Тербийпринадлежи към категорията на тежкитередкоземни елементи, с ниско съдържание в земната кора от само 1,1 ppm. Тербиевият оксид представлява по-малко от 0,01% от общите редкоземни елементи. Дори в тежката редкоземна руда с високо съдържание на итриев йон с най-високо съдържание на тербий, съдържанието на тербий представлява само 1,1-1,2% от общото количество редкоземни елементи, което показва, че тя принадлежи към „благородната“ категория на редкоземни елементи. За повече от 100 години от откриването на тербия през 1843 г. неговият недостиг и стойност са възпрепятствали практическото му приложение за дълго време. Едва през последните 30 години тербиумът показа своя уникален талант.
Откриване на история
Шведският химик Карл Густав Мозандер открива тербия през 1843 г. Той открива неговите примеси вИтриев(III) оксидиY2O3. Итрият е кръстен на село Итерби в Швеция. Преди появата на йонообменната технология тербият не е изолиран в чиста форма.
Mosant първо разделя итриевия (III) оксид на три части, всички наречени на руди: итриев (III) оксид,Ербиев(III) оксиди тербиев оксид. Тербиевият оксид първоначално е бил съставен от розова част, поради елемента, известен сега като ербий. „Ербиев (III) оксид“ (включително това, което сега наричаме тербий) първоначално е бил по същество безцветната част в разтвора. Неразтворимият оксид на този елемент се счита за кафяв.
По-късните работници трудно можеха да забележат малкия безцветен „ербиев(III) оксид“, но разтворимата розова част не можеше да бъде пренебрегната. Дебати за съществуването на ербиев (III) оксид са възниквали многократно. В хаоса първоначалното име беше обърнато и размяната на имена беше блокирана, така че розовата част в крайна сметка беше спомената като разтвор, съдържащ ербий (в разтвора беше розов). Сега се смята, че работниците, които използват натриев бисулфат или калиев сулфат, приематЦериев(IV) оксидот итриев (III) оксид и неволно превръща тербий в утайка, съдържаща церий. Само около 1% от оригиналния итриев (III) оксид, сега известен като "тербий", е достатъчен, за да предаде жълтеникав цвят на итриев (III) оксид. Следователно тербият е вторичен компонент, който първоначално го е съдържал, и се контролира от неговите непосредствени съседи, гадолиний и диспрозий.
След това, всеки път, когато други редкоземни елементи са били отделени от тази смес, независимо от съотношението на оксида, името тербий се запазва, докато накрая кафявият оксид на тербий се получи в чиста форма. Изследователите през 19 век не са използвали ултравиолетова флуоресцентна технология, за да наблюдават ярко жълти или зелени нодули (III), което улеснява разпознаването на тербия в твърди смеси или разтвори.
Електронна конфигурация
Електронна конфигурация:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
Електронната конфигурация на тербия е [Xe] 6s24f9. Обикновено само три електрона могат да бъдат отстранени, преди ядреният заряд да стане твърде голям, за да бъде допълнително йонизиран, но в случая на тербий, полузапълненият тербий позволява на четвъртия електрон да бъде допълнително йонизиран в присъствието на много силни окислители като флуорен газ.
Тербият е сребристо бял редкоземен метал с пластичност, издръжливост и мекота, който може да се реже с нож. Точка на топене 1360 ℃, точка на кипене 3123 ℃, плътност 8229 4kg/m3. В сравнение с ранния Lanthanide, той е относително стабилен във въздуха. Като деветия елемент на лантанида, тербият е метал със силно електричество. Той реагира с вода, за да образува водород.
В природата никога не е установено, че тербият е свободен елемент, малко количество от който съществува във фосфоцериевия ториев пясък и гадолинита. Тербий съществува съвместно с други редкоземни елементи в монацитовия пясък, като обикновено съдържанието на тербий е 0,03%. Други източници са рудите Xenotime и черното рядко злато, като и двете са смеси от оксиди и съдържат до 1% тербий.
Приложение
Приложението на тербия включва най-вече високотехнологични области, които са технологично интензивни и интензивни на знания авангардни проекти, както и проекти със значителни икономически ползи, с атрактивни перспективи за развитие.
Основните области на приложение включват:
(1) Използва се под формата на смесени редкоземни елементи. Например, той се използва като редкоземен комбиниран тор и фуражна добавка за селското стопанство.
(2) Активатор за зелен прах в три основни флуоресцентни праха. Съвременните оптоелектронни материали изискват използването на три основни цвята фосфор, а именно червен, зелен и син, които могат да се използват за синтезиране на различни цветове. А тербият е незаменим компонент в много висококачествени зелени флуоресцентни прахове.
(3) Използва се като магнитооптичен материал за съхранение. Тънки филми от аморфна метална тербий преходна метална сплав са използвани за производството на магнитооптични дискове с висока производителност.
(4) Производство на магнито оптично стъкло. Ротационното стъкло на Фарадей, съдържащо тербий, е ключов материал за производството на ротатори, изолатори и циркулационни помпи в лазерната технология.
(5) Разработването и разработването на феромагнитострикционна сплав с тербий диспрозий (TerFenol) отвори нови приложения за тербий.
За земеделие и животновъдство
Редкоземният тербий може да подобри качеството на културите и да увеличи скоростта на фотосинтезата в определен диапазон на концентрация. Тербиевите комплекси имат висока биологична активност. Тройните комплекси на тербия, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3 · 3H2O, имат добри антибактериални и бактерицидни ефекти върху Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis и Escherichia coli. Имат широк антибактериален спектър. Изследването на такива комплекси дава нова насока за изследване на съвременните бактерицидни лекарства.
Използва се в областта на луминесценцията
Съвременните оптоелектронни материали изискват използването на три основни цвята фосфор, а именно червен, зелен и син, които могат да се използват за синтезиране на различни цветове. А тербият е незаменим компонент в много висококачествени зелени флуоресцентни прахове. Ако раждането на редкоземен цветен телевизионен червен флуоресцентен прах е стимулирало търсенето на итрий и европий, тогава приложението и развитието на тербий са били насърчавани от редкоземни три основни цвята зелен флуоресцентен прах за лампи. В началото на 80-те години Philips изобретява първата в света компактна енергоспестяваща флуоресцентна лампа и бързо я популяризира в световен мащаб. Tb3+ йони могат да излъчват зелена светлина с дължина на вълната 545 n, а почти всички редкоземни зелени фосфори използват тербий като активатор.
Зеленият фосфор за цветна телевизионна електронно-лъчева тръба (CRT) винаги е бил базиран на цинков сулфид, който е евтин и ефективен, но тербиевият прах винаги е бил използван като зелен фосфор за проекционна цветна телевизия, включително Y2SiO5 ∶ Tb3+, Y3 ( Al, Ga) 5O12 ∶ Tb3+ и LaOBr ∶ Tb3+. С развитието на широкоекранната телевизия с висока разделителна способност (HDTV) се разработват и високоефективни зелени флуоресцентни прахове за CRT. Например, в чужбина е разработен хибриден зелен флуоресцентен прах, състоящ се от Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+ и Y2SiO5: Tb3+, които имат отлична ефективност на луминесценция при висока плътност на тока.
Традиционният рентгенов флуоресцентен прах е калциев волфрамат. През 70-те и 80-те години на миналия век бяха разработени редкоземни фосфори за интензифициране на екрани, като активиран с тербий серен лантанов оксид, активиран с тербий бром, лантанов оксид (за зелени екрани), активиран с тербий серен итриев (III) оксид и др. В сравнение с калциев волфрамат, редкоземен флуоресцентен прах може да намали време на рентгеново облъчване за пациенти с 80%, подобрява разделителната способност на рентгеновите филми, удължава живота на рентгеновите тръби и намалява консумацията на енергия. Тербият се използва и като активатор на флуоресцентен прах за медицински екрани за подобряване на рентгеновите лъчи, което може значително да подобри чувствителността на преобразуването на рентгеновите лъчи в оптични изображения, да подобри яснотата на рентгеновите филми и значително да намали дозата на експозиция на рентгенови лъчи. лъчи към човешкото тяло (с над 50%).
Тербият се използва и като активатор в белия LED фосфор, възбуден от синя светлина за ново полупроводниково осветление. Може да се използва за производство на тербиеви алуминиеви магнитооптични кристални фосфори, като се използват диоди, излъчващи синя светлина, като източници на възбуждаща светлина, а генерираната флуоресценция се смесва с възбуждащата светлина, за да се получи чиста бяла светлина.
Електролуминесцентните материали, направени от тербий, включват главно зелен фосфор от цинков сулфид с тербий като активатор. При ултравиолетово облъчване органичните комплекси на тербий могат да излъчват силна зелена флуоресценция и могат да се използват като тънкослойни електролуминесцентни материали. Въпреки че е постигнат значителен напредък в изследването на електролуминисцентни тънки филми от редкоземни органични комплекси, все още има известна празнина от практичност и изследванията върху електролуминисцентни тънки филми и устройства от редкоземни органични комплекси все още са в дълбочина.
Флуоресцентните характеристики на тербия също се използват като флуоресцентни сонди. Например, флуоресцентна сонда Ofloxacin terbium (Tb3+) е използвана за изследване на взаимодействието между Ofloxacin terbium (Tb3+) комплекс и ДНК (ДНК) чрез флуоресцентен спектър и абсорбционен спектър, което показва, че Ofloxacin Tb3+ сондата може да образува жлеб, свързващ се с ДНК молекули, и ДНК може значително да подобри флуоресценцията на Офлоксацин Tb3+система. Въз основа на тази промяна може да се определи ДНК.
За магнитооптични материали
Материали с ефект на Фарадей, известни още като магнитооптични материали, се използват широко в лазери и други оптични устройства. Има два често срещани вида магнитооптични материали: магнитооптични кристали и магнитооптично стъкло. Сред тях магнитооптичните кристали (като итриев железен гранат и тербиев галиев гранат) имат предимствата на регулируема работна честота и висока термична стабилност, но те са скъпи и трудни за производство. В допълнение, много магнитооптични кристали с висок ъгъл на въртене на Фарадей имат висока абсорбция в диапазона на късите вълни, което ограничава тяхното използване. В сравнение с магнито оптичните кристали, магнито оптичното стъкло има предимството на високата пропускливост и лесно се прави на големи блокове или влакна. Понастоящем магнитооптичните стъкла с висок ефект на Фарадей са предимно стъкла, легирани с редкоземни йони.
Използва се за магнитооптични материали за съхранение
През последните години, с бързото развитие на мултимедията и офис автоматизацията, търсенето на нови магнитни дискове с голям капацитет нараства. Филмите от сплави на аморфен метал тербий са използвани за производството на магнитооптични дискове с висока производителност. Сред тях тънкият филм от сплав TbFeCo има най-добра производителност. Магнитооптични материали на базата на тербий се произвеждат в голям мащаб и направените от тях магнитооптични дискове се използват като компютърни компоненти за съхранение, като капацитетът за съхранение се увеличава 10-15 пъти. Те имат предимствата на голям капацитет и бърза скорост на достъп и могат да бъдат изтривани и покривани десетки хиляди пъти, когато се използват за оптични дискове с висока плътност. Те са важни материали в технологията за съхранение на електронна информация. Най-често използваният магнитооптичен материал във видимата и близката инфрачервена лента е монокристал Тербиев галиев гранат (TGG), който е най-добрият магнитооптичен материал за направата на Фарадееви ротатори и изолатори.
За магнито оптично стъкло
Магнитното оптично стъкло на Фарадей има добра прозрачност и изотропия във видимата и инфрачервената област и може да образува различни сложни форми. Лесно е да се произвеждат продукти с големи размери и могат да бъдат изтеглени в оптични влакна. Следователно, той има широки перспективи за приложение в магнитооптични устройства като магнитооптични изолатори, магнитооптични модулатори и оптични сензори за ток. Поради големия си магнитен момент и малкия коефициент на поглъщане във видимия и инфрачервения диапазон, Tb3+ йони са станали често използвани редкоземни йони в магнитооптични стъкла.
Тербиево-диспрозиева феромагнитострикционна сплав
В края на 20-ти век, със задълбочаването на световната научна и технологична революция, бързо се появяват нови редкоземни приложни материали. През 1984 г. Държавният университет на Айова в Съединените щати, Лабораторията на Еймс към Министерството на енергетиката на Съединените щати на Съединените щати и Центърът за изследване на повърхностните оръжия на ВМС на САЩ (основният персонал на създадената по-късно American Edge Technology Company (ET REMA) идва от центърът) съвместно разработиха нов редкоземен интелигентен материал, а именно тербиев диспрозиев железен гигантски магнитостриктивен материал. Този нов интелигентен материал има отличните характеристики за бързо преобразуване на електрическата енергия в механична. Подводните и електроакустични преобразуватели, изработени от този гигантски магнитострикционен материал, са успешно конфигурирани във военноморско оборудване, високоговорители за откриване на нефтени кладенци, системи за контрол на шума и вибрациите и системи за изследване на океана и подземни комуникационни системи. Следователно, веднага щом се роди гигантският магнитостриктивен материал от тербий диспрозиум и желязо, той получи широко внимание от индустриализираните страни по света. Edge Technologies в Съединените щати започна да произвежда гигантски магнитострикционни материали от тербий диспрозиум желязо през 1989 г. и ги нарече Terfenol D. Впоследствие Швеция, Япония, Русия, Обединеното кралство и Австралия също разработиха гигантски магнитострикционни материали от тербий диспрозий желязо.
От историята на развитието на този материал в Съединените щати, както изобретението на материала, така и ранните му монополни приложения са пряко свързани с военната индустрия (като флотата). Въпреки че китайските военни и отбранителни отдели постепенно укрепват разбирането си за този материал. Въпреки това, след като всеобхватната национална мощ на Китай значително се увеличи, изискванията за реализиране на военната конкурентна стратегия през 21 век и подобряване на нивото на оборудване със сигурност ще бъдат много спешни. Следователно широкото използване на гигантски магнитострикционни материали от тербий диспрозиум и желязо от военните и националните отдели за отбрана ще бъде историческа необходимост.
Накратко, множеството отлични свойства на тербия го правят незаменим член на много функционални материали и незаменима позиция в някои области на приложение. Въпреки това, поради високата цена на тербия, хората проучват как да избегнат и сведат до минимум употребата на тербий, за да намалят производствените разходи. Например, редкоземните магнитооптични материали също трябва да използват евтин диспрозиев желязо кобалт или гадолиний тербий кобалт колкото е възможно повече; Опитайте се да намалите съдържанието на тербий в зеления флуоресцентен прах, който трябва да използвате. Цената се превърна във важен фактор, ограничаващ широкото използване на тербий. Но много функционални материали не могат без него, така че трябва да се придържаме към принципа „използване на добра стомана върху острието“ и да се опитаме да спестим използването на тербий колкото е възможно повече.
Време на публикуване: 05 юли 2023 г