Terbíumtilheyrir flokki þungra sjaldgæfra jarðefna, með litla þéttni í jarðskorpunni, aðeins 1,1 ppm.Terbíumoxíðnemur minna en 0,01% af heildarmagni sjaldgæfra jarðefna. Jafnvel í þungum sjaldgæfum jarðmálmgrýti með háu yttríumjónainnihaldi og hæsta terbíuminnihaldi, nemur terbíuminnihaldið aðeins 1,1-1,2% af heildarmagnisjaldgæf jarðefnisem bendir til þess að það tilheyri flokknum „göfugmenni“sjaldgæf jarðefnifrumefni. Í meira en 100 ár, frá því að terbíum var uppgötvað árið 1843, hafa skortur þess og verðmæti komið í veg fyrir hagnýta notkun þess í langan tíma. Það er ekki fyrr en á síðustu 30 árum aðterbíumhefur sýnt einstaka hæfileika sína.
Að uppgötva sögu
Sænski efnafræðingurinn Carl Gustaf Mosander uppgötvaði terbíum árið 1843. Hann uppgötvaði óhreinindi þess íyttríumoxíðogY2O3. Yttríumer nefnt eftir þorpinu Itby í Svíþjóð. Áður en jónaskiptatækni kom til sögunnar var terbíum ekki einangrað í hreinu formi.
Mossander skiptist fyrstyttríumoxíðí þrjá hluta, alla nefnda eftir málmgrýti:yttríumoxíð, erbíumoxíðogterbíumoxíð. Terbíumoxíðvar upphaflega samsett úr bleikum hluta, vegna frumefnisins sem nú er þekkt semerbíum. Erbíumoxíð(þar á meðal það sem við nú köllum terbíum) var upphaflega litlaus efni í lausn. Óleysanlegt oxíð þessa frumefnis er talið brúnt.
Seinna áttu verkamenn erfitt með að sjá örsmáar litlausar „erbíumoxíð„, en ekki er hægt að hunsa leysanlega bleika hlutann. Umræðan um tilvisterbíumoxíðhefur ítrekað komið upp. Í ringulreiðinni var upprunalega nafninu snúið við og nafnaskiptin festust, svo að bleiki hlutinn var að lokum nefndur sem lausn sem innihélt erbíum (í lausninni var hann bleikur). Nú er talið að starfsmenn sem nota natríumdísúlfíð eða kalíumsúlfat til að fjarlægja seríumdíoxíð úryttríumoxíðóviljandi snúaterbíumí útfellingar sem innihalda seríum. Nú þekkt sem 'terbíum„, aðeins um 1% af upprunaleguyttríumoxíðer til staðar, en þetta er nægilegt til að flytja ljósgulan lit áyttríumoxíðÞess vegna,terbíumer aukaþáttur sem upphaflega innihélt það og er stjórnað af nágrönnum sínum,gadólíníumogdysprósíum.
Eftir það, hvenær sem annaðsjaldgæf jarðefniFrumefni voru aðskilin frá þessari blöndu, óháð hlutfalli oxíðsins, nafnið terbíum var haldið þar til að lokum brúna oxíðið afterbíumfékkst í hreinu formi. Rannsakendur á 19. öld notuðu ekki útfjólubláa flúrljómunartækni til að skoða skærgula eða græna hnúta (III), sem auðveldaði greiningu terbíums í föstum blöndum eða lausnum.
Rafeindaskipan
Rafrænt útlit:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
Rafræna fyrirkomulagið áterbíumer [Xe] 6s²⁴f³. Venjulega er aðeins hægt að fjarlægja þrjár rafeindir áður en kjarnahleðslan verður of stór til að jóna hana frekar. Hins vegar, í tilvikiterbíum, hálffylltterbíumgerir kleift að jóna fjórðu rafeindina frekar í viðurvist mjög sterks oxunarefnis eins og flúorgas.
Málmur
Terbíumer silfurhvítt sjaldgæft jarðmálmur með teygjanleika, seiglu og mýkt sem hægt er að skera með hníf. Bræðslumark 1360 ℃, suðumark 3123 ℃, eðlisþyngd 8229 4 kg/m3. Í samanburði við fyrri lantaníðþætti er það tiltölulega stöðugt í loftinu. Níunda þátturinn af lantaníðþáttunum, terbíum, er mjög hlaðinn málmur sem hvarfast við vatn og myndar vetnisgas.
Í náttúrunni,terbíumhefur aldrei reynst vera frjálst frumefni, heldur er það til staðar í litlu magni í fosfór-seríum-þóríum-sandi og kísil-beryllíum-yttríum-málmgrýti.Terbíumfinnst samhliða öðrum sjaldgæfum jarðmálmum í mónasítsandi, með almennt 0,03% terbíuminnihaldi. Aðrar uppsprettur eru yttríumfosfat og sjaldgæft jarðmálmgull, sem bæði eru blöndur af oxíðum sem innihalda allt að 1% terbíum.
Umsókn
Umsókn umterbíumfelur að mestu leyti í sér hátæknisvið, sem eru tækni- og þekkingarfrek framsækin verkefni, sem og verkefni sem hafa verulegan efnahagslegan ávinning og aðlaðandi þróunarmöguleika.
Helstu notkunarsviðin eru meðal annars:
(1) Notað í formi blandaðra sjaldgæfra jarðefna. Til dæmis er það notað sem áburður og fóðuraukefni fyrir landbúnað.
(2) Virkjari fyrir grænt duft í þremur aðal flúrljómandi duftum. Nútíma ljósfræðileg efni krefjast notkunar þriggja grunnlita fosfórs, þ.e. rauðs, græns og blás, sem hægt er að nota til að mynda ýmsa liti. Ogterbíumer ómissandi þáttur í mörgum hágæða grænum flúrljómandi duftum.
(3) Notað sem segul-sjóngeymsluefni. Þunnfilmur úr ókristalla terbíum-umskiptamálmblöndu hafa verið notaðar til að framleiða afkastamikla segul-sjóndiska.
(4) Framleiðsla á segulgleri. Faraday snúningsgler sem inniheldur terbíum er lykilefni til framleiðslu á snúningsgleri, einangrunargleri og hringrásargleri í leysigeislatækni.
(5) Þróun og framþróun terbíumdýsprósíum járnsegulþrengjandi málmblöndu (TerFenol) hefur opnað nýjar notkunarmöguleika fyrir terbíum.
Fyrir landbúnað og búfénað
Sjaldgæf jarðefniterbíumgetur bætt gæði uppskeru og aukið ljóstillífun innan ákveðins styrkbils. Terbíumflétturnar hafa mikla líffræðilega virkni og þríþættu flétturnarterbíum, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, hafa góð bakteríudrepandi og bakteríudrepandi áhrif á Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis og Escherichia coli, með breiðvirkum bakteríudrepandi eiginleikum. Rannsóknir á þessum fléttum veita nýja rannsóknarstefnu fyrir nútíma bakteríudrepandi lyf.
Notað á sviði ljómunar
Nútíma ljósfræðileg efni krefjast notkunar þriggja grunnlita fosfórs, þ.e. rauðs, græns og blás, sem hægt er að nota til að mynda ýmsa liti. Og terbíum er ómissandi þáttur í mörgum hágæða grænum flúrljómandi duftum. Ef tilkoma rauðs flúrljómandi dufts úr sjaldgæfum jarðefnum í litasjónvarpi hefur örvað eftirspurn eftir...yttríumogEvrópíum, þá hefur notkun og þróun terbíums verið kynnt með þremur aðallitum grænu flúrperu úr sjaldgæfum jarðefnum fyrir lampa. Í byrjun níunda áratugarins fann Philips upp fyrstu orkusparandi flúrperu í heimi og kynnti hana fljótt um allan heim. Tb3+ jónir geta gefið frá sér grænt ljós með bylgjulengd upp á 545 nm og næstum allt grænt flúrperu úr sjaldgæfum jarðefnum notar...terbíum, sem virkjari.
Græna flúrljómandi duftið sem notað er í litasjónvarpsljósrör (CRT) hefur alltaf aðallega verið byggt á ódýru og skilvirku sinksúlfíði, en terbíumduft hefur alltaf verið notað sem grænt duft fyrir litasjónvörp, eins og Y2SiO5:Tb3+, Y3 (Al, Ga)5O12:Tb3+ og LaOBr:Tb3+. Með þróun stórskjásjónvarpa með háskerpu (HDTV) er einnig verið að þróa öflugt grænt flúrljómandi duft fyrir CRT-skjái. Til dæmis hefur verið þróað erlendis blendingsgrænt flúrljómandi duft, sem samanstendur af Y3 (Al, Ga)5O12:Tb3+, LaOCl:Tb3+ og Y2SiO5:Tb3+, sem hafa framúrskarandi ljómnýtni við mikla straumþéttleika.
Hefðbundið röntgenflúrljómandi duft er kalsíumwolframat. Á áttunda og níunda áratugnum voru sjaldgæf jarðmálmflúrljómandi duft fyrir næmingarskjái þróuð, svo semterbíum,virkjað lantansúlfíðoxíð, terbíumvirkjað lantansúlfíðoxíð (fyrir græna skjái) og terbíumvirkjað yttríumsúlfíðoxíð. Í samanburði við kalsíumwolframat getur flúrljómandi jarðmálmur stytt geislunartíma sjúklinga með röntgengeislun um 80%, bætt upplausn röntgenmynda, lengt líftíma röntgenröra og dregið úr orkunotkun. Terbíum er einnig notað sem flúrljómandi duftvirkjari fyrir læknisfræðilegar röntgenskjái, sem getur bætt næmi röntgengeislunar í sjónrænar myndir til muna, bætt skýrleika röntgenmynda og dregið verulega úr útsetningarskammti röntgengeisla fyrir mannslíkamann (um meira en 50%).
Terbíumer einnig notað sem virkjari í hvítum LED-fosfór sem örvaður er af bláu ljósi fyrir nýja hálfleiðaralýsingu. Það er hægt að nota til að framleiða terbíum ál segulkristallfosfór, með því að nota blá ljósdíóður sem örvunarljósgjafa og flúrljómun sem myndast er blönduð við örvunarljósið til að framleiða hreint hvítt ljós.
Rafljómandi efnin sem eru gerð úr terbíum innihalda aðallega sinksúlfíðgrænt flúrljómandi duft meðterbíumsem virkjari. Undir útfjólubláum geislum geta lífræn terbíumfléttur gefið frá sér sterka græna flúrljómun og hægt er að nota þær sem þunnfilmu rafljómandi efni. Þó að verulegar framfarir hafi orðið í rannsóknum ásjaldgæf jarðefniLífræn flókin rafljómandi þunnfilmur, þá er enn ákveðið bil frá hagnýtingu, og rannsóknir á sjaldgæfum jarðmálmum, lífrænum flóknum þunnfilmum og tækjum þeirra eru enn ítarlegar.
Flúrljómunareiginleikar terbíums eru einnig notaðir sem flúrljómunarprófar. Samspil ofloxacin terbíum (Tb3+) fléttunnar og deoxýríbósakjarnsýru (DNA) var rannsakað með því að nota flúrljómunar- og frásogsróf, svo sem flúrljómunarpróf ofloxacin terbíums (Tb3+). Niðurstöðurnar sýndu að ofloxacin Tb3+ prófið getur myndað grópbindingu við DNA sameindir og deoxýríbósakjarnsýra getur aukið flúrljómun ofloxacin Tb3+ kerfisins verulega. Byggt á þessari breytingu er hægt að ákvarða deoxýríbósakjarnsýru.
Fyrir segul-sjónræn efni
Efni með Faraday-áhrifum, einnig þekkt sem segul-sjónræn efni, eru mikið notuð í leysigeislum og öðrum sjóntækjum. Tvær algengar gerðir af segul-sjónrænum efnum eru segul-sjónrænir kristallar og segul-sjónrænt gler. Meðal þeirra eru segul-sjónrænir kristallar (eins og yttríum járn granat og terbíum gallíum granat) með þeim kosti að vera stillanlegur rekstrartíðni og hafa mikla hitastöðugleika, en þeir eru dýrir og erfiðir í framleiðslu. Að auki hafa margir segul-sjónrænir kristallar með háum Faraday snúningshornum mikla frásog á stuttbylgjusviðinu, sem takmarkar notkun þeirra. Í samanburði við segul-sjónræna kristalla hefur segul-sjónrænt gler þann kost að vera með mikla gegndræpi og auðvelt er að búa það til í stóra blokkir eða trefjar. Sem stendur eru segul-sjónræn gler með háum Faraday-áhrifum aðallega gler með sjaldgæfum jarðmálmum og jónum.
Notað fyrir segulmagnað ljósfræðilegt geymsluefni
Á undanförnum árum, með hraðri þróun margmiðlunar og skrifstofusjálfvirkni, hefur eftirspurn eftir nýjum seguldiskum með mikilli afkastagetu aukist. Þunnfilmur úr ókristalla málmblöndu terbíum-umskiptamálmblöndu hafa verið notaðar til að framleiða afkastamikla seguldiska. Meðal þeirra hefur þunnfilma úr TbFeCo-málmblöndu bestu afköstin. Segul-sjónræn efni sem byggja á terbíum hafa verið framleidd í stórum stíl og seguldiskar úr þeim eru notaðir sem geymsluíhlutir í tölvum, þar sem geymslurýmið eykst um 10-15 falt. Þau hafa þá kosti að vera stór og aðgengilegur hratt og hægt er að þurrka og húða þau tugþúsund sinnum þegar þau eru notuð fyrir þéttleika-sjónræna diska. Þau eru mikilvæg efni í rafrænni upplýsingageymslutækni. Algengasta seguldiskaefnið í sýnilegu og nær-innrauða sviðinu er terbíum gallíum granat (TGG) einkristall, sem er besta seguldiskaefnið til að búa til Faraday-snúninga og einangrunarbúnað.
Fyrir segulgler
Faraday segulgler hefur góða gegnsæi og jafngildi í sýnilegu og innrauðu sviði og getur myndað ýmsar flóknar form. Það er auðvelt að framleiða stórar vörur og hægt er að draga það í ljósleiðara. Þess vegna hefur það víðtæka notkunarmöguleika í segulljóstækjum eins og segul-einangrurum, segul-ljósstýrum og ljósleiðarastraumskynjurum. Vegna mikils segulmoments og lítils frásogsstuðuls í sýnilegu og innrauðu sviði hafa Tb3+ jónir orðið algengar sjaldgæfar jarðmálmjónir í segul-ljósglerjum.
Terbíum dysprósíum ferromagnetostrempandi álfelgur
Í lok 20. aldar, með sífellt vaxandi tæknibyltingu í heiminum, komu ný efni til notkunar í sjaldgæfum jarðmálum ört fram. Árið 1984 unnu Iowa State University, Ames rannsóknarstofan í bandaríska orkumálaráðuneytinu og Surface Weapons Research Center bandaríska sjóhersins (þar sem aðalstarfsmenn Edge Technology Corporation (ET REMA) komu síðar) saman að því að þróa nýtt greint efni fyrir sjaldgæfa jarðmálma, þ.e. terbíum dysprósíum járnsegulmagnað segulmagnað efni. Þetta nýja greinda efni hefur framúrskarandi eiginleika til að umbreyta raforku hratt í vélræna orku. Neðansjávar- og rafhljóðnemar úr þessu risavaxna segulmagnaða efni hafa verið settir upp með góðum árangri í sjóherbúnaði, olíubrunnsgreiningarhátalara, hávaða- og titringsstýringarkerfum og hafkönnunar- og neðanjarðarsamskiptakerfum. Þess vegna, um leið og terbíum dysprósíum járnrisavaxna segulmagnaða efnið varð til, vakti það mikla athygli frá iðnríkjum um allan heim. Edge Technologies í Bandaríkjunum hóf framleiðslu á segulsamdráttarefnum úr terbíumdýprósíum járni árið 1989 og nefndi þau Terfenol D. Í kjölfarið þróuðu Svíþjóð, Japan, Rússland, Bretland og Ástralía einnig segulsamdráttarefni úr terbíumdýprósíum járni.
Frá sögu þróunar þessa efnis í Bandaríkjunum eru bæði uppfinning efnisins og fyrstu einokunarnotkun þess tengd beint hernaðariðnaðinum (eins og sjóhernum). Þó að kínverska her- og varnarmálaráðuneytið sé smám saman að styrkja skilning sinn á þessu efni. Hins vegar, með verulegri aukningu á alhliða þjóðarstyrk Kína, verður krafan um að ná fram hernaðarsamkeppnisstefnu 21. aldarinnar og bæta búnaðarstig örugglega mjög brýn. Þess vegna verður útbreidd notkun terbíum dysprósíum járnrisa segulmagnaðra efna af her- og varnarmálaráðuneytinu söguleg nauðsyn.
Í stuttu máli, hinir mörgu frábæru eiginleikarterbíumgera það að ómissandi hluta margra hagnýtra efna og ómissandi stöðu á sumum sviðum notkunar. Hins vegar, vegna hás verðs á terbíum, hafa menn verið að rannsaka hvernig hægt er að forðast og lágmarka notkun terbíums til að lækka framleiðslukostnað. Til dæmis ættu segul-ljósfræðileg efni úr sjaldgæfum jarðmálmum einnig að nota ódýra...dysprósíum járnkóbalt eða gadólíníum terbíum kóbalt eins mikið og mögulegt er; Reynið að minnka innihald terbíums í græna flúrljómandi duftinu sem verður að nota. Verð hefur orðið mikilvægur þáttur sem takmarkar útbreidda notkun áterbíumEn mörg hagnýt efni geta ekki verið án þess, þannig að við verðum að fylgja meginreglunni um að „nota gott stál á blaðinu“ og reyna að spara notkun áterbíumeins mikið og mögulegt er.
Birtingartími: 25. október 2023