Тербийпринадлежи към категорията тежкиРедки земи, с ниско изобилие в земната кора само с 1,1 ppm. Тербиевият оксид представлява по -малко от 0,01% от общите редки земи. Дори при високия тип итриум-йон тежка рядка земна руда с най-високо съдържание на тербий, съдържанието на тербий само представлява 1,1-1,2% от общата рядка земя, което показва, че принадлежи към категорията „благородни“ на редки земни елементи. Повече от 100 години от откриването на тербий през 1843 г. неговият недостиг и стойност предотвратяват практическото му приложение от дълго време. Едва през последните 30 години тербият показа своя уникален талант。
Откриване на историята
Шведският химик Карл Густаф Мосандър открива тербий през 1843 г. Той открива своите примеси вИтриум (III) оксидиY2O3. Итриум е кръстен на село итерби в Швеция. Преди появата на технологията за обмен на йони, тербийът не е изолиран в чистата си форма.
Мосант първо разделен итриум (iii) оксид на три части, всички кръстени на руди: итриум (iii) оксид,Ербий (III) оксиди тербиев оксид. Първоначално тербиевият оксид е бил съставен от розова част, поради елемента, известен сега като ербий. „Ербий (iii) оксид“ (включително това, което сега наричаме тербий) първоначално беше по същество безцветна част в разтвора. Неразтворимият оксид на този елемент се счита за кафяв.
По -късните работници трудно могат да наблюдават мъничкото безцветно „ербий (III) оксид“, но разтворимата розова част не може да бъде игнорирана. Дебатите за съществуването на ербий (III) оксид са възникнали многократно. В хаоса оригиналното име беше обърнато и обменът на имена беше заседнал, така че в крайна сметка розовата част беше спомената като решение, съдържащо ербий (в разтвора беше розово). Сега се смята, че работниците, които използват натриев бисулфат или калиев сулфатЦерий (IV) оксидИзвън итриум (III) оксид и неволно превърнете тербия в утайка, съдържаща церий. Само около 1% от оригиналния итриум (III) оксид, сега известен като „тербий“, е достатъчен, за да премине жълтеникав цвят на итриум (III) оксид. Следователно, тербият е вторичен компонент, който първоначално го съдържа и се контролира от неговите непосредствени съседи, гадолиний и диспросий.
След това, всеки път, когато други редки земни елементи се отделят от тази смес, независимо от дела на оксида, името на тербий се запазва до накрая, кафявият оксид на тербия се получава в чиста форма. Изследователите през 19 век не използват ултравиолетова флуоресцентна технология, за да наблюдават ярко жълти или зелени възли (III), което улеснява разпознаването на тербий в твърди смеси или разтвори.
Конфигурация на електрон
Конфигурация на електрон:
1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D10 4P6 5S2 4D10 5P6 6S2 4F9
Електронната конфигурация на тербий 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 случай на тербий, полупълнен тербий позволява четвъртият електрон да бъде допълнително йонизиран в присъствието на много силни окислители като флуорн газ.
Тербийът е сребърен бял рядкоземен метал с пластичност, здравина и мекота, които могат да бъдат нарязани с нож. Точка на топене 1360 ℃, точка на кипене 3123 ℃, плътност 8229 4kg/m3. В сравнение с ранния лантанид, той е сравнително стабилен във въздуха. Като девети елемент на лантанид, тербият е метал със силна електричество. Той реагира с вода, за да образува водород.
В природата тербийът никога не е бил установено като свободен елемент, малко количество от който съществува във фосфоцериум ториен пясък и гадолинит. Terbium съжителства с други редки земни елементи в моназитен пясък, с обикновено 0,03% съдържание на тербий. Други източници са ксенотим и черни редки златни руди, и двете са смеси от оксиди и съдържат до 1% тербий.
Приложение
Прилагането на тербий най-вече включва високотехнологични полета, които са технологични интензивни и интензивни авангардни проекти, както и проекти със значителни икономически ползи, с атрактивни перспективи за развитие.
Основните области на приложението включват:
(1) Използва се под формата на смесени редки земи. Например, той се използва като рядко земно съединение и добавка за подаване на селско стопанство.
(2) Активатор за зелен прах в три първични флуоресцентни прахове. Съвременните оптоелектронни материали изискват използването на три основни цвята на фосфора, а именно червено, зелено и синьо, които могат да се използват за синтезиране на различни цветове. И тербийът е незаменим компонент в много висококачествени зелени флуоресцентни прахове.
(3) Използва се като магнито оптичен материал за съхранение. Аморфни метални тербиеви преходни метални сплав са използвани за производство на високоефективни магнито-оптични дискове.
(4) Производство на оптично стъкло Magneto. Ротационното стъкло на Faraday, съдържащо тербий, е ключов материал за производство на ротатори, изолатори и циркулатори в лазерната технология.
(5) Разработването и развитието на тербиев диспро и сплав от тербиева диспрозия (Terfenol) отвори нови приложения за тербий.
За селско стопанство и животновъдство
Редкият земен тербий може да подобри качеството на културите и да увеличи скоростта на фотосинтезата в определен диапазон на концентрация. Тербийните комплекси имат висока биологична активност. Тренните комплекси на тербий, TB (ALA) 3BENIM (CLO4) 3 · 3H2O, имат добри антибактериални и бактерицидни ефекти върху Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis и Escherichia coli. Те имат широк антибактериален спектър. Проучването на подобни комплекси предоставя нова изследователска посока за съвременните бактерицидни лекарства.
Използва се в полето на луминесценцията
Съвременните оптоелектронни материали изискват използването на три основни цвята на фосфора, а именно червено, зелено и синьо, които могат да се използват за синтезиране на различни цветове. И тербийът е незаменим компонент в много висококачествени зелени флуоресцентни прахове. Ако раждането на рядкоземен цвят на червения прах е стимулирало търсенето на итриум и европий, тогава приложението и развитието на тербий са насърчавани от рядка земя три първичен цвят зелен флуоресцентни прах за лампи. В началото на 80-те години Philips изобретява първата в света компактна енергийно спестяваща флуоресцентна лампа и бързо я промотира в световен мащаб. TB3+йони могат да излъчват зелена светлина с дължина на вълната 545nm, а почти всички редки зелени фосфори използват тербий като активатор.
Зеленият фосфор за цветна телевизионна катодна лъчева тръба (CRT) винаги се е базирал на цинков сулфид, който е евтин и ефективен, но тербиевият прах винаги се е използвал като зелен фосфор за проекционен цвят на телевизия, включително Y2Sio5 ∶ TB3+, Y3 (Al, GA) 5O12 ∶ TB3+и Laobr ∶ TB3+. С развитието на телевизия с голям екран с висока разделителна способност (HDTV) се разработват и високоефективни зелени флуоресцентни прахове за CRTS. Например, хибриден зелен флуоресцентен прах е разработен в чужбина, състоящ се от Y3 (AL, GA) 5O12: TB3+, LAOCL: TB3+и Y2SIO5: TB3+, които имат отлична ефективност на луминесценцията при висока плътност на тока.
Традиционният рентгенов флуоресцентен прах е калциев волфстан. In the 1970s and 1980s, rare earth phosphors for intensifying screens were developed, such as terbium activated sulfur Lanthanum oxide, terbium activated bromine Lanthanum oxide (for green screens), terbium activated sulfur Yttrium(III) oxide, etc. Compared with calcium tungstate, rare earth fluorescent powder can reduce the time of X-ray irradiation for patients by 80%, подобряват разделителната способност на рентгенови филми, удължават живота на рентгеновите тръби и намаляват консумацията на енергия. Тербийът се използва и като флуоресцентна прахов активатор за медицински рентгенови екрани за подобряване на рентгенови лъчи, които могат значително да подобрят чувствителността на рентгеновата конверсия в оптични изображения, да подобрят яснотата на рентгеновите филми и значително да намалят дозата на експозицията на рентгенови лъчи в човешкото тяло (с повече от 50%).
Тербийът се използва и като активатор в белия LED фосфор, възбуден от синя светлина за ново полупроводниково осветление. Може да се използва за получаване на тербиеви алуминиеви оптични кристални фосфори, като се използват диоди, излъчващи синя светлина като източници на възбуждаща светлина, а генерираната флуоресценция се смесва с възбуждащата светлина за получаване на чиста бяла светлина.
Електролуминесцентните материали, изработени от тербий, включват главно цинков сулфид зелен фосфор с тербий като активатор. При ултравиолетово облъчване органичните комплекси на тербий могат да излъчват силна зелена флуоресценция и могат да се използват като тънки филмови електролуминесцентни материали. Въпреки че е постигнат значителен напредък в изследването на редки биологични сложни тънки филми, все още има известна пропаст от практичността и изследванията за редки земни органични сложни електролуминесцентни тънки филми и устройства все още са в дълбочина.
Флуоресцентните характеристики на тербий се използват и като флуоресцентни сонди. For example, Ofloxacin terbium (Tb3+) fluorescence probe was used to study the interaction between Ofloxacin terbium (Tb3+) complex and DNA (DNA) by fluorescence spectrum and absorption spectrum, indicating that Ofloxacin Tb3+probe can form a groove binding with DNA molecules, and DNA can significantly enhance the fluorescence of Ofloxacin TB3+система. Въз основа на тази промяна може да се определи ДНК.
За оптични материали с магнито
Материалите с ефект на Faraday, известни още като магнито-оптични материали, се използват широко в лазери и други оптични устройства. Има два често срещани типа оптични материали с магнито: оптични кристали на магнито и оптично стъкло на магнито. Сред тях магнито-оптичните кристали (като Yttrium Iron Garnet и Terbium Gallium Garnet) имат предимствата на регулируемата работна честота и високата термична стабилност, но те са скъпи и трудни за производство. В допълнение, много магнито-оптични кристали с висок ъгъл на въртене на Фарадей имат висока абсорбция в диапазона на късата вълна, което ограничава използването им. В сравнение с оптичните кристали Magneto, оптичното стъкло Magneto има предимството на високото предаване и е лесно да се направи в големи блокове или влакна. Понастоящем магнито-оптичните очила с висок ефект на Фарадей са главно редки очила с йонни йони.
Използва се за оптични материали за съхранение на магнито
През последните години, с бързото развитие на мултимедийната и офис автоматизацията, търсенето на нови магнитни дискове с голям капацитет се увеличава. Аморфни метални тербиеви преходни метални филми са използвани за производство на високоефективни магнито-оптични дискове. Сред тях TBFeco Alloy Thin Film има най -доброто представяне. Магнито-оптични материали на базата на тербий са произведени в голям мащаб, а магнито-оптичните дискове, направени от тях, се използват като компоненти за компютърно съхранение, като капацитетът за съхранение се увеличава с 10-15 пъти. Те имат предимствата на големия капацитет и скоростта на бързото достъп и могат да бъдат изтрити и покрити с десетки хиляди пъти, когато се използват за оптични дискове с висока плътност. Те са важни материали в електронната технология за съхранение на информация. Най-често използваният магнито-оптичен материал във видимите и близо инфрачервените ленти е единичен кристал Terbium Gallium (TGG), който е най-добрият магнито-оптичен материал за създаване на ротатори и изолатори на Faraday.
За оптично стъкло с магнито
Оптичното стъкло на Faraday Magneto има добра прозрачност и изотропия във видимите и инфрачервените региони и може да образува различни сложни форми. Лесно е да се произвеждат продукти с големи размери и могат да бъдат привлечени в оптични влакна. Следователно, той има широки перспективи за приложение в оптичните устройства на магнито като оптични изолатори на магнито, оптични модулатори на магнито и сензори за оптични влакна. Поради големия си магнитен момент и малкия коефициент на абсорбция във видимия и инфрачервен диапазон, TB3+йони често се използват редки земни йони в оптични очила с магнито.
Тербиева диспросийска феромагнитаторна сплав
В края на 20 -ти век, с задълбочаването на световната научна и технологична революция, бързо се появяват нови приложени от редки земни материали. През 1984 г. Държавният университет в Айова в Съединените щати, лабораторията на Еймс на Министерството на енергетиката на Съединените щати и Центъра за изследване на повърхността на ВМС на САЩ (основният персонал на по -късно създадената американска технологична компания (ET REMA) идва от центъра) съвместно разработи нов рядък земно умен материал, а именно Terbium Dysprosium Giant Magnetostrective. Този нов интелигентен материал има отличните характеристики за бързо превръщането на електрическата енергия в механична енергия. Подводни и електроакустични преобразуватели, направени от този гигантски магнитостриктивен материал, са успешно конфигурирани във военноморското оборудване, високоговорителите за откриване на нефтени кладенци, системите за контрол на шума и вибрациите и изследване на океана и подземни комуникационни системи. Следователно, веднага щом се роди тербиевият диспросиев железен гигантски магнитостриктивен материал, той получи широко внимание от индустриализираните страни по света. Edge Technologies в Съединените щати започнаха да произвеждат тербиеви диспросиеви железни гигантски магнитостриктивни материали през 1989 г. и ги нарекоха Terfenol D. Впоследствие Швеция, Япония, Русия, Обединеното кралство и Австралия също разработи тербиево диспрозиево железни гигантски магнитостриктивни материали.
От историята на развитието на този материал в Съединените щати, изобретението на материала и нейните ранни монополистични приложения са пряко свързани с военната индустрия (като ВМС). Въпреки че военните и отбранителните отдели в Китай постепенно укрепват разбирането си за този материал. Въпреки това, след като цялостната национална сила на Китай значително се увеличи, изискванията за реализиране на военната конкурентна стратегия през 21 век и подобряването на нивото на оборудването със сигурност ще бъде много спешно. Следователно, широкото използване на тербиев диспросиев железен гигант магнитостриктивни материали от военни и национални отбранителни отдели ще бъде историческа необходимост.
Накратко, многото отлични свойства на тербий го правят незаменим член на много функционални материали и незаменима позиция в някои полета за приложение. Поради високата цена на тербия, хората изучават как да избягват и свеждат до минимум използването на тербий, за да намалят производствените разходи. Например, рядкоземните магнито-оптични материали трябва да използват нискотарифни диспросиеви желязо кобалт или гадолиниев тербиев кобалт колкото е възможно повече; Опитайте се да намалите съдържанието на тербий в зеления флуоресцентен прах, който трябва да се използва. Цената се превърна в важен фактор, ограничаващ широкото използване на тербий. Но много функционални материали не могат да направят без него, така че трябва да се придържаме към принципа „Използване на добра стомана на острието“ и да се опитаме да запазим използването на тербий колкото е възможно повече.
Време за публикация: 05-2023 юли