Magical Rare Earth Element: Terbium

Terbiumtilheyrir flokki þungra sjaldgæfra jarðar, með lítið magn í jarðskorpunni, aðeins 1,1 ppm.Terbium oxíðer minna en 0,01% af heildarfjölda sjaldgæfu jarðveganna. Jafnvel í þungum, sjaldgæfum jarðvegsgrýti með háa yttríumjónagerð með hæsta innihaldið af terbíum, er terbíuminnihaldið aðeins 1,1-1,2% af heildarinnihaldinu.sjaldgæf jörð, sem gefur til kynna að það tilheyri „göfugt“ flokkisjaldgæf jörðþættir. Í meira en 100 ár frá því að terbium fannst árið 1843 hefur skortur þess og gildi komið í veg fyrir hagnýtingu þess í langan tíma. Það er aðeins á síðustu 30 árum semterbiumhefur sýnt einstaka hæfileika sína.

Að uppgötva sögu

Sænski efnafræðingurinn Carl Gustaf Mosander uppgötvaði terbium árið 1843. Hann uppgötvaði óhreinindi þess íyttríumoxíðogY2O3. Yttriumer nefnt eftir þorpinu Itby í Svíþjóð. Áður en jónaskiptatækni kom til sögunnar var terbium ekki einangrað í sinni hreinu mynd.

Mossander skipti fyrstyttríumoxíðí þrjá hluta, allir nefndir eftir málmgrýti:yttríumoxíð, erbíumoxíð, ogterbíumoxíð. Terbium oxíðvar upphaflega samsett úr bleikum hluta, vegna frumefnisins sem nú er þekkt semerbium. Erbíumoxíð(þar á meðal það sem við köllum nú terbium) var upphaflega litlaus hluti í lausn. Óleysanlegt oxíð þessa frumefnis er talið brúnt.

Síðar áttu starfsmenn erfitt með að fylgjast með pínulitlum litlausum „erbíumoxíð“, en ekki er hægt að hunsa leysanlega bleika hlutann. Umræðan um tilvisterbíumoxíðhefur ítrekað komið fram. Í ringulreiðinni var upprunalega nafninu snúið við og nafnaskiptin voru föst þannig að bleika hlutinn var að lokum nefndur sem lausn sem innihélt erbium (í lausninni var hann bleikur). Nú er talið að starfsmenn sem nota natríum tvísúlfíð eða kalíumsúlfat til að fjarlægja ceriumdíoxíð úryttríumoxíðsnúa óviljanditerbiumí cerium sem inniheldur botnfall. Nú þekktur sem 'terbium', aðeins um 1% af upprunaleguyttríumoxíðer til staðar, en það nægir til að senda ljósgulan lit tilyttríumoxíð. Þess vegna,terbiumer aukahlutur sem innihélt það upphaflega og honum er stjórnað af nánustu nágrönnum sínum,gadólínogdysprosium.

Eftir á, hvenær sem annaðsjaldgæf jörðfrumefni voru aðskilin úr þessari blöndu, óháð hlutfalli oxíðsins, heiti terbíums var haldið þar til loksins var brúnt oxíð afterbiumfékkst í hreinu formi. Vísindamenn á 19. öld notuðu ekki útfjólubláa flúrljómunartækni til að fylgjast með skærgulum eða grænum hnúðum (III), sem gerði það auðveldara fyrir terbium að þekkjast í föstum blöndum eða lausnum.

Rafeindastilling

Rafrænt skipulag:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9

Rafrænt fyrirkomulag áterbiumer [Xe] 6s24f9. Venjulega er aðeins hægt að fjarlægja þrjár rafeindir áður en kjarnahleðslan verður of stór til að hægt sé að jóna hana frekar. Hins vegar, þegar um er að ræðaterbium, hálffylltterbiumgerir ráð fyrir frekari jónun fjórðu rafeindarinnar í viðurvist mjög sterks oxunarefnis eins og flúorgas.

Málmur

""

Terbiumer silfurhvítur sjaldgæfur jarðmálmur með sveigjanleika, seigleika og mýkt sem hægt er að skera með hníf. Bræðslumark 1360 ℃, suðumark 3123 ℃, þéttleiki 8229 4kg/m3. Í samanburði við snemma lanthaníð þætti er það tiltölulega stöðugt í loftinu. Níunda frumefni lantaníðþátta, terbium, er mjög hlaðinn málmur sem hvarfast við vatn og myndar vetnisgas.

Í náttúrunni,terbiumhefur aldrei reynst vera frjáls frumefni, til staðar í litlu magni í fosfórseríum tóríum sandi og kísilberyllíum yttríum málmgrýti.Terbiumer samhliða öðrum sjaldgæfum jarðefnum í mónasítsandi, með almennt 0,03% terbíuminnihald. Aðrar uppsprettur eru yttríumfosfat og sjaldgæft jarðagull, sem bæði eru blöndur oxíða sem innihalda allt að 1% terbíum.

Umsókn

Umsókn umterbiumfelur að mestu í sér hátæknisvið, sem eru tæknifrek og þekkingarfrekin hátækniverkefni, auk verkefna með verulegan efnahagslegan ávinning, með aðlaðandi þróunarhorfur.

Helstu notkunarsviðin eru:

(1) Notað í formi blandaðra sjaldgæfra jarðefna. Til dæmis er það notað sem sjaldgæfur jarðefnasamsettur áburður og fóðuraukefni fyrir landbúnað.

(2) Virkjari fyrir grænt duft í þremur aðal flúrljómandi duftum. Nútíma sjónræn efni krefjast notkunar þriggja grunnlita af fosfórum, nefnilega rauðum, grænum og bláum, sem hægt er að nota til að búa til ýmsa liti. Ogterbiumer ómissandi hluti í mörgum hágæða grænum flúrljómandi duftum.

(3) Notað sem segulrænt geymsluefni. Þunnar filmur úr formlausum málmi terbium umbreytingarmálmblöndur hafa verið notaðar til að framleiða afkastamikla segulsjónadiska.

(4) Framleiðsla segulsjónglers. Faraday snúningsgler sem inniheldur terbium er lykilefni til að framleiða snúnings, einangra og hringrásartæki í leysitækni.

(5) Þróun og þróun terbium dysprosium ferromagnetostrictive álfelgur (TerFenol) hefur opnað nýjar umsóknir um terbium.

Fyrir landbúnað og búfjárrækt

Sjaldgæf jörðterbiumgetur bætt gæði ræktunar og aukið hraða ljóstillífunar innan ákveðins styrkleikabils. Fléttur terbiums hafa mikla líffræðilega virkni og þrískiptir fléttur afterbium, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, hafa góð bakteríudrepandi og bakteríudrepandi áhrif á Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis og Escherichia coli, með breiðvirka bakteríudrepandi eiginleika. Rannsóknin á þessum fléttum gefur nýja rannsóknarstefnu fyrir nútíma bakteríudrepandi lyf.

Notað á sviði ljóma

Nútíma sjónræn efni krefjast notkunar þriggja grunnlita af fosfórum, nefnilega rauðum, grænum og bláum, sem hægt er að nota til að búa til ýmsa liti. Og terbium er ómissandi hluti í mörgum hágæða grænum flúrljómandi duftum. Ef fæðing sjaldgæf jörð litasjónvarp rautt flúrljómandi duft hefur örvað eftirspurn eftiryttríumogeuropium, þá hefur notkun og þróun terbiums verið stuðlað af sjaldgæfum jörðu þriggja aðal lita grænu flúrljómandi dufti fyrir lampa. Snemma á níunda áratugnum fann Philips upp fyrsta fyrirferðarlitla orkusparandi flúrperuna í heimi og kynnti hann fljótt á heimsvísu. Tb3+jónir geta gefið frá sér grænt ljós með bylgjulengd 545nm og næstum öll sjaldgæf jörð grænt flúrljómandi duft notaterbium, sem virkjari.

Græna flúrljómandi duftið sem notað er fyrir litasjónvarps bakskautsgeislarör (CRT) hefur alltaf aðallega verið byggt á ódýru og skilvirku sinksúlfíði, en terbíumduft hefur alltaf verið notað sem litasjónvarpsgrænt duft, eins og Y2SiO5: Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+ og LaOBr: Tb3+. Með þróun háskerpusjónvarps á stórum skjá (HDTV) er einnig verið að þróa afkastamikið grænt flúrljómandi duft fyrir CRT. Til dæmis hefur blendingur grænt flúrljómandi duft verið þróað erlendis, sem samanstendur af Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+ og Y2SiO5: Tb3+, sem hafa framúrskarandi birtuskilvirkni við mikinn straumþéttleika.

Hefðbundið röntgenflúrljómandi duft er kalsíumwolframat. Á áttunda og níunda áratugnum var þróað sjaldgæft flúrljómandi duft fyrir næmingarskjái, s.s.terbium,virkjað lantansúlfíðoxíð, terbíumvirkjað lantanbrómíðoxíð (fyrir græna skjái) og terbíumvirkjað yttríumsúlfíðoxíð. Í samanburði við kalsíumwolframat getur sjaldgæft flúrljómandi duft dregið úr tíma röntgengeislunar fyrir sjúklinga um 80%, bætt upplausn röntgenmynda, lengt líftíma röntgenröra og dregið úr orkunotkun. Terbium er einnig notað sem flúrljómandi duftvirki fyrir læknisfræðilega röntgengeislaaukaskjái, sem getur bætt næmni röntgengeislabreytingar í sjónrænar myndir til muna, bætt skýrleika röntgenmynda og dregið verulega úr útsetningarskammti röntgenmynda. geislum til mannslíkamans (um meira en 50%).

Terbiumer einnig notað sem virkjari í hvíta LED-fosfórnum sem spenntur er af bláu ljósi fyrir nýja hálfleiðaralýsingu. Það er hægt að nota til að framleiða terbium ál segulmagnaðir ljóskristallfosfórar með því að nota bláa ljósdíóða sem örvunarljósgjafa og flúrljómuninni sem myndast er blandað saman við örvunarljósið til að framleiða hreint hvítt ljós

Rafljómandi efni úr terbium innihalda aðallega sinksúlfíð grænt flúrljómandi duft meðterbiumsem virkjarinn. Við útfjólubláa geislun geta lífrænar terbíumfléttur gefið frá sér sterka græna flúrljómun og hægt að nota sem þunnt filmu rafljómandi efni. Þó verulegur árangur hafi náðst í rannsókn ásjaldgæf jörðlífrænar flóknar raflýsandi þunnar filmur, það er enn ákveðið bil frá hagkvæmni og rannsóknir á sjaldgæfum jörðu lífrænum flóknum rafljómandi þunnum filmum og tækjum eru enn ítarlegar.

Flúrljómunareiginleikar terbiums eru einnig notaðir sem flúrljómunarnemar. Samspil ofloxacin terbium (Tb3+) flókins og deoxýríbónsýru (DNA) var rannsökuð með því að nota flúrljómun og frásogsróf, eins og flúrljómunarnemann ofloxacin terbiums (Tb3+). Niðurstöðurnar sýndu að ofloxacin Tb3+probe getur myndað grópbindingu við DNA sameindir og deoxyribonucleic sýra getur verulega aukið flúrljómun ofloxacin Tb3+ kerfisins. Byggt á þessari breytingu er hægt að ákvarða deoxýríbónsýru.

Fyrir segulræn efni

Efni með Faraday áhrif, einnig þekkt sem segulsjónræn efni, eru mikið notuð í leysigeislum og öðrum sjóntækjum. Það eru tvær algengar gerðir af segulsjónaefnum: segulmagnaðir sjónkristallar og segulmagnaðir sjóngler. Meðal þeirra hafa segulsjónakristallar (eins og yttríum járn granat og terbium gallíum granat) kosti stillanlegrar rekstrartíðni og mikillar hitastöðugleika, en þeir eru dýrir og erfiðir í framleiðslu. Að auki hafa margir segul-sjónkristallar með há Faraday snúningshorn mikla frásog á stuttbylgjusviðinu, sem takmarkar notkun þeirra. Í samanburði við segulmagnaðir sjónkristalla hefur segulsjóngler kost á mikilli sendingu og auðvelt er að búa til stóra kubba eða trefjar. Sem stendur eru segul-sjóngleraugu með mikla Faraday-áhrif aðallega sjaldgæf jörð jóndópuð gleraugu.

Notað fyrir segulrænt geymsluefni

Á undanförnum árum, með hraðri þróun margmiðlunar og sjálfvirkni á skrifstofu, hefur eftirspurn eftir nýjum segulskífum með mikla afkastagetu verið að aukast. Þunnar filmur úr formlausum málmi terbium umbreytingarmálmblöndur hafa verið notaðar til að framleiða afkastamikla segulsjónadiska. Meðal þeirra er þunn filma úr TbFeCo álfelgur með besta frammistöðu. Terbium byggt segul-sjónefni hafa verið framleidd í stórum stíl og segul-sjóndiskar úr þeim eru notaðir sem tölvugeymsluíhlutir, með geymslugetu aukist um 10-15 sinnum. Þeir hafa kosti þess að vera með mikla afkastagetu og hraðan aðgangshraða og hægt er að þurrka og húða þær tugþúsundir sinnum þegar þeir eru notaðir fyrir sjónræna diska með miklum þéttleika. Þau eru mikilvæg efni í rafrænni upplýsingageymslutækni. Algengasta segulsjónefnið í sýnilegu og nær-innrauðu böndunum er Terbium Gallium Garnet (TGG) einkristall, sem er besta segulsjónaefnið til að búa til Faraday snúnings- og einangrunartæki.

Fyrir segulmagnaðir sjóngler

Faraday magneto sjóngler hefur góða gagnsæi og samsætu í sýnilegu og innrauðu svæði og getur myndað margs konar flókin form. Það er auðvelt að framleiða stórar vörur og hægt er að draga það í ljósleiðara. Þess vegna hefur það víðtæka notkunarmöguleika í segulsjóntækjum eins og segulsjónaeinangrunartækjum, segulsjónamótara og ljósleiðarastraumskynjara. Vegna mikils segulmagnsins og lítils frásogsstuðuls á sýnilegu og innrauðu sviði, hafa Tb3+ jónir orðið algengar sjaldgæfar jarðarjónir í segulmagnaðir sjóngleraugu.

Terbium dysprosium ferromagnetostrictive álfelgur

Í lok 20. aldar, með stöðugri dýpkun tæknibyltingarinnar heimsins, voru ný sjaldgæf jörð notkunarefni fljót að koma fram. Árið 1984 tóku Iowa State University, Ames Laboratory of US Department of Energy og US Navy Surface Weapons Research Center (þaðan sem aðalstarfsmenn hins síðar stofnaða Edge Technology Corporation (ET REMA) komu) saman til að þróa nýjan sjaldgæfan jarðgreint efni, þ.e. terbium dysprosium ferromagnetic magnetostrictive efni. Þetta nýja greinda efni hefur framúrskarandi eiginleika til að umbreyta raforku fljótt í vélræna orku. Neðansjávar- og rafhljóðskynjararnir úr þessu risastóra seguldrepandi efni hafa verið stilltir með góðum árangri í flotabúnaði, hátölurum til að finna olíulindir, hávaða- og titringsstýringarkerfi, og hafrannsókna- og neðanjarðarsamskiptakerfi. Þess vegna, um leið og terbium dysprosium járn risastór segulstrengjandi efni fæddist, fékk það mikla athygli frá iðnvæddum löndum um allan heim. Edge Technologies í Bandaríkjunum byrjaði að framleiða terbium dysprosium járn risastór seguldrepandi efni árið 1989 og nefndi þau Terfenol D. Í kjölfarið þróuðu Svíþjóð, Japan, Rússland, Bretland og Ástralía einnig terbium dysprosium járn risastór seguldrepandi efni.

Frá sögu þróunar þessa efnis í Bandaríkjunum eru bæði uppfinning efnisins og fyrstu einokunarnotkun þess beintengd hernaðariðnaðinum (eins og sjóhernum). Þótt her- og varnarmáladeildir Kína séu smám saman að styrkja skilning sinn á þessu efni. Hins vegar, með umtalsverðri aukningu á alhliða þjóðarstyrk Kína, mun krafan um að ná fram samkeppnisstefnu hersins á 21. öld og bæta búnaðarstig örugglega vera mjög brýn. Þess vegna mun víðtæk notkun hernaðar- og varnarmáladeilda á terbium dysprosium járni, risastórum segulmagnaðir efnum, vera söguleg nauðsyn.

Í stuttu máli, margir framúrskarandi eiginleikarterbiumgera það að ómissandi þátt í mörgum hagnýtum efnum og óbætanlegri stöðu á sumum notkunarsviðum. Vegna hins háa verðs á terbium hafa menn verið að kanna hvernig megi forðast og lágmarka notkun terbiums til að draga úr framleiðslukostnaði. Til dæmis ætti sjaldgæft jörð segulsjónefni einnig að nota ódýrtdysprosíum járnkóbalt eða gadólín terbíum kóbalt eins mikið og mögulegt er; Reyndu að minnka innihald terbiums í græna flúrljómandi duftinu sem þarf að nota. Verð er orðinn mikilvægur þáttur sem takmarkar víðtæka notkun áterbium. En mörg hagnýt efni geta ekki verið án þess, svo við verðum að fylgja meginreglunni um að „nota gott stál á blaðið“ og reyna að spara notkunterbiumeins mikið og hægt er.

 


Birtingartími: 25. október 2023