Terbijspada u kategoriju teških rijetkih zemalja, s malom zastupljenošću u Zemljinoj kori od samo 1,1 ppm.Terbijev oksidčini manje od 0,01% ukupnih rijetkih zemalja. Čak i u teškoj rudi rijetke zemlje s visokim udjelom itrijevih iona s najvećim sadržajem terbija, sadržaj terbija čini samo 1,1-1,2% ukupnogrijetka zemlja, što ukazuje da pripada "plemenitoj" kategorijirijetka zemljaelementi. Više od 100 godina od otkrića terbija 1843. godine, njegova oskudica i vrijednost dugo su sprječavale njegovu praktičnu primjenu. To je tek u zadnjih 30 godinaterbijpokazao svoj jedinstveni talent.
Otkrivanje povijesti
Švedski kemičar Carl Gustaf Mosander otkrio je terbij 1843. Otkrio je njegove nečistoće uitrijev oksidiY2O3. Itrijje dobio ime po selu Itby u Švedskoj. Prije pojave tehnologije ionske izmjene terbij nije bio izoliran u svom čistom obliku.
Mossander je prvi podijelioitrijev oksidna tri dijela, svi nazvani po rudama:itrijev oksid, erbijev oksid, iterbijev oksid. Terbijev oksidje izvorno sastavljen od ružičastog dijela, zbog elementa koji je sada poznat kaoerbij. Erbijev oksid(uključujući ono što sada zovemo terbij) izvorno je bio bezbojni dio u otopini. Netopljivi oksid ovog elementa smatra se smeđim.
Kasnije je radnicima bilo teško promatrati sićušne bezbojne “erbijev oksid“, ali ne može se zanemariti topljivi ružičasti dio. Rasprava o postojanjuerbijev oksidse više puta pojavljivao. U kaosu je izvorno ime obrnuto i razmjena imena 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 precipitate koji sadrže cerij. Trenutno poznat kao 'terbij', samo oko 1% od originalaitrijev oksidje prisutan, ali to je dovoljno za prijenos svijetložute boje naitrijev oksid. Stoga,terbijje sekundarna komponenta koja ga je inicijalno sadržavala, a kontroliraju ga njegovi neposredni susjedi,gadolinijidisprozij.
Poslije, kad god drugorijetka zemljaelementi su odvojeni iz ove smjese, bez obzira na udio oksida, naziv terbij je zadržan sve dok na kraju nije nastao smeđi oksidterbijse dobiva u čistom obliku. Istraživači u 19. stoljeću nisu koristili tehnologiju ultraljubičaste fluorescencije za promatranje jarko žutih ili zelenih nodula (III), što je olakšalo prepoznavanje terbija u čvrstim smjesama ili otopinama.
Konfiguracija elektrona
Elektronički izgled:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
Elektronički aranžmanterbijje [Xe] 6s24f9. Obično se samo tri elektrona mogu ukloniti prije nego što nuklearni naboj postane prevelik da bi se dalje ionizirao. Međutim, u slučajuterbij, polupunjenoterbijomogućuje daljnju ionizaciju četvrtog elektrona u prisutnosti vrlo jakog oksidansa kao što je plin fluor.
Metal
Terbijje srebrno bijeli metal rijetke zemlje sa duktilnošću, žilavošću i mekoćom koji se može rezati nožem. Talište 1360 ℃, vrelište 3123 ℃, gustoća 8229 4 kg/m3. U usporedbi s ranim elementima lantanida, relativno je stabilan u zraku. Deveti element lantanoidnih elemenata, terbij, visoko je nabijen metal koji reagira s vodom stvarajući plin vodik.
u prirodi,terbijnikada nije pronađeno da je slobodan element, prisutan u malim količinama u fosfornom ceriju, torijevom pijesku i silicij berilij itrijevoj rudi.Terbijkoegzistira s drugim elementima rijetke zemlje u monazitnom pijesku, s općenito 0,03% sadržaja terbija. Ostali izvori uključuju itrijev fosfat i zlato rijetke zemlje, a oba su mješavine oksida koji sadrže do 1% terbija.
Primjena
Primjena odterbijuglavnom uključuje visokotehnološka područja, koja su tehnološki intenzivna i vrhunska znanja intenzivna, kao i projekte 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 rijetkih zemalja i dodatak stočnoj hrani za poljoprivredu.
(2) Aktivator za zeleni prah u tri primarna fluorescentna praha. Suvremeni optoelektronički materijali zahtijevaju korištenje tri osnovne boje fosfora, a to su crvena, zelena i plava, pomoću kojih se mogu sintetizirati različite boje. Iterbijje neizostavna komponenta u mnogim visokokvalitetnim zelenim fluorescentnim prahovima.
(3) Koristi se kao magneto optički materijal za pohranu. Tanki filmovi od legure prijelaznog metala amorfnog metala terbija korišteni su za proizvodnju magneto optičkih diskova visokih performansi.
(4) Proizvodnja magneto optičkog stakla. Faradayevo rotacijsko staklo koje sadrži terbij ključni je materijal za proizvodnju rotatora, izolatora i cirkulatora u laserskoj tehnologiji.
(5) Razvoj i razvoj terbij disprozijeve feromagnetostriktivne legure (TerFenol) otvorio je nove primjene za terbij.
Za poljoprivredu i stočarstvo
Rijetke zemljeterbijmože 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, s antibakterijskim svojstvima širokog spektra. Proučavanje ovih kompleksa daje novi smjer istraživanja za moderne baktericidne lijekove.
Koristi se u području luminiscencije
Suvremeni optoelektronički materijali zahtijevaju korištenje tri osnovne boje fosfora, a to su crvena, zelena i plava, pomoću kojih se mogu sintetizirati različite boje. A terbij je neizostavna komponenta u mnogim visokokvalitetnim zelenim fluorescentnim prahovima. Ako je rođenje TV-a u boji rijetkih zemalja crveni fluorescentni prah potaknulo potražnju zaitrijieuropij, onda je primjena i razvoj terbija promoviran zelenim fluorescentnim prahom rijetke zemlje tri osnovne boje za svjetiljke. Početkom 1980-ih Philips je izumio prvu kompaktnu fluorescentnu svjetiljku koja štedi energiju i brzo ju je globalno promovirao. Tb3+ ioni mogu emitirati zeleno svjetlo s valnom duljinom od 545 nm, a gotovo svi zeleni fluorescentni prahovi rijetkih zemalja koristeterbij, kao aktivator.
Zeleni fluorescentni prah koji se koristio za katodne cijevi za TV u boji (CRT) oduvijek se uglavnom temeljio na jeftinom i učinkovitom cink sulfidu, ali se prah terbija uvijek koristio kao zeleni prah za TV u boji za projekcije, kao što je Y2SiO5: Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+ i LaOBr: Tb3+. S razvojem televizije visoke razlučivosti s velikim ekranom (HDTV), razvijaju se i zeleni fluorescentni prahovi visokih performansi 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 luminiscencije pri visokoj gustoći struje.
Tradicionalni rendgenski fluorescentni prah je kalcijev volframat. U 1970-im i 1980-im razvijeni su fluorescentni prahovi rijetkih zemalja za zaslone za osjetljivost, kao što suterbij, aktivirani lantanov sulfid oksid, terbijem aktivirani lantanov bromid oksid (za zelene zaslone) i terbijem aktivirani itrijev sulfid oksid. U usporedbi s kalcijevim volframatom, fluorescentni prah rijetke zemlje može smanjiti vrijeme zračenja rendgenskim zrakama za pacijente za 80%, poboljšati razlučivost rendgenskih filmova, produžiti životni vijek rendgenskih cijevi i smanjiti potrošnju energije. Terbij se također koristi kao aktivator fluorescentnog praha za medicinske zaslone za poboljšanje X-zraka, koji mogu uvelike poboljšati osjetljivost pretvorbe X-zraka u optičke slike, poboljšati jasnoću X-zraka filmova i uvelike smanjiti dozu izloženosti X-zrakama. zraka 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 terbij aluminijskih magneto optičkih kristalnih fosfora, koristeći plave svjetleće diode kao pobudne izvore svjetlosti, a generirana fluorescencija se miješa sa pobudnom svjetlošću kako bi se proizvela čista bijela svjetlost
Elektroluminiscentni materijali izrađeni od terbija uglavnom uključuju zeleni fluorescentni prah cinkovog sulfidaterbijkao aktivator. Pod ultraljubičastim zračenjem, organski kompleksi terbija mogu emitirati snažnu zelenu fluorescenciju i mogu se koristiti kao tankoslojni elektroluminiscentni materijali. Iako je postignut značajan napredak u proučavanjurijetka zemljaorganski složenih elektroluminescentnih tankih filmova, još uvijek postoji određeni jaz od praktičnosti, a istraživanja o rijetkim organskim kompleksnim elektroluminiscentnim tankim filmovima i uređajima još su u tijeku.
Fluorescencijske karakteristike terbija također se koriste kao fluorescentne sonde. Interakcija između kompleksa ofloksacin terbija (Tb3+) i deoksiribonukleinske kiseline (DNA) proučavana je pomoću fluorescentnih i apsorpcijskih spektara, kao što je fluorescentna sonda ofloksacin terbija (Tb3+). Rezultati su pokazali da ofloxacin Tb3+sonda može formirati žlijeb koji se veže s molekulama DNA, a deoksiribonukleinska kiselina može značajno pojačati fluorescenciju ofloxacin Tb3+sustava. Na temelju te promjene može se odrediti deoksiribonukleinska kiselina.
Za magnetooptičke materijale
Materijali s Faradayevim efektom, također poznati kao magnetooptički materijali, naširoko se koriste u laserima i drugim optičkim uređajima. Postoje dvije uobičajene vrste magnetooptičkih materijala: magnetooptički kristali i magnetooptičko staklo. Među njima, magneto-optički kristali (kao što su itrijevo-željezni granat i terbij-galijev granat) 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 magneto-optičkim kristalima, magneto-optičko staklo ima prednost visoke propusnosti i lako se izrađuje u velike blokove ili vlakna. Trenutačno su magneto-optička stakla s visokim Faradayevim učinkom uglavnom stakla dopirana ionima rijetkih zemalja.
Koristi se za magneto optičke materijale za pohranu
Posljednjih godina, s brzim razvojem multimedije i uredske automatizacije, potražnja za novim magnetskim diskovima velikog kapaciteta raste. Tanki filmovi od legure prijelaznog metala amorfnog metala terbija korišteni su za proizvodnju magneto optičkih diskova visokih performansi. Među njima, tanki film od legure TbFeCo ima najbolje performanse. Magnetski optički materijali na bazi terbija proizvedeni su u velikoj mjeri, a magnetooptički diskovi napravljeni od njih koriste se kao komponente za pohranu računala, s kapacitetom pohrane povećanom za 10-15 puta. Imaju prednosti velikog kapaciteta i velike brzine pristupa i mogu se obrisati i premazati desetke tisuća puta kada se koriste za optičke diskove visoke gustoće. Oni su važni materijali u tehnologiji elektroničke pohrane informacija. Najčešće korišteni magnetooptički materijal u vidljivom i bliskom infracrvenom pojasu je monokristal Terbium Gallium Garnet (TGG), koji je najbolji magnetooptički materijal za izradu Faradayevih rotatora i izolatora.
Za magneto optičko staklo
Faraday magneto optičko staklo ima dobru prozirnost i izotropiju u vidljivom i infracrvenom području, te može oblikovati različite složene oblike. Lako je proizvoditi proizvode velikih dimenzija i može se uvući u optička vlakna. Stoga ima široke izglede za primjenu u magnetooptičkim uređajima kao što su magnetooptički izolatori, magnetooptički modulatori i svjetlovodni strujni senzori. Zbog svog velikog magnetskog momenta i malog koeficijenta apsorpcije u vidljivom i infracrvenom području, ioni Tb3+ postali su često korišteni ioni rijetkih zemalja u magneto-optičkim staklima.
Terbij disprozij feromagnetostriktivna legura
Krajem 20. stoljeća, uz kontinuirano produbljivanje svjetske tehnološke revolucije, brzo su se pojavljivali novi materijali za primjenu rijetkih zemalja. Godine 1984. Državno sveučilište Iowa, Laboratorij Ames Ministarstva energetike SAD-a i Centar za istraživanje površinskog naoružanja američke mornarice (iz kojeg je došlo glavno osoblje kasnije osnovane Edge Technology Corporation (ET REMA)) surađivali su na razvoju novog rijetkog zemaljski inteligentni materijal, naime terbij disprozij feromagnetski magnetostriktivni materijal. Ovaj novi inteligentni materijal ima izvrsne karakteristike brze pretvorbe električne energije u mehaničku. Podvodni i elektro-akustični 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 podzemnim komunikacijama. Stoga, čim je rođen divovski magnetostriktivni materijal terbij disprozij željezo, dobio je široku pozornost industrijaliziranih zemalja diljem svijeta. Tvrtka Edge Technologies u Sjedinjenim Državama počela je proizvoditi divovske magnetostriktivne materijale terbij disprozij željezo 1989. godine i nazvala ih Terfenol D. Nakon toga, Švedska, Japan, Rusija, Ujedinjeno Kraljevstvo i Australija također su razvile divovske magnetostriktivne materijale terbij disprozij željezo.
Iz povijesti razvoja ovog materijala u Sjedinjenim Državama, i izum materijala i njegove rane monopolističke primjene izravno su povezani s vojnom industrijom (kao što je mornarica). Iako kineska vojna i obrambena ministarstva postupno jačaju svoje razumijevanje ovog materijala. Međutim, sa značajnim jačanjem sveobuhvatne nacionalne snage Kine, zahtjev za postizanjem vojne konkurentne strategije 21. stoljeća i poboljšanjem razine opreme definitivno će biti vrlo hitan. Stoga će široka uporaba divovskih magnetostriktivnih materijala terbij disprozij željezo od strane vojnih ministarstava i ministarstava nacionalne obrane biti povijesna nužnost.
Ukratko, mnoga izvrsna svojstvaterbijčine ga nezamjenjivim članom mnogih funkcionalnih materijala i nezamjenjivim mjestom u nekim područjima primjene. Međutim, zbog visoke cijene terbija, ljudi su proučavali kako izbjeći i minimizirati upotrebu terbija kako bi se smanjili troškovi proizvodnje. Na primjer, magneto-optički materijali rijetke zemlje također bi trebali koristiti jeftinedisprozijevo željezokobalt ili gadolinij terbij kobalt što je više moguće; Pokušajte smanjiti sadržaj terbija u zelenom fluorescentnom prahu koji se mora koristiti. Cijena je postala važan čimbenik koji ograničava široku upotrebuterbij. Ali mnogi funkcionalni materijali ne mogu bez njega, pa se moramo pridržavati načela "korištenja dobrog čelika na oštrici" i pokušati uštedjeti upotrebuterbijšto je više moguće.
Vrijeme objave: 25. listopada 2023