Terbijspieder pie smagas kategorijasretzemju zemes, ar zemu daudzumu Zemes garozā tikai 1,1 ppm. Terbija oksīds veido mazāk nekā 0,01% no kopējā retzemju metālu daudzuma. Pat augsta itrija jonu tipa smagajā retzemju rūdā ar vislielāko terbija saturu terbija saturs veido tikai 1,1–1,2% no kopējā retzemju daudzuma, norādot, ka tā pieder pie retzemju elementu kategorijas “cēls”. Vairāk nekā 100 gadus kopš terbija atklāšanas 1843. gadā tā trūkums un vērtība ilgu laiku ir kavējuši tā praktisko pielietojumu. Tikai pēdējo 30 gadu laikā terbijs ir parādījis savu unikālo talantu.
Vēstures atklāšana
Zviedru ķīmiķis Karls Gustavs Mosanders atklāja terbiju 1843. gadā. Viņš atrada tā piemaisījumusItrija (III) oksīdsunY2O3. Itrijs ir nosaukts pēc Iterbijas ciema Zviedrijā. Pirms jonu apmaiņas tehnoloģijas parādīšanās terbijs netika izolēts tīrā veidā.
Mosants vispirms sadalīja itrija (III) oksīdu trīs daļās, visas nosauktas rūdu vārdā: itrija (III) oksīds,Erbija (III) oksīdsun terbija oksīds. Terbija oksīds sākotnēji sastāvēja no rozā daļas, pateicoties elementam, kas tagad pazīstams kā erbijs. “Erbija (III) oksīds” (ieskaitot to, ko mēs tagad saucam par terbiju) sākotnēji bija būtībā bezkrāsainā daļa šķīdumā. Šī elementa nešķīstošais oksīds tiek uzskatīts par brūnu.
Vēlāk strādnieki diez vai varēja novērot sīko bezkrāsaino “Erbija (III) oksīdu”, taču nevarēja ignorēt šķīstošo rozā daļu. Diskusijas par erbija (III) oksīda esamību ir radušās atkārtoti. Haosā sākotnējais nosaukums tika mainīts un vārdu apmaiņa iestrēga, tāpēc rozā daļa galu galā tika minēta kā erbiju saturošs šķīdums (šķīdumā tas bija rozā). Tagad tiek uzskatīts, ka darbinieki, kuri lieto nātrija bisulfātu vai kālija sulfātu, lietoCērija (IV) oksīdsizplūst no itrija (III) oksīda un netīši pārvērš terbiju nogulumos, kas satur cēriju. Tikai aptuveni 1% no oriģinālā itrija (III) oksīda, kas tagad pazīstams kā "terbijs", ir pietiekami, lai itrija (III) oksīds iegūtu dzeltenīgu krāsu. Tāpēc terbijs ir sekundāra sastāvdaļa, kas sākotnēji to saturēja, un to kontrolē tā tuvākie kaimiņi, gadolīnijs un disprozijs.
Pēc tam, kad no šī maisījuma tika atdalīti citi retzemju elementi, neatkarīgi no oksīda proporcijas, terbija nosaukums tika saglabāts, līdz beidzot tika iegūts brūnais terbija oksīds tīrā veidā. Pētnieki 19. gadsimtā neizmantoja ultravioletās fluorescences tehnoloģiju, lai novērotu spilgti dzeltenus vai zaļus mezgliņus (III), padarot terbija vieglāk atpazīstamus cietos maisījumos vai šķīdumos.
Elektronu konfigurācija
Elektronu konfigurācija:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
Terbija elektronu konfigurācija ir [Xe] 6s24f9. Parasti var noņemt tikai trīs elektronus, pirms kodollādiņš kļūst pārāk liels, lai to tālāk jonizētu, bet terbija gadījumā daļēji piepildīts terbijs ļauj ceturto elektronu tālāk jonizēt ļoti spēcīgu oksidētāju, piemēram, fluora gāzes klātbūtnē.
Terbijs ir sudrabbalts retzemju metāls ar elastību, stingrību un maigumu, ko var griezt ar nazi. Kušanas temperatūra 1360 ℃, viršanas temperatūra 3123 ℃, blīvums 8229 4kg/m3. Salīdzinot ar agrīno Lantanīdu, tas ir relatīvi stabils gaisā. Kā devītais lantanīda elements terbijs ir metāls ar spēcīgu elektrību. Tas reaģē ar ūdeni, veidojot ūdeņradi.
Dabā terbijs nekad nav atrasts kā brīvs elements, neliels daudzums tā ir fosfocērija torija smiltīs un gadolinītā. Terbijs pastāv līdzās citiem retzemju elementiem monacīta smiltīs ar parasti 0,03% terbija saturu. Citi avoti ir ksenotīms un melnās retās zelta rūdas, kuras abas ir oksīdu maisījumi un satur līdz 1% terbija.
Pieteikums
Terbija pielietojums pārsvarā ietver augsto tehnoloģiju jomas, kas ir tehnoloģiju ietilpīgi un zināšanu ietilpīgi progresīvi projekti, kā arī projekti ar būtisku ekonomisku labumu, ar pievilcīgām attīstības perspektīvām.
Galvenās pielietojuma jomas ir:
(1) Izmanto jauktu retzemju metālu veidā. Piemēram, to izmanto kā retzemju komplekso mēslojumu un barības piedevu lauksaimniecībai.
(2) Aktivators zaļajam pulverim trīs primārajos fluorescējošos pulveros. Mūsdienu optoelektroniskajiem materiāliem ir jāizmanto trīs fosfora pamatkrāsas, proti, sarkanā, zaļā un zilā, ko var izmantot dažādu krāsu sintezēšanai. Un terbijs ir neaizstājama sastāvdaļa daudzos augstas kvalitātes zaļos fluorescējošos pulveros.
(3) Izmanto kā magnētisko optisko uzglabāšanas materiālu. Amorfā metāla terbija pārejas metālu sakausējuma plānās plēves ir izmantotas augstas veiktspējas magnētisko optisko disku ražošanai.
(4) Magnētiskā optiskā stikla ražošana. Faraday rotējošais stikls, kas satur terbiju, ir galvenais materiāls rotatoru, izolatoru un cirkulācijas sūkņu ražošanā lāzertehnoloģijā.
(5) Terbija disprozija feromagnetostriktīvā sakausējuma (TerFenol) izstrāde un attīstība ir pavērusi jaunus terbija pielietojumus.
Lauksaimniecībai un lopkopībai
Retzemju terbijs var uzlabot labības kvalitāti un palielināt fotosintēzes ātrumu noteiktā koncentrācijas diapazonā. Terbija kompleksiem ir augsta bioloģiskā aktivitāte. Trīskāršajiem terbija kompleksiem Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3 · 3H2O ir laba antibakteriāla un baktericīda iedarbība uz Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis un Escherichia coli. Viņiem ir plašs antibakteriālais spektrs. Šādu kompleksu izpēte nodrošina jaunu pētījumu virzienu mūsdienu baktericīdām zālēm.
Izmanto luminiscences jomā
Mūsdienu optoelektroniskajiem materiāliem ir jāizmanto trīs fosfora pamatkrāsas, proti, sarkanā, zaļā un zilā, ko var izmantot dažādu krāsu sintezēšanai. Un terbijs ir neaizstājama sastāvdaļa daudzos augstas kvalitātes zaļos fluorescējošos pulveros. Ja retzemju krāsainā TV sarkanā dienasgaismas pulvera rašanās ir veicinājusi pieprasījumu pēc itrija un eiropija, tad terbija pielietojumu un attīstību ir veicinājis retzemju trīs pamatkrāsu zaļais dienasgaismas pulveris lampām. Astoņdesmito gadu sākumā Philips izgudroja pasaulē pirmo kompakto enerģijas taupīšanas dienasgaismas spuldzi un ātri to popularizēja visā pasaulē. Tb3+ joni var izstarot zaļo gaismu ar viļņa garumu 545nm, un gandrīz visi retzemju zaļie fosfori kā aktivatoru izmanto terbiju.
Krāsu TV katodstaru lampas (CRT) zaļais fosfors vienmēr ir bijis balstīts uz cinka sulfīdu, kas ir lēts un efektīvs, taču terbija pulveris vienmēr ir izmantots kā zaļais fosfors projekcijas krāsu TV, tostarp Y2SiO5 ∶ Tb3+, Y3 ( Al, Ga) 5O12 ∶ Tb3+ un LaOBr ∶ Tb3+. Izstrādājot liela ekrāna augstas izšķirtspējas televizoru (HDTV), tiek izstrādāti arī augstas veiktspējas zaļie fluorescējošie pulveri CRT. Piemēram, ārzemēs ir izstrādāts hibrīds zaļais fluorescējošais pulveris, kas sastāv no Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+ un Y2SiO5: Tb3+, kuriem ir lieliska luminiscences efektivitāte pie liela strāvas blīvuma.
Tradicionālais rentgena fluorescējošais pulveris ir kalcija volframāts. 20. gadsimta 70. un 80. gados tika izstrādāti retzemju fosfori intensificējošiem ekrāniem, piemēram, terbija aktivētais sērs Lantāna oksīds, terbija aktivētais broms Lantāna oksīds (zaļajiem ekrāniem), terbija aktivētais sērs Itrija (III) oksīds utt. retzemju fluorescējošais pulveris var samazināt laiku Rentgenstaru apstarošana pacientiem par 80%, uzlabo rentgena filmu izšķirtspēju, pagarina rentgenstaru lampu kalpošanas laiku un samazina enerģijas patēriņu. Terbium tiek izmantots arī kā fluorescējošs pulvera aktivators medicīniskiem rentgenstaru uzlabošanas ekrāniem, kas var ievērojami uzlabot rentgenstaru pārveidošanas optiskos attēlos jutīgumu, uzlabot rentgena filmu skaidrību un ievērojami samazināt rentgena ekspozīcijas devu. stari uz cilvēka ķermeni (vairāk nekā par 50%).
Terbijs tiek izmantots arī kā aktivators baltajā LED luminoforā, ko ierosina zilā gaisma jaunam pusvadītāju apgaismojumam. To var izmantot terbija alumīnija magnētisko optisko kristālu luminoforu ražošanai, izmantojot zilās gaismas diodes kā ierosmes gaismas avotus, un radītā fluorescence tiek sajaukta ar ierosmes gaismu, lai iegūtu tīri baltu gaismu.
Elektroluminiscējošie materiāli, kas izgatavoti no terbija, galvenokārt ietver cinka sulfīda zaļo fosforu ar terbiju kā aktivatoru. Ultravioletā starojuma apstākļos terbija organiskie kompleksi var izstarot spēcīgu zaļo fluorescenci, un tos var izmantot kā plānslāņa elektroluminiscējošus materiālus. Lai gan ir panākts ievērojams progress retzemju organisko kompleksu elektroluminiscējošu plānu kārtiņu izpētē, joprojām pastāv zināma atšķirība no praktiskuma, un pētījumi par retzemju organisko kompleksu elektroluminiscējošām plānām kārtiņām un ierīcēm joprojām ir padziļināti.
Terbija fluorescences īpašības tiek izmantotas arī kā fluorescences zondes. Piemēram, Ofloksacīna terbija (Tb3+) fluorescences zonde tika izmantota, lai pētītu Ofloksacīna terbija (Tb3+) kompleksa un DNS (DNS) mijiedarbību pēc fluorescences spektra un absorbcijas spektra, norādot, ka Ofloksacīna Tb3+ zonde var veidot rievu saistīšanos ar DNS molekulām, un DNS var ievērojami uzlabot ofloksacīna fluorescenci Tb3+ sistēma. Pamatojoties uz šīm izmaiņām, var noteikt DNS.
Magnētoptiskajiem materiāliem
Materiāli ar Faraday efektu, kas pazīstami arī kā magneto-optiskie materiāli, tiek plaši izmantoti lāzeros un citās optiskās ierīcēs. Ir divi izplatīti magnētisko optisko materiālu veidi: magnētiskie optiskie kristāli un magnētiskais optiskais stikls. Starp tiem magneto-optiskajiem kristāliem (piemēram, itrija dzelzs granāts un terbija gallija granāts) ir regulējamas darbības frekvences un augsta termiskā stabilitāte, taču tie ir dārgi un grūti izgatavojami. Turklāt daudziem magnētiski optiskiem kristāliem ar augstu Faraday rotācijas leņķi ir augsta absorbcija īso viļņu diapazonā, kas ierobežo to izmantošanu. Salīdzinot ar magnētiskajiem optiskajiem kristāliem, magnētiskā optiskā stikla priekšrocība ir augsta caurlaidība, un to ir viegli izgatavot lielos blokos vai šķiedrās. Pašlaik magneto-optiskie stikli ar augstu Faraday efektu galvenokārt ir stikli, kas leģēti ar retzemju jonu.
Izmanto magnētisko optisko uzglabāšanas materiāliem
Pēdējos gados, strauji attīstoties multimediju un biroja automatizācijai, pieaug pieprasījums pēc jauniem lielas ietilpības magnētiskajiem diskiem. Amorfā metāla terbija pārejas metālu sakausējuma plēves ir izmantotas augstas veiktspējas magnētisko optisko disku ražošanā. Starp tiem TbFeCo sakausējuma plānajai plēvei ir vislabākā veiktspēja. Magnētoptiskie materiāli uz terbija bāzes ir ražoti plašā apjomā, un no tiem izgatavotie magnetooptiskie diski tiek izmantoti kā datora atmiņas komponenti, kuru uzglabāšanas ietilpība ir palielināta 10-15 reizes. To priekšrocības ir liela ietilpība un ātrs piekļuves ātrums, un tos var noslaucīt un pārklāt desmitiem tūkstošu reižu, ja tos izmanto augsta blīvuma optiskajiem diskiem. Tie ir svarīgi materiāli elektroniskās informācijas uzglabāšanas tehnoloģijā. Visbiežāk izmantotais magnetooptiskais materiāls redzamajās un tuvu infrasarkanajās joslās ir Terbija gallija granāta (TGG) monokristāls, kas ir labākais magnētiski optiskais materiāls Faraday rotatoru un izolatoru izgatavošanai.
Magnētiskajam optiskajam stiklam
Faraday magneto optiskajam stiklam ir laba caurspīdīgums un izotropija redzamajā un infrasarkanajā zonā, un tas var veidot dažādas sarežģītas formas. Ir viegli ražot liela izmēra izstrādājumus, un to var ievilkt optiskajās šķiedrās. Tāpēc tam ir plašas pielietojuma iespējas magnētisko optisko ierīču, piemēram, magnētisko optisko izolatoru, magnētisko optisko modulatoru un optisko šķiedru strāvas sensoru jomā. Pateicoties tā lielajam magnētiskajam momentam un mazajam absorbcijas koeficientam redzamajā un infrasarkanajā diapazonā, Tb3+ joni ir kļuvuši par plaši izmantotiem retzemju joniem magnētisko optiskajos stiklos.
Terbija disprozija feromagnetostriktīvs sakausējums
20. gadsimta beigās, padziļinoties pasaules zinātnes un tehnoloģiju revolūcijai, strauji parādās jauni retzemju lietišķie materiāli. 1984. gadā ASV Aiovas štata universitāte, Amerikas Savienoto Valstu Enerģētikas departamenta Eimsa laboratorija un ASV Jūras spēku Virszemes ieroču pētniecības centrs (vēlāk izveidotās American Edge Technology Company (ET REMA) galvenais personāls bija no centrs) kopīgi izstrādāja jaunu retzemju viedo materiālu, proti, terbija disprozija dzelzs milzu magnetostriktīvu materiālu. Šim jaunajam viedajam materiālam ir lieliskas īpašības, kas ātri pārvērš elektrisko enerģiju mehāniskajā enerģijā. Zemūdens un elektroakustiskie devēji, kas izgatavoti no šī milzīgā magnetostriktīvā materiāla, ir veiksmīgi konfigurēti jūras aprīkojumā, naftas urbumu noteikšanas skaļruņos, trokšņa un vibrācijas kontroles sistēmās, kā arī okeāna izpētes un pazemes sakaru sistēmās. Tāpēc, tiklīdz radās terbija disprozija dzelzs milzu magnetostriktīvs materiāls, tas saņēma plašu rūpnieciski attīstīto valstu uzmanību visā pasaulē. Edge Technologies Amerikas Savienotajās Valstīs sāka ražot terbija disprozija dzelzs milzu magnetostriktīvus materiālus 1989. gadā un nosauca tos par Terfenol D. Pēc tam Zviedrija, Japāna, Krievija, Apvienotā Karaliste un Austrālija izstrādāja arī terbija disprozija dzelzs milzu magnetostriktīvus materiālus.
No šī materiāla attīstības vēstures Amerikas Savienotajās Valstīs gan materiāla izgudrošana, gan tā agrīnie monopolistiskie pielietojumi ir tieši saistīti ar militāro nozari (piemēram, floti). Lai gan Ķīnas militārie un aizsardzības departamenti pamazām stiprina savu izpratni par šo materiālu. Tomēr pēc tam, kad Ķīnas visaptverošā nacionālā vara ir ievērojami palielinājusies, prasības militārās konkurences stratēģijas īstenošanai 21. gadsimtā un aprīkojuma līmeņa uzlabošanai noteikti būs ļoti steidzamas. Tāpēc plaša terbija disprozija dzelzs milzu magnetostriktīvo materiālu izmantošana militārajās un valsts aizsardzības nodaļās būs vēsturiska nepieciešamība.
Īsāk sakot, terbija daudzās izcilās īpašības padara to par neaizstājamu daudzu funkcionālu materiālu sastāvdaļu un neaizstājamu vietu dažās lietošanas jomās. Tomēr augsto terbija cenu dēļ cilvēki ir pētījuši, kā izvairīties no terbija izmantošanas un samazināt to izmantošanu, lai samazinātu ražošanas izmaksas. Piemēram, retzemju magnetooptiskajos materiālos pēc iespējas vairāk jāizmanto arī lēts disprozija dzelzs kobalts vai gadolīnija terbija kobalts; Mēģiniet samazināt terbija saturu zaļajā fluorescējošā pulverī, kas jāizmanto. Cena ir kļuvusi par svarīgu faktoru, kas ierobežo terbija plašo izmantošanu. Bet daudzi funkcionālie materiāli bez tā nevar iztikt, tāpēc mums ir jāievēro princips “uz asmeni izmantot labu tēraudu” un jācenšas pēc iespējas ietaupīt terbija izmantošanu.
Izlikšanas laiks: 05.07.2023