od tej mieszaniny, niezależnie od odsetka tlenku, nazwa terbu została zatrzymana, aż w końcu brązowy tlenekterbuzyskano w czystej formie. Naukowcy w XIX wieku nie zastosowali technologii fluorescencji ultrafioletowej do obserwowania jasnożółtych lub zielonych guzków (III), co ułatwia rozpoznanie terbu w mieszaninach lub roztworach stałych.

Konfiguracja elektronów

Układ elektroniczny:

1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D10 4P6 5S2 4D10 5P6 6S2 4F9

Układ elektronicznyterbIS [XE] 6S24F9. Zwykle tylko trzy elektrony można usunąć, zanim ładunek jądrowy stanie się zbyt duży, aby je dalej jonizować. Jednak w przypadkuterb, półpełnyterbPozwala na dalszą jonizację czwartego elektronu w obecności bardzo silnego utleniacza, takiego jak gaz fluorowy.

Metal

Terbjest srebrnym białym metalem ziem rzadkich o plastyczności, wytrzymałości i miękkości, którą można wyciąć nożem. Temperatura topnienia 1360 ℃, temperatura wrzenia 3123 ℃, gęstość 8229 4 kg/m3. W porównaniu z wczesnymi elementami lantanowca jest on stosunkowo stabilny w powietrzu. Dziewiąty element pierwiastków lantanidowych, terbum, jest wysoce naładowanym metalem, który reaguje wodą z tworzeniem gazu wodorowego.

W naturze,terbNigdy nie stwierdzono, że jest wolnym pierwiastkiem, obecnym w niewielkich ilościach w fosforowym piasku toru i silikonowej rudie beryllium.TerbWspółistnieje z innymi pierwiastkami ziem rzadkich w piasku monazytu, z ogólnie 0,03% zawartością terbu. Inne źródła obejmują fosforan itrium i złoto ziem rzadkich, z których oba są mieszaninami tlenków zawierających do 1% terbu.

Aplikacja

ZastosowanieterbW większości obejmuje dziedziny zaawansowanych technologii, które są intensywnie technologicznymi i intensywnymi, najnowocześniejszymi projektami, a także projektami o znacznych korzyściach ekonomicznych, z atrakcyjnymi perspektywami rozwoju.

Główne obszary aplikacji obejmują:

(1) wykorzystywane w postaci mieszanych ziem rzadkich. Na przykład jest stosowany jako nawóz złożony ziem rzadkich i addytyw paszowy dla rolnictwa.

(2) Aktywator dla zielonego proszku w trzech pierwotnych proszkach fluorescencyjnych. Nowoczesne materiały optoelektroniczne wymagają użycia trzech podstawowych kolorów fosforów, a mianowicie czerwonego, zielonego i niebieskiego, które można użyć do syntezy różnych kolorów. Iterbjest niezbędnym elementem w wielu wysokiej jakości zielonych proszkach fluorescencyjnych.

(3) Stosowany jako optyczny materiał magazynowy. Do produkcji wysokowydajnych dysków optycznych MATETO METAL TERBIUM TRANSITION TRANSITION TRANSITION METAL THOLOY zostały wykorzystane.

(4) Produkcja szkła optycznego magneto. Faraday Rotatory Glass zawierający terbium jest kluczowym materiałem do produkcji rotatorów, izolatorów i krążek w technologii laserowej.

(5) Rozwój i opracowanie stopu ferromagnetycznego (terfenol) terbu (terfenol) otworzyło nowe zastosowania terbu.

Dla rolnictwa i hodowli zwierząt

Ziemia rzadkaterbmoże poprawić jakość upraw i zwiększyć szybkość fotosyntezy w określonym zakresie koncentracji. Kompleksy terbu mają wysoką aktywność biologiczną i trójskładnikowe kompleksyterb, TB (ALA) 3benim (CLO4) 3-3H2O, mają dobre działanie przeciwbakteryjne i bakteriobójcze na Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis i Escherichia coli, z właściwościami przeciwbakteryjnymi o szerokim spektrum. Badanie tych kompleksów stanowi nowy kierunek badań współczesnych leków bakteriobójczych.

Stosowane w dziedzinie luminescencji

Nowoczesne materiały optoelektroniczne wymagają użycia trzech podstawowych kolorów fosforów, a mianowicie czerwonego, zielonego i niebieskiego, które można użyć do syntezy różnych kolorów. A terbium jest niezbędnym składnikiem w wielu wysokiej jakości zielonych proszkach fluorescencyjnych. Jeśli narodziny czerwony fluorescencyjny w proszku fluorescencyjnym w telewizji rzadkiej stymulowało zapotrzebowanie na zapotrzebowanieitrIeurop, następnie zastosowanie i rozwój terbu zostały promowane przez trzy pierwotne fluorescencyjne proszek pierwotny kolor pierwotny kolor. Na początku lat osiemdziesiątych Philips wynalazł pierwszą na świecie kompaktową energooszczędną lampę fluorescencyjną i szybko promował ją na całym świecie. Jony TB3+mogą emitować zielone światło o długości fali 545 nm i prawie wszystkie stosowane zielone proszki fluorescencyjne Rare Earthterb, jako aktywator.

Zielony fluorescencyjny proszek stosowany do kolorowych rur promieniowych katody (CRT) zawsze był oparty głównie na taniej i wydajnym siarczku cynku, ale proszek terbium zawsze był używany jako kolorowy proszek w telewizji, taki jak Y2SIO5: TB3+, Y3 (Al, Ga) 5O12: TB3+i LaObr: Tb3+. Wraz z opracowaniem telewizji o dużym ekranie (HDTV) opracowywane są również wysokowydajne zielone proszki fluorescencyjne dla CRT. Na przykład opracowano hybrydowy zielony fluorescencyjny proszek za granicą, składający się z Y3 (AL, GA) 5O12: TB3+, LaOCL: TB3+i Y2SIO5: TB3+, które mają doskonałą wydajność luminescencji przy wysokiej gęstości prądu.

Tradycyjnym proszkiem fluorescencyjnym rentgenowskim jest wolfram wapnia. W latach siedemdziesiątych i 80. XX wieku opracowano proszki fluorescencyjne ziem rzadkich dla ekranów uczuleniach, takie jakterb, Aktywowany tlenek siarczku lantanowego, tlenek bromku aktywowanego terbem (dla zielonych ekranów) i tlenek siarczku aktywowanego terbu. W porównaniu z wolframem wapnia proszek fluorescencyjny rzadki może skrócić czas napromieniowania rentgenowskiego u pacjentów o 80%, poprawić rozdzielczość filmów rentgenowskich, przedłużyć żywotność rurek rentgenowskich i zmniejszyć zużycie energii. Terbi jest również stosowane jako fluorescencyjny aktywator proszku do medycznych ekranów wzmacniających promieniowanie rentgenowskie, które mogą znacznie poprawić wrażliwość konwersji rentgenowskiej na obrazy optyczne, poprawić przejrzystość filmów rentgenowskich i znacznie zmniejszyć dawkę ekspozycji promieni rentgenowskich na ludzkie ciało (o więcej niż 50%).

Terbjest również stosowany jako aktywator w białym fosforze LED wzbudzonym niebieskim światłem dla nowego oświetlenia półprzewodnikowego. Można go stosować do produkcji aluminiowych fosforowych aluminiowych fosforowych magneto, przy użyciu diod emitujących światło niebieskie jako źródła światła wzbudzenia, a generowana fluorescencja jest mieszana z światłem wzbudzającym, aby wytworzyć czyste białe światło światła

Materiały elektroluminescencyjne wykonane z terbum obejmują głównie zielony fluorescencyjny sarbel z cynkuterbjako aktywator. W ramach promieniowania ultrafioletowego kompleksy organiczne terbu mogą emitować silną zieloną fluorescencję i mogą być stosowane jako cienkie linione materiały elektroluminescencyjne. Chociaż w badaniu poczyniono znaczne postępyZiemia rzadkaOrganiczne złożone cienkie wargi elektroluminescencyjne, nadal istnieje pewna przerwa od praktyczności, a badania na elektroliminescencyjne cienkie folie i urządzenia elektroliminescencyjne są nadal dogłębne.

Charakterystyka fluorescencji terbu są również stosowane jako sondy fluorescencyjne. Interakcję między z kompleksem Ofloksacyny (TB3+) i kwasem deoksyrybonukleinowym (DNA) badano przy użyciu widm fluorescencyjnych i absorpcyjnych, takich jak sonda fluorescencyjna terbium zloksacyny (TB3+). Wyniki wykazały, że sonda OfloxaCin TB3+może tworzyć wiązanie rowka z cząsteczkami DNA, a kwas deoksyrybonukleinowy może znacznie zwiększyć fluorescencję układu Ofloksacyny TB3+. Na podstawie tej zmiany można określić kwas deoksyrybonukleinowy.

Dla materiałów optycznych magneto

Materiały z efektem Faraday, znane również jako materiały magnetooptyczne, są szeroko stosowane w laserach i innych urządzeniach optycznych. Istnieją dwa popularne rodzaje materiałów optycznych magneto: kryształy optyczne magneto i szkło optyczne magneto. Wśród nich kryształy magnetooptyczne (takie jak granat żelaza i żelaza i granat terbowy) 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 krótkiej fali, co ogranicza ich użycie. W porównaniu z kryształami optycznymi Magneto, szkło optyczne Magneto ma tę zaletę, że jest łatwa do wykonania w duże bloki lub włókna. Obecnie szklanki magnetooptyczne o wysokim efekcie Faraday są głównie szklankami domieszkowanymi jonami ziem rzadkich.

Używane do magazynów magneto

W ostatnich latach, wraz z szybkim rozwojem multimediów i automatyzacji biur, zapotrzebowanie na nowe dyski magnetyczne o dużej pojemności wzrasta. Do produkcji wysokowydajnych dysków optycznych MATETO METAL TERBIUM TRANSITION TRANSITION TRANSITION METAL THOLOY zostały wykorzystane. Wśród nich cienki folia TBFECO ma najlepszy występ. Materiały magnetooptyczne na bazie terbu zostały wyprodukowane na dużą skalę, a wykonane z nich dyski magnetooptyczne są używane jako komponenty magazynowe komputerowego, przy czym pojemność magazynowa wzrosła o 10-15 razy. Mają zalety dużej pojemności i szybkiej prędkości dostępu, i mogą być wycierane i powlekane dziesiątki tysięcy razy, gdy są używane do dysków optycznych o dużej gęstości. Są to ważne materiały w technologii przechowywania informacji elektronicznej. Najczęściej stosowanym materiałem magnetooptycznym w pasmach widzialnych i bliskiej podczerwieni jest pojedynczy kryształ Garnet Gallium Terbium (TGG), który jest najlepszym materiałem magnetooptycznym do tworzenia rotatorów i izolatorów Faraday.

Do szkła optycznego magneto

Faraday Magneto Optyczne szkło ma dobrą przezroczystość i izotropię w regionach widzialnych i podczerwieni oraz może tworzyć różne złożone kształty. Łatwo jest wytwarzać duże produkty i można je wciągnąć na włókna optyczne. Dlatego ma szerokie perspektywy zastosowania w urządzeniach optycznych magneto, takich jak izolatory optyczne magneto, modulatory optyczne magneto i czujniki prądu światłowodowego. Ze względu na duży moment magnetyczny i mały współczynnik absorpcji w zakresie widzialnym i podczerwieni jony TB3+stają się powszechnie stosowane jony ziem rzadkich w szklankach optycznych magneto.

Terbium Dysprosium Ferromagnetostrictive stop

Pod koniec XX wieku, wraz z ciągłym pogłębianiem światowej rewolucji technologicznej, szybko pojawiły się nowe materiały zastosowania ziem rzadkich. W 1984 r. Iowa State University, laboratorium Amesa amerykańskiego Departamentu Energii oraz Centrum Badań Broni Surface Broń na marynarce wojennej (z którego pojawił się główny personel późniejszej krawędzi Technology Corporation (ET REMA)) w celu opracowania nowego materiału inteligentnego ziem rzadkich, a mianowicie terbowego Dysprosium Ferromagnetyc Material Material Materital. Ten nowy inteligentny materiał ma doskonałe cechy szybkiego przekształcania energii elektrycznej w energię mechaniczną. Podwodne i elektroakustyczne przetworniki wykonane z tego gigantycznego materiału magnetostryckiego zostały pomyślnie skonfigurowane w urządzeniach marynarki wojennej, głośnikach wykrywania studni oleju, systemach kontroli hałasu i wibracji oraz systemach eksploracji oceanów i podziemnych systemach komunikacyjnych. Dlatego, gdy tylko narodził się gigantyczny materiał magnetostrictiftowy z zaburzeniami terbu, zwrócił na niego uwagę krajów uprzemysłowionych na całym świecie. Edge Technologies w Stanach Zjednoczonych zaczęły produkować terem żelaza olbrzymie żelaza w 1989 r., A następnie nazwał je terfenol D. Następnie Szwecja, Japonia, Rosja, Wielka Brytania i Australia opracowało również zaburzenia z zaburzeniami żelaza z zaburzeniami terbu.

Z historii rozwoju tego materiału w Stanach Zjednoczonych zarówno wynalazek materiału, jak i jego wczesne zastosowania monopolistyczne są bezpośrednio związane z przemysłem wojskowym (takimi jak marynarka wojenna). Chociaż chińskie działy wojskowe i obrony stopniowo wzmacniają swoje zrozumienie tego materiału. Jednak przy znacznym zwiększeniu kompleksowej siły krajowej Chin popyt na osiągnięcie konkurencyjnej strategii wojskowej XXI wieku i poprawa poziomu sprzętu będzie z pewnością bardzo pilna. Dlatego powszechne zastosowanie terbu dysprozy gigantyczne żelazne materiały magnetostryczne przez departamenty wojskowe i obrony narodowej będzie historyczną koniecznością.

Krótko mówiąc, wiele doskonałych właściwościterbUczyń go niezbędnym członkiem wielu materiałów funkcjonalnych i niezastąpioną pozycją w niektórych dziedzinach aplikacji. Jednak ze względu na wysoką cenę terbumu ludzie badali, jak unikać i zminimalizować stosowanie terbum w celu obniżenia kosztów produkcji. Na przykład materiały magnetooptyczne ziem rzadkich powinny również wykorzystywać tanieŻelazo dyspropowekobalt lub kobalt terbowy gadolinium tak bardzo, jak to możliwe; Staraj się zmniejszyć zawartość terbu w zielonym fluorescencyjnym proszku, który należy zastosować. Cena stała się ważnym czynnikiem ograniczającym powszechne stosowanieterb. Ale wiele materiałów funkcjonalnych nie może się bez niego obejść, więc musimy przestrzegać zasady „używania dobrej stali na ostrze” i spróbować zapisać użycieterbtak bardzo, jak to możliwe.