Terbijpripada kategoriji teških rijetkih zemalja, s niskom količinom u Zemljinoj kori od samo 1,1 ppm.Terbijev oksidčini manje od 0,01% ukupnih rijetkih zemalja. Čak i u rudi teških rijetkih zemalja s visokim udjelom itrija iona s najvećim udjelom terbija, sadržaj terbija čini samo 1,1-1,2% ukupnog sadržajarijetka zemlja, što ukazuje na to da pripada „plemenitoj“ kategorijirijetka zemljaelementi. Više od 100 godina od otkrića terbija 1843. godine, njegova rijetkost i vrijednost dugo su sprječavale njegovu praktičnu primjenu. Tek u posljednjih 30 godinaterbijpokazao je svoj jedinstveni talent.
Otkrivanje povijesti
Švedski kemičar Carl Gustaf Mosander otkrio je terbij 1843. godine. Otkrio je njegove nečistoće uitrijev oksidiY2O3. ItrijNazvan je po selu Itby u Švedskoj. Prije pojave tehnologije ionske izmjene, terbij nije bio izoliran u svom čistom obliku.
Mossander je prvi put podijelioitrijev oksidu tri dijela, svi nazvani po rudama:itrijev oksid, erbijev oksiditerbijev oksid. Terbijev oksidizvorno se sastojao od ružičastog dijela, zbog elementa koji je danas poznat kaoerbij. Erbijev oksid(uključujući i ono što danas nazivamo terbijem) izvorno je bio bezbojni dio u otopini. Netopljivi oksid ovog elementa smatra se smeđim.
Kasnijim radnicima je bilo teško uočiti sitne bezbojne "erbijev oksid„, ali topljivi ružičasti dio se ne može zanemariti. Rasprava o postojanjuerbijev oksidviše puta se pojavljivao. U kaosu je izvorni naziv obrnut i zamjena naziva je zapela, pa je ružičasti dio na kraju spomenut kao otopina koja sadrži erbij (u otopini je bio ružičast). Sada se vjeruje da radnici koji koriste natrijev disulfid ili kalijev sulfat za uklanjanje cerijevog dioksida izitrijev oksidnenamjerno okrenutiterbiju taloge koji sadrže cerij. Trenutno poznat kao'terbij', samo oko 1% originalaitrijev oksidje prisutan, ali to je dovoljno za prijenos svijetložute boje naitrijev oksidStoga,terbijje sekundarna komponenta koja ga je u početku sadržavala, a njime upravljaju njegovi neposredni susjedi,gadolinijidisprozij.
Nakon toga, kad god drugirijetka zemljaelementi su odvojeni iz ove smjese, bez obzira na udio oksida, naziv terbij je zadržan sve dok konačno nije dobiven smeđi oksidterbijdobiven je u čistom obliku. Istraživači u 19. stoljeću nisu koristili tehnologiju ultraljubičaste fluorescencije za promatranje jarko žutih ili zelenih nodula (III), što je olakšavalo prepoznavanje terbija u krutim smjesama ili otopinama.
Elektronska konfiguracija
Elektronički raspored:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
Elektronički rasporedterbijje [Xe] 6s24f9. Normalno, samo tri elektrona mogu biti uklonjena prije nego što nuklearni naboj postane prevelik za daljnju ionizaciju. Međutim, u slučajuterbij, polupunjenoterbijomogućuje daljnju ionizaciju četvrtog elektrona u prisutnosti vrlo jakog oksidansa poput plinovitog fluora.
Metal
Terbijje srebrno bijeli rijetki zemni metal s duktilnošću, žilavošću i mekoćom koji se može rezati nožem. Talište 1360 ℃, vrelište 3123 ℃, gustoća 82294 kg/m3. U usporedbi s ranim lantanoidnim elementima, relativno je stabilan na zraku. Deveti element lantanoidnih elemenata, terbij, je visoko nabijeni metal koji reagira s vodom stvarajući vodikov plin.
U prirodi,terbijNikada nije pronađen kao slobodni element, prisutan u malim količinama u fosforno-cerijskom torijumskom pijesku i silicij-berilij-itrijevoj rudi.Terbijkoegzistira s drugim rijetkozemnim elementima u monazitnom pijesku, s općenito 0,03% sadržaja terbija. Ostali izvori uključuju itrijev fosfat i rijetkozemno zlato, koji su oba smjese oksida koje sadrže do 1% terbija.
Primjena
Primjenaterbijuglavnom uključuje visokotehnološka područja, koja su tehnološki intenzivni i znanstveno intenzivni vrhunski projekti, kao i projekti sa značajnim ekonomskim koristima, s atraktivnim razvojnim izgledima.
Glavna područja primjene uključuju:
(1) Koristi se u obliku miješanih rijetkih zemalja. Na primjer, koristi se kao složeno gnojivo od rijetkih zemalja i dodatak stočnoj hrani za poljoprivredu.
(2) Aktivator za zeleni prah u tri primarna fluorescentna praha. Moderni optoelektronički materijali zahtijevaju upotrebu tri osnovne boje fosfora, i to crvene, zelene i plave, koje se mogu koristiti za sintezu različitih boja. Iterbijje neizostavna komponenta u mnogim visokokvalitetnim zelenim fluorescentnim prahovima.
(3) Koristi se kao magnetooptički materijal za pohranu. Tanki filmovi legure amorfnog metala terbija i prijelaznog metala korišteni su za proizvodnju visokoučinkovitih magnetooptičkih diskova.
(4) Proizvodnja magnetooptičkog stakla. Faradayevo rotaciono staklo koje sadrži terbij ključni je materijal za proizvodnju rotatora, izolatora i cirkulatora u laserskoj tehnologiji.
(5) Razvoj i razvoj terbijeve disprozijeve feromagnetostriktivne legure (TerFenol) otvorio je nove primjene za terbij.
Za poljoprivredu i stočarstvo
Rijetka zemljaterbijmože poboljšati kvalitetu usjeva i povećati brzinu fotosinteze unutar određenog raspona koncentracija. Kompleksi terbija imaju visoku biološku aktivnost, a ternarni kompleksiterbij, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, imaju dobre antibakterijske i baktericidne učinke na Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis i Escherichia coli, sa širokim spektrom antibakterijskih svojstava. Proučavanje ovih kompleksa pruža novi smjer istraživanja za moderne baktericidne lijekove.
Koristi se u području luminiscencije
Moderni optoelektronički materijali zahtijevaju upotrebu tri osnovne boje fosfora, i to crvene, zelene i plave, koje se mogu koristiti za sintezu različitih boja. Terbij je neizostavna komponenta u mnogim visokokvalitetnim zelenim fluorescentnim prahovima. Ako je pojava rijetkozemnih TV elemenata u boji potaknula potražnju za crvenim fluorescentnim prahom...itrijieuropij, tada je primjena i razvoj terbija promoviran rijetkim zemnim zelenim fluorescentnim prahom s tri primarne boje za lampe. Početkom 1980-ih, Philips je izumio prvu kompaktnu štedljivu fluorescentnu lampu na svijetu i brzo je promovirao globalno. Tb3+ ioni mogu emitirati zeleno svjetlo s valnom duljinom od 545 nm, a gotovo svi rijetki zemni zeleni fluorescentni prahovi koristeterbij, kao aktivator.
Zeleni fluorescentni prah koji se koristi za katodne cijevi (CRT) televizora u boji oduvijek se uglavnom temeljio na jeftinom i učinkovitom cinkovom sulfidu, ali terbijev prah oduvijek se koristio kao zeleni prah za projekcijske televizore u boji, kao što su Y2SiO5:Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12:Tb3+ i LaOBr:Tb3+. Razvojem televizora visoke razlučivosti (HDTV) s velikim zaslonom razvijaju se i visokoučinkoviti zeleni fluorescentni prahovi za CRT. Na primjer, u inozemstvu je razvijen hibridni zeleni fluorescentni prah koji se sastoji od Y3 (Al, Ga) 5O12:Tb3+, LaOCl:Tb3+ i Y2SiO5:Tb3+, koji imaju izvrsnu učinkovitost luminescencije pri visokoj gustoći struje.
Tradicionalni fluorescentni prah za rendgensko ispitivanje je kalcijev volframat. U 1970-ima i 1980-ima razvijeni su fluorescentni prahovi rijetkih zemalja za senzibilizacijska prozirna prozira, kao što suterbij,aktivirani lantanov sulfid oksid, terbijem aktivirani lantanov bromid oksid (za zelene ekrane) i terbijem aktivirani itrijev sulfid oksid. U usporedbi s kalcijevim volframatom, fluorescentni prah rijetkih zemalja može smanjiti vrijeme zračenja X-zrakama za pacijente za 80%, poboljšati rezoluciju X-zraka, produžiti vijek trajanja X-zraka i smanjiti potrošnju energije. Terbij se također koristi kao aktivator fluorescentnog praha za medicinske ekrane za pojačavanje X-zraka, što može uvelike poboljšati osjetljivost pretvorbe X-zraka u optičke slike, poboljšati jasnoću X-zraka i uvelike smanjiti dozu izloženosti X-zrakama na ljudsko tijelo (za više od 50%).
TerbijTakođer se koristi kao aktivator u bijelom LED fosforu pobuđenom plavim svjetlom za novu poluvodičku rasvjetu. Može se koristiti za proizvodnju terbijevo-aluminijevih magneto-optičkih kristalnih fosfora, koristeći plave svjetleće diode kao izvore pobudne svjetlosti, a generirana fluorescencija se miješa s pobudnom svjetlošću kako bi se dobila čista bijela svjetlost.
Elektroluminiscentni materijali izrađeni od terbija uglavnom uključuju zeleni fluorescentni prah cinkovog sulfida sterbijkao aktivator. Pod ultraljubičastim zračenjem, organski kompleksi terbija mogu emitirati jaku zelenu fluorescenciju i mogu se koristiti kao tankoslojni elektroluminiscentni materijali. Iako je postignut značajan napredak u proučavanjurijetka zemljaorganski kompleksni elektroluminiscentni tanki filmovi, još uvijek postoji određeni jaz od praktičnosti, a istraživanja tankih filmova i uređaja od rijetkih zemnih organskih kompleksa elektroluminiscencije još su uvijek u punom jeku.
Fluorescentne karakteristike terbija također se koriste kao fluorescentne sonde. Interakcija između kompleksa ofloksacin terbija (Tb3+) i deoksiribonukleinske kiseline (DNK) proučavana je korištenjem fluorescentnih i apsorpcijskih spektara, kao što je fluorescentna sonda ofloksacin terbija (Tb3+). Rezultati su pokazali da sonda ofloksacin Tb3+ može formirati žlijeb vezanja s molekulama DNK, a deoksiribonukleinska kiselina može značajno pojačati fluorescenciju ofloksacin Tb3+ sustava. Na temelju ove promjene može se odrediti deoksiribonukleinska kiselina.
Za magnetooptičke materijale
Materijali s Faradayevim efektom, poznati i kao magnetooptički materijali, široko se koriste u laserima i drugim optičkim uređajima. Postoje dvije uobičajene vrste magnetooptičkih materijala: magnetooptički kristali i magnetooptičko staklo. Među njima, magnetooptički kristali (poput itrijevog željeznog granata i terbijevog galijevog granata) imaju prednosti podesive radne frekvencije i visoke toplinske stabilnosti, ali su skupi i teški za proizvodnju. Osim toga, mnogi magnetooptički kristali s visokim Faradayevim kutovima rotacije imaju visoku apsorpciju u kratkovalnom području, što ograničava njihovu upotrebu. U usporedbi s magnetooptičkim kristalima, magnetooptičko staklo ima prednost visoke propusnosti i lako se izrađuje u velike blokove ili vlakna. Trenutno su magnetooptička stakla s visokim Faradayevim efektom uglavnom stakla dopirana rijetkim zemnim ionima.
Koristi se za magnetooptičke materijale za pohranu
Posljednjih godina, s brzim razvojem multimedije i uredske automatizacije, potražnja za novim magnetskim diskovima velikog kapaciteta raste. Tanki filmovi amorfne legure terbija i prijelaznog metala korišteni su za proizvodnju visokoučinkovitih magnetooptičkih diskova. Među njima, tanki film legure TbFeCo ima najbolje performanse. Magnetooptički materijali na bazi terbija proizvode se u velikim razmjerima, a magnetooptički diskovi izrađeni od njih koriste se kao komponente za pohranu podataka u računalima, s kapacitetom pohrane povećanim 10-15 puta. Imaju prednosti velikog kapaciteta i velike brzine pristupa, a mogu se brisati i premazivati desetke tisuća puta kada se koriste za optičke diskove visoke gustoće. Važni su materijali u tehnologiji elektroničke pohrane informacija. Najčešće korišteni magnetooptički materijal u vidljivom i bliskom infracrvenom pojasu je monokristal terbij-galij-garneta (TGG), koji je najbolji magnetooptički materijal za izradu Faradayevih rotatora i izolatora.
Za magnetooptičko staklo
Faradayevo magnetooptičko staklo ima dobru prozirnost i izotropiju u vidljivom i infracrvenom području te može oblikovati različite složene oblike. Lako se proizvode veliki proizvodi i može se uvlačiti u optička vlakna. Stoga ima široke mogućnosti primjene u magnetooptičkim uređajima kao što su magnetooptički izolatori, magnetooptički modulatori i senzori struje od optičkih vlakana. Zbog velikog magnetskog momenta i malog koeficijenta apsorpcije u vidljivom i infracrvenom području, Tb3+ ioni postali su često korišteni rijetkozemni ioni u magnetooptičkim staklima.
Terbij-disprozij feromagnetostriktivni legura
Krajem 20. stoljeća, s kontinuiranim produbljivanjem svjetske tehnološke revolucije, brzo su se pojavljivali novi materijali za primjenu rijetkih zemalja. Godine 1984. Sveučilište Iowa State, Amesov laboratorij američkog Ministarstva energetike i Istraživački centar za površinsko oružje američke mornarice (iz kojeg je došlo glavno osoblje kasnije osnovane korporacije Edge Technology Corporation (ET REMA)) surađivali su na razvoju novog inteligentnog materijala za rijetke zemlje, naime terbij disprozij feromagnetskog magnetostriktivnog materijala. Ovaj novi inteligentni materijal ima izvrsne karakteristike brze pretvorbe električne energije u mehaničku energiju. Podvodni i elektroakustični pretvarači izrađeni od ovog divovskog magnetostriktivnog materijala uspješno su konfigurirani u pomorskoj opremi, zvučnicima za detekciju naftnih bušotina, sustavima za kontrolu buke i vibracija te sustavima za istraživanje oceana i podzemnu komunikaciju. Stoga je, čim se rodio terbij disprozij željezni divovski magnetostriktivni materijal, privukao široku pozornost industrijaliziranih zemalja diljem svijeta. Tvrtka Edge Technologies u Sjedinjenim Državama započela je proizvodnju terbij-disprozijevih željeznih divovskih magnetostriktivnih materijala 1989. godine i nazvala ih Terfenol D. Nakon toga, Švedska, Japan, Rusija, Ujedinjeno Kraljevstvo i Australija također su razvile terbij-disprozijeve željezne divovske magnetostriktivne materijale.
Iz povijesti razvoja ovog materijala u Sjedinjenim Državama, i izum materijala i njegove rane monopolističke primjene izravno su povezane s vojnom industrijom (poput mornarice). Iako kineski vojni i obrambeni odjeli postupno jačaju svoje razumijevanje ovog materijala. Međutim, sa značajnim jačanjem sveobuhvatne nacionalne snage Kine, potreba za postizanjem vojne konkurentske strategije 21. stoljeća i poboljšanjem razine opreme definitivno će biti vrlo hitna. Stoga će široko rasprostranjena upotreba terbij disprozijevih željeznih divovskih magnetostriktivnih materijala od strane vojnih i nacionalnih obrambenih odjela biti povijesna nužnost.
Ukratko, mnoga izvrsna svojstvaterbijčine ga neizostavnim članom mnogih funkcionalnih materijala i nezamjenjivim mjestom u nekim područjima primjene. Međutim, zbog visoke cijene terbija, ljudi su proučavali kako izbjeći i smanjiti upotrebu terbija kako bi smanjili troškove proizvodnje. Na primjer, rijetkozemni magnetooptički materijali također bi trebali koristiti jeftine...disprozij željezokobalt ili gadolinij terbij kobalt koliko god je to moguće; Pokušajte smanjiti sadržaj terbija u zelenom fluorescentnom prahu koji se mora koristiti. Cijena je postala važan faktor koji ograničava široku upotrebuterbijAli mnogi funkcionalni materijali ne mogu bez njega, stoga se moramo pridržavati načela „korištenja dobrog čelika na oštrici“ i pokušati uštedjeti na upotrebiterbijkoliko god je to moguće.
Vrijeme objave: 25. listopada 2023.