Terbiumpatří do kategorie těžkých vzácných zemin s nízkým výskytem v zemské kůře, pouhých 1,1 ppm.Oxid terbiatvoří méně než 0,01 % celkového množství vzácných zemin. Dokonce i v těžkých rudách vzácných zemin s vysokým obsahem yttria a nejvyšším obsahem terbia tvoří obsah terbia pouze 1,1–1,2 % z celkového množstvívzácné zeminy, což naznačuje, že patří do „ušlechtilé“ kategorievzácné zeminyprvky. Po více než 100 let od objevu terbia v roce 1843 jeho vzácnost a hodnota dlouho bránily jeho praktickému využití. Teprve v posledních 30 letechterbiumukázal svůj jedinečný talent.
Objevování historie
Švédský chemik Carl Gustaf Mosander objevil terbium v roce 1843. Objevil jeho nečistoty voxid yttritýaY2O3. Yttriumje pojmenováno po vesnici Itby ve Švédsku. Před vznikem technologie iontové výměny nebylo terbium izolováno v čisté formě.
Mossander se nejprve rozděliloxid yttritýdo tří částí, všechny pojmenované po rudách:oxid yttritý, oxid erbiaaoxid terbia. Oxid terbiapůvodně se skládal z růžové části, a to díky prvku, který je nyní známý jakoerbium. Oxid erbia(včetně toho, čemu dnes říkáme terbium) byl původně bezbarvou součástí roztoku. Nerozpustný oxid tohoto prvku je považován za hnědý.
Pozdější pracovníci zjistili, že je obtížné pozorovat drobné bezbarvé „oxid erbia„ale rozpustnou růžovou část nelze ignorovat. Debata o existencioxid erbiase opakovaně objevoval. V chaosu byl původní název obrácen a záměna názvů uvízla, takže růžová část byla nakonec zmíněna jako roztok obsahující erbium (v roztoku bylo růžové). Nyní se předpokládá, že pracovníci, kteří používají disulfid sodný nebo síran draselný k odstranění oxidu ceričitého zoxid yttritýneúmyslně se otočitterbiumna sraženiny obsahující cer. V současnosti známý jakoterbium', pouze asi 1 % origináluoxid yttritýje přítomen, ale to stačí k přenosu světle žluté barvy naoxid yttritýProto,terbiumje sekundární komponenta, která ji původně obsahovala, a je řízena svými bezprostředními sousedy,gadoliniumadysprosium.
Poté, kdykoli ostatnívzácné zeminyprvky byly z této směsi odděleny bez ohledu na podíl oxidu, název terbium byl zachován až do konečného vzniku hnědého oxiduterbiumbyl získán v čisté formě. Vědci v 19. století nepoužívali technologii ultrafialové fluorescence k pozorování jasně žlutých nebo zelených uzlíků (III), což usnadňovalo rozpoznání terbia v pevných směsích nebo roztocích.
Elektronová konfigurace
Elektronické rozvržení:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
Elektronické uspořádáníterbiumje [Xe] 6s24f9. Normálně lze odstranit pouze tři elektrony, než se jaderný náboj stane příliš velkým na to, aby byl dále ionizován. V případěterbium, polonaplněnýterbiumumožňuje další ionizaci čtvrtého elektronu v přítomnosti velmi silného oxidačního činidla, jako je plynný fluor.
Kov
Terbiumje stříbrnobílý kov vzácných zemin s tvárností, houževnatostí a měkkostí, který lze řezat nožem. Teplota tání 1360 ℃, bod varu 3123 ℃, hustota 8229,4 kg/m3. Ve srovnání s ranými lanthanoidy je na vzduchu relativně stabilní. Devátý prvek lanthanoidů, terbium, je vysoce nabitý kov, který reaguje s vodou za vzniku vodíku.
V přírodě,terbiumNikdy nebyl nalezen jako volný prvek, přítomný v malém množství ve fosforečno-ceričitém thoriovém písku a křemíkovo-beryliovo-ytriové rudě.TerbiumKoexistuje s dalšími prvky vzácných zemin v monazitovém písku, s obecně 0,03% obsahem terbia. Mezi další zdroje patří fosforečnan yttritý a zlato vzácných zemin, které jsou směsmi oxidů obsahujících až 1 % terbia.
Aplikace
AplikaceterbiumVětšinou se jedná o high-tech oblasti, což jsou technologicky a znalostně náročné špičkové projekty, jakož i projekty s významnými ekonomickými přínosy a atraktivními rozvojovými vyhlídkami.
Mezi hlavní oblasti použití patří:
(1) Používá se ve formě směsi vzácných zemin. Používá se například jako komplexní hnojivo na bázi vzácných zemin a krmná přísada pro zemědělství.
(2) Aktivátor pro zelený prášek ve třech primárních fluorescenčních prášcích. Moderní optoelektronické materiály vyžadují použití tří základních barev fosforů, a to červené, zelené a modré, které lze použít k syntéze různých barev. Aterbiumje nepostradatelnou součástí mnoha vysoce kvalitních zelených fluorescenčních prášků.
(3) Používá se jako magnetooptický paměťový materiál. Tenké filmy amorfní slitiny terbia a přechodného kovu se používají k výrobě vysoce výkonných magnetooptických disků.
(4) Výroba magnetooptického skla. Faradayovo rotační sklo obsahující terbium je klíčovým materiálem pro výrobu rotátorů, izolátorů a cirkulátorů v laserové technologii.
(5) Vývoj a uplatňování feromagnetostrikční slitiny terbium-dysprosium (TerFenol) otevřelo terbiu nové možnosti využití.
Pro zemědělství a chov zvířat
Vzácné zeminyterbiummůže zlepšit kvalitu plodin a zvýšit rychlost fotosyntézy v určitém koncentračním rozmezí. Komplexy terbia mají vysokou biologickou aktivitu a ternární komplexyterbium, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, mají dobré antibakteriální a baktericidní účinky na Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis a Escherichia coli se širokospektrými antibakteriálními vlastnostmi. Studium těchto komplexů poskytuje nový směr výzkumu moderních baktericidních léčiv.
Používá se v oblasti luminiscence
Moderní optoelektronické materiály vyžadují použití tří základních barev fosforů, a to červené, zelené a modré, které lze použít k syntéze různých barev. Terbium je nepostradatelnou součástí mnoha vysoce kvalitních zelených fluorescenčních prášků. Pokud zrod barevných televizorů s červeným fluorescenčním práškem na bázi vzácných zemin stimuloval poptávku po...yttriumaeuropium, poté aplikace a vývoj terbia podpořil tříbarevný zelený fluorescenční prášek vzácných zemin pro lampy. Na začátku 80. let 20. století společnost Philips vynalezla první kompaktní energeticky úspornou zářivku na světě a rychle ji propagovala po celém světě. Ionty Tb3+ mohou emitovat zelené světlo s vlnovou délkou 545 nm a téměř všechny zelené fluorescenční prášky vzácných zemin používajíterbium, jako aktivátor.
Zelený fluorescenční prášek používaný pro barevné televizory s katodovou trubicí (CRT) byl vždy založen především na levném a účinném sulfidu zinečnatém, ale terbiový prášek se vždy používal jako zelený prášek pro projekční barevné televizory, jako například Y2SiO5:Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12:Tb3+ a LaOBr:Tb3+. S rozvojem velkoplošných televizorů s vysokým rozlišením (HDTV) se vyvíjejí i vysoce výkonné zelené fluorescenční prášky pro CRT. Například v zahraničí byl vyvinut hybridní zelený fluorescenční prášek sestávající z Y3 (Al, Ga) 5O12:Tb3+, LaOCl:Tb3+ a Y2SiO5:Tb3+, které mají vynikající luminiscenční účinnost při vysoké proudové hustotě.
Tradičním rentgenovým fluorescenčním práškem je wolframan vápenatý. V 70. a 80. letech 20. století byly vyvinuty fluorescenční prášky vzácných zemin pro senzibilizační screening, jako napříkladterbium,aktivovaný oxid sulfidu lanthanu, terbiem aktivovaný oxid bromidu lanthanu (pro zelené obrazovky) a terbiem aktivovaný oxid sulfidu yttritého. Ve srovnání s wolframanem vápenatým může fluorescenční prášek vzácných zemin zkrátit dobu rentgenového ozáření pacientů o 80 %, zlepšit rozlišení rentgenových filmů, prodloužit životnost rentgenových trubic a snížit spotřebu energie. Terbium se také používá jako aktivátor fluorescenčního prášku pro lékařské rentgenové zesilovací obrazovky, což může výrazně zlepšit citlivost převodu rentgenového záření na optické obrazy, zlepšit jasnost rentgenových filmů a výrazně snížit expoziční dávku rentgenového záření pro lidské tělo (o více než 50 %).
TerbiumPoužívá se také jako aktivátor v bílém LED fosforu buzeném modrým světlem pro nové polovodičové osvětlení. Lze jej použít k výrobě terbiovo-hliníkových magnetooptických krystalových fosforů s použitím modrých světelných diod jako excitačních zdrojů světla a generovaná fluorescence se smíchá s excitačním světlem za vzniku čistě bílého světla.
Elektroluminiscenční materiály vyrobené z terbia zahrnují hlavně zelený fluorescenční prášek sulfidu zinečnatého sterbiumjako aktivátor. Za ultrafialového záření mohou organické komplexy terbia emitovat silnou zelenou fluorescenci a lze je použít jako tenkovrstvé elektroluminiscenční materiály. Ačkoli bylo dosaženo významného pokroku ve studiuvzácné zeminyU tenkých elektroluminiscenčních vrstev s organickými komplexy stále existuje určitá mezera v praxi a výzkum tenkých vrstev a zařízení s elektroluminiscenčními komplexy organických komplexů vzácných zemin je stále v plném proudu.
Fluorescenční charakteristiky terbia se také používají jako fluorescenční sondy. Interakce mezi komplexem ofloxacinu a terbia (Tb3+) a deoxyribonukleovou kyselinou (DNA) byla studována pomocí fluorescenčních a absorpčních spekter, jako je fluorescenční sonda ofloxacinu terbia (Tb3+). Výsledky ukázaly, že sonda ofloxacinu Tb3+ může tvořit vazbu drážky s molekulami DNA a deoxyribonukleová kyselina může významně zesílit fluorescenci systému ofloxacinu Tb3+. Na základě této změny lze stanovit deoxyribonukleovou kyselinu.
Pro magnetooptické materiály
Materiály s Faradayovým jevem, známé také jako magnetooptické materiály, se široce používají v laserech a dalších optických zařízeních. Existují dva běžné typy magnetooptických materiálů: magnetooptické krystaly a magnetooptické sklo. Mezi nimi mají magnetooptické krystaly (jako je yttrium-železitý granát a terbium-galliový granát) výhody nastavitelné provozní frekvence a vysoké tepelné stability, ale jsou drahé a obtížně se vyrábějí. Kromě toho má mnoho magnetooptických krystalů s vysokými Faradayovými úhly rotace vysokou absorpci v rozsahu krátkých vln, což omezuje jejich použití. Ve srovnání s magnetooptickými krystaly má magnetooptické sklo výhodu vysoké propustnosti a snadno se z něj vyrábějí velké bloky nebo vlákna. V současné době jsou magnetooptická skla s vysokým Faradayovým jevem převážně skla dopovaná ionty vzácných zemin.
Používá se pro magnetooptické paměťové materiály
V posledních letech, s rychlým rozvojem multimédií a kancelářské automatizace, roste poptávka po nových magnetických discích s vysokou kapacitou. Tenké filmy amorfních slitin kovů a terbia s přechodnými kovy se používají k výrobě vysoce výkonných magnetooptických disků. Mezi nimi má tenký film ze slitiny TbFeCo nejlepší výkon. Magnetooptické materiály na bázi terbia se vyrábějí ve velkém měřítku a magnetooptické disky z nich vyrobené se používají jako součásti počítačových úložišť, přičemž úložná kapacita se zvyšuje 10–15krát. Mají výhody velké kapacity a vysoké rychlosti přístupu a při použití pro optické disky s vysokou hustotou je lze otírat a potahovat desetitisícekrát. Jsou důležitými materiály v technologii elektronického ukládání informací. Nejčastěji používaným magnetooptickým materiálem ve viditelném a blízkém infračerveném pásmu je monokrystal terbium-gallium-granát (TGG), který je nejlepším magnetooptickým materiálem pro výrobu Faradayových rotátorů a izolátorů.
Pro magnetooptické sklo
Faradayovo magnetooptické sklo má dobrou průhlednost a izotropii ve viditelné a infračervené oblasti a může vytvářet různé složité tvary. Snadno se z něj vyrábějí velké produkty a lze jej táhnout do optických vláken. Proto má široké uplatnění v magnetooptických zařízeních, jako jsou magnetooptické izolátory, magnetooptické modulátory a senzory proudu z optických vláken. Díky velkému magnetickému momentu a malému absorpčnímu koeficientu ve viditelné a infračervené oblasti se ionty Tb3+ staly běžně používanými ionty vzácných zemin v magnetooptických sklech.
Ferromagnetostrikční slitina terbia a dysprosia
Na konci 20. století, s neustálým prohlubováním světové technologické revoluce, se rychle objevovaly nové materiály pro použití s vzácnými zeminami. V roce 1984 spolupracovaly Iowská státní univerzita, Amesova laboratoř amerického ministerstva energetiky a Výzkumné centrum pro povrchové zbraně amerického námořnictva (odkud vzešel hlavní personál později založené korporace Edge Technology Corporation (ET REMA)) na vývoji nového inteligentního materiálu pro vzácné zeminy, konkrétně feromagnetického magnetostrikčního materiálu terbium-dysprosium. Tento nový inteligentní materiál má vynikající vlastnosti pro rychlou přeměnu elektrické energie na mechanickou energii. Podvodní a elektroakustické měniče vyrobené z tohoto obřího magnetostrikčního materiálu byly úspěšně konfigurovány v námořním vybavení, reproduktorech pro detekci ropných vrtů, systémech pro regulaci hluku a vibrací a systémech pro průzkum oceánů a podzemní komunikaci. Proto se obří magnetostrikční materiál terbium-dysprosium-železo, jakmile se zrodil, dostal široké pozornosti industrializovaných zemí po celém světě. Společnost Edge Technologies ve Spojených státech začala vyrábět obří magnetostrikční materiály na bázi terbia a dysprosia v roce 1989 a pojmenovala je Terfenol D. Následně tyto obří magnetostrikční materiály vyvinuly také Švédsko, Japonsko, Rusko, Spojené království a Austrálie.
Z historie vývoje tohoto materiálu ve Spojených státech vyplývá, že jak vynález materiálu, tak jeho rané monopolní aplikace přímo souvisí s vojenským průmyslem (například s námořnictvem). Ačkoli čínské vojenské a obranné složky postupně prohlubují své znalosti o tomto materiálu, s výrazným posílením komplexní národní síly Číny bude poptávka po dosažení vojenské konkurenceschopné strategie 21. století a zlepšení úrovně vybavení rozhodně velmi naléhavá. Proto bude rozšířené používání obřích magnetostrikčních materiálů na bázi terbia a dysprosia ze strany armády a národních obranných složek historickou nutností.
Stručně řečeno, mnoho vynikajících vlastnostíterbiumDíky tomu je terbium nepostradatelným prvkem mnoha funkčních materiálů a v některých aplikačních oblastech má nezastupitelné místo. Vzhledem k vysoké ceně terbia se však lidé zabývají tím, jak se vyhnout jeho používání a minimalizovat ho, aby se snížily výrobní náklady. Například magnetooptické materiály vzácných zemin by měly také využívat nízkonákladové technologie.dysprosium železokobalt nebo gadolinium terbium kobalt co nejvíce; Snažte se co nejvíce snížit obsah terbia v zeleném fluorescenčním prášku, který musí být použit. Cena se stala důležitým faktorem omezujícím široké použitíterbiumMnoho funkčních materiálů se bez něj ale neobejde, takže se musíme držet zásady „používání kvalitní oceli na čepeli“ a snažit se ušetřit na používání...terbiumco nejvíce.
Čas zveřejnění: 25. října 2023