Terbispriklauso sunkiųjų kategorijairetųjų žemių, kurio gausa žemės plutoje yra tik 1,1 ppm. Terbio oksidas sudaro mažiau nei 0,01% visų retųjų žemių elementų. Netgi didelio itrio jonų tipo sunkiojoje retųjų žemių rūdoje, kurioje yra didžiausias terbio kiekis, terbio kiekis sudaro tik 1,1–1,2% viso retųjų žemių kiekio, o tai rodo, kad jis priklauso „kilniųjų“ retųjų žemių elementų kategorijai. Daugiau nei 100 metų nuo terbio atradimo 1843 m., jo trūkumas ir vertė ilgą laiką trukdė jį praktiškai pritaikyti. Tik per pastaruosius 30 metų terbis parodė savo unikalų talentą.
Istorijos atradimas
Švedų chemikas Carlas Gustafas Mosanderis 1843 m. atrado terbį. Jis rado jo priemaišųItrio (III) oksidasirY2O3. Itris pavadintas Švedijos Iterbio kaimo vardu. Prieš atsirandant jonų mainų technologijai, terbis nebuvo išskirtas gryna forma.
Mosant pirmiausia padalijo itrio (III) oksidą į tris dalis, visas pavadintas rūdų vardais: itrio (III) oksidas,Erbio(III) oksidasir terbio oksidas. Terbio oksidas iš pradžių buvo sudarytas iš rausvos dalies dėl elemento, dabar žinomo kaip erbis. „Erbio (III) oksidas“ (įskaitant tai, ką dabar vadiname terbiu) iš pradžių buvo iš esmės bespalvė tirpalo dalis. Netirpus šio elemento oksidas laikomas rudu.
Vėliau darbininkai vargu ar galėjo pastebėti mažytį bespalvį „Erbio(III) oksidą“, tačiau nebuvo galima ignoruoti ir tirpios rausvos dalies. Diskusijos apie erbio (III) oksido egzistavimą ne kartą kilo. Chaose pradinis pavadinimas buvo apverstas, o keitimasis vardais įstrigo, todėl rožinė dalis galiausiai buvo paminėta kaip tirpalas, kuriame yra erbio (tirpate jis buvo rausvas). Dabar manoma, kad darbuotojai, vartojantys natrio bisulfatą arba kalio sulfatą, vartojaCerio (IV) oksidasiš itrio (III) oksido ir netyčia paverčia terbį nuosėdomis, kuriose yra cerio. Tik apie 1% pradinio itrio (III) oksido, dabar žinomo kaip „terbis“, pakanka, kad itrio (III) oksidas taptų gelsva spalva. Todėl terbis yra antrinis komponentas, kuriame jis iš pradžių buvo, ir jį kontroliuoja artimiausi kaimynai – gadolinis ir disprosis.
Vėliau, kai iš šio mišinio buvo atskirti kiti retųjų žemių elementai, neatsižvelgiant į oksido proporciją, terbio pavadinimas buvo išlaikytas, kol galiausiai buvo gautas rudas terbio oksidas gryna forma. Tyrėjai XIX amžiuje nenaudojo ultravioletinės fluorescencijos technologijos ryškiai geltoniems ar žalsviems mazgeliams (III) stebėti, todėl terbį buvo lengviau atpažinti kietuose mišiniuose ar tirpaluose.
Elektronų konfigūracija
Elektronų konfigūracija:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
Terbio elektronų konfigūracija yra [Xe] 6s24f9. Paprastai galima pašalinti tik tris elektronus, kol branduolinis krūvis tampa per didelis, kad jį būtų galima toliau jonizuoti, tačiau terbio atveju, pusiau užpildytas terbis leidžia toliau jonizuoti ketvirtąjį elektroną, esant labai stipriems oksidatoriams, tokiems kaip fluoro dujos.
Terbis yra sidabro baltumo retųjų žemių metalas, pasižymintis lankstumu, kietumu ir minkštumu, kurį galima pjauti peiliu. Lydymosi temperatūra 1360 ℃, virimo temperatūra 3123 ℃, tankis 8229 4kg/m3. Palyginti su ankstyvuoju lantanidu, jis yra gana stabilus ore. Kaip devintasis lantanido elementas, terbis yra metalas, turintis stiprią elektrą. Jis reaguoja su vandeniu, sudarydamas vandenilį.
Gamtoje terbis niekada nebuvo rastas kaip laisvas elementas, kurio nedidelis kiekis yra phosphocerium torio smėlyje ir gadolinite. Terbis egzistuoja kartu su kitais retųjų žemių elementais monazito smėlyje, kuriame paprastai yra 0,03 % terbio. Kiti šaltiniai yra ksenotimas ir juodosios retos aukso rūdos, kurios abu yra oksidų mišiniai ir turi iki 1 % terbio.
Taikymas
Terbio taikymas dažniausiai apima aukštųjų technologijų sritis, kurios yra imlūs technologijoms ir žinioms imlūs pažangiausi projektai, taip pat didelę ekonominę naudą teikiantys projektai su patraukliomis plėtros perspektyvomis.
Pagrindinės taikymo sritys apima:
(1) Naudojamas mišrių retųjų žemių elementų pavidalu. Pavyzdžiui, jis naudojamas kaip retųjų žemių kompleksinės trąšos ir pašarų priedas žemės ūkyje.
(2) Žaliųjų miltelių aktyvatorius trijuose pirminiuose fluorescenciniuose milteliuose. Šiuolaikinėms optoelektroninėms medžiagoms reikia naudoti tris pagrindines fosforo spalvas, būtent raudoną, žalią ir mėlyną, kurios gali būti naudojamos įvairioms spalvoms sintetinti. O terbis yra nepakeičiamas daugelio aukštos kokybės žaliai fluorescencinių miltelių komponentas.
(3) Naudojama kaip magnetinė optinė saugojimo medžiaga. Amorfinio metalo terbio pereinamojo metalo lydinio plonos plėvelės buvo naudojamos didelio našumo magneto-optiniams diskams gaminti.
(4) Magnetinio optinio stiklo gamyba. Faradėjaus rotacinis stiklas, kuriame yra terbio, yra pagrindinė medžiaga gaminant rotatorius, izoliatorius ir cirkuliacinius siurblius naudojant lazerines technologijas.
(5) Terbio disprozio feromagnetostrikcinio lydinio (TerFenol) kūrimas ir plėtra atvėrė naujas terbio pritaikymo galimybes.
Žemės ūkiui ir gyvulininkystei
Retųjų žemių terbis gali pagerinti pasėlių kokybę ir padidinti fotosintezės greitį tam tikroje koncentracijos diapazone. Terbio kompleksai pasižymi dideliu biologiniu aktyvumu. Terbio kompleksai Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3 · 3H2O turi gerą antibakterinį ir baktericidinį poveikį Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis ir Escherichia coli. Jie turi platų antibakterinį spektrą. Tokių kompleksų tyrimas suteikia naują šiuolaikinių baktericidinių vaistų tyrimų kryptį.
Naudojamas liuminescencijos srityje
Šiuolaikinėms optoelektroninėms medžiagoms reikia naudoti tris pagrindines fosforo spalvas, būtent raudoną, žalią ir mėlyną, kurios gali būti naudojamos įvairioms spalvoms sintetinti. O terbis yra nepakeičiamas daugelio aukštos kokybės žaliai fluorescencinių miltelių komponentas. Jei retųjų žemių spalvotų TV raudonų fluorescencinių miltelių atsiradimas paskatino itrio ir europio paklausą, tai terbio pritaikymą ir plėtrą paskatino trijų pagrindinių spalvų žalios spalvos fluorescenciniai lempoms skirti milteliai. Devintojo dešimtmečio pradžioje „Philips“ išrado pirmąją pasaulyje kompaktišką energiją taupančią fluorescencinę lempą ir greitai ją išpopuliarino visame pasaulyje. Tb3+ jonai gali skleisti žalią šviesą, kurios bangos ilgis yra 545 nm, o beveik visi retųjų žemių žali fosforai naudoja terbį kaip aktyvatorių.
Spalvoto televizoriaus katodinių spindulių vamzdžio (CRT) žalias fosforas visada buvo pagrįstas cinko sulfidu, kuris yra pigus ir efektyvus, tačiau terbio milteliai visada buvo naudojami kaip žalias fosforas projekciniam spalvotam televizoriui, įskaitant Y2SiO5 ∶ Tb3+, Y3 ( Al, Ga) 5O12 ∶ Tb3+ ir LaOBr ∶ Tb3+. Kuriant didelio ekrano didelės raiškos televizorių (HDTV), taip pat kuriami aukštos kokybės žaliai fluorescenciniai milteliai, skirti CRT. Pavyzdžiui, užsienyje buvo sukurti hibridiniai žalios spalvos fluorescenciniai milteliai, susidedantys iš Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+ ir Y2SiO5: Tb3+, pasižymintys puikiu liuminescencijos efektyvumu esant dideliam srovės tankiui.
Tradiciniai rentgeno fluorescenciniai milteliai yra kalcio volfratas. Aštuntajame ir devintajame dešimtmečiuose buvo sukurti retųjų žemių fosforai, skirti sustiprinti ekranus, pavyzdžiui, terbiu aktyvuota siera Lantano oksidas, terbiu aktyvuotas bromas Lantano oksidas (žaliajam ekranui), terbiu aktyvuota siera Itrio (III) oksidas ir kt. Palyginti su kalciu. retųjų žemių fluorescenciniai milteliai gali sutrumpinti laiką Rentgeno spinduliuotė pacientams 80%, pagerina rentgeno filmų skiriamąją gebą, pailgina rentgeno vamzdelių tarnavimo laiką ir sumažina energijos sąnaudas. Terbis taip pat naudojamas kaip fluorescencinis miltelių aktyvatorius medicininiams rentgeno spindulių stiprinimo ekranams, kurie gali labai pagerinti rentgeno spindulių pavertimo optiniais vaizdais jautrumą, pagerinti rentgeno filmų aiškumą ir žymiai sumažinti rentgeno spindulių ekspozicijos dozę. spinduliai į žmogaus kūną (daugiau nei 50%).
Terbis taip pat naudojamas kaip baltos šviesos diodų fosforo, sužadinto mėlyna šviesa, aktyvatorius naujam puslaidininkiniam apšvietimui. Jis gali būti naudojamas gaminant terbio aliuminio magnetinius optinius kristalinius fosforus, naudojant mėlyną šviesą skleidžiančius diodus kaip sužadinimo šviesos šaltinius, o sukurta fluorescencija sumaišoma su sužadinimo šviesa, kad būtų gauta gryna balta šviesa.
Elektroliuminescencinės medžiagos, pagamintos iš terbio, daugiausia apima cinko sulfido žalią fosforą, kurio aktyvatorius yra terbis. Apšvitinant ultravioletiniais spinduliais, organiniai terbio kompleksai gali skleisti stiprią žalią fluorescenciją ir gali būti naudojami kaip plonasluoksnės elektroliuminescencinės medžiagos. Nors buvo padaryta didelė pažanga tiriant retųjų žemių organinių kompleksų elektroliuminescencines plonas plėveles, vis dar yra tam tikras atotrūkis nuo praktiškumo, o retųjų žemių organinių kompleksų elektroliuminescencinių plonų plėvelių ir prietaisų tyrimai vis dar yra gilūs.
Terbio fluorescencinės charakteristikos taip pat naudojamos kaip fluorescenciniai zondai. Pavyzdžiui, Ofloksacino terbio (Tb3+) fluorescencinis zondas buvo naudojamas tiriant Ofloksacino terbio (Tb3+) komplekso ir DNR (DNR) sąveiką pagal fluorescencijos spektrą ir absorbcijos spektrą, o tai rodo, kad Ofloksacino Tb3+ zondas gali sudaryti griovelį surišant DNR molekules. ir DNR gali žymiai sustiprinti ofloksacino fluorescenciją Tb3+ sistema. Remiantis šiuo pokyčiu, galima nustatyti DNR.
Magnetinėms optinėms medžiagoms
Medžiagos su Faradėjaus efektu, taip pat žinomos kaip magneto-optinės medžiagos, plačiai naudojamos lazeriuose ir kituose optiniuose įrenginiuose. Yra du įprasti magnetinių optinių medžiagų tipai: magnetiniai optiniai kristalai ir magnetinis optinis stiklas. Tarp jų magneto-optiniai kristalai (tokie kaip itrio geležies granatas ir terbio galio granatas) turi reguliuojamo veikimo dažnio ir didelio terminio stabilumo privalumus, tačiau jie yra brangūs ir sunkiai gaminami. Be to, daugelis magneto-optinių kristalų su dideliu Faradėjaus sukimosi kampu turi didelę absorbciją trumpųjų bangų diapazone, o tai riboja jų naudojimą. Palyginti su magnetiniais optiniais kristalais, magnetinio optinio stiklo pranašumas yra didelis pralaidumas ir jį lengva pagaminti į didelius blokus ar pluoštus. Šiuo metu magneto-optiniai stiklai su dideliu Faradėjaus efektu daugiausia yra retųjų žemių jonų legiruoti stiklai.
Naudojamas magnetinio optinio laikymo medžiagoms
Pastaraisiais metais sparčiai tobulėjant multimedijos ir biuro automatizavimui, didėja naujų didelės talpos magnetinių diskų paklausa. Amorfinio metalo terbio pereinamojo metalo lydinio plėvelės buvo naudojamos didelio našumo magneto-optiniams diskams gaminti. Tarp jų TbFeCo lydinio plona plėvelė pasižymi geriausiomis savybėmis. Magneto-optinės medžiagos terbio pagrindu gaminamos dideliu mastu, o iš jų pagaminti magnetooptiniai diskai naudojami kaip kompiuterio saugojimo komponentai, kurių talpa padidinta 10-15 kartų. Jie turi didelės talpos ir greitos prieigos privalumus, o naudojant didelio tankio optiniams diskams juos galima nuvalyti ir padengti dešimtis tūkstančių kartų. Jie yra svarbios elektroninės informacijos saugojimo technologijos medžiagos. Dažniausiai naudojama magneto-optinė medžiaga matomoje ir artimoje infraraudonųjų spindulių juostose yra terbio galio granato (TGG) monokristalas, kuris yra geriausia magneto-optinė medžiaga Faradėjaus rotatoriams ir izoliatoriams gaminti.
Magnetiniam optiniam stiklui
Faradėjaus magnetinis optinis stiklas turi gerą skaidrumą ir izotropiją matomoje ir infraraudonųjų spindulių srityse ir gali sudaryti įvairias sudėtingas formas. Lengva gaminti didelio dydžio gaminius, juos galima įtraukti į optinius pluoštus. Todėl jis turi plačias taikymo galimybes magnetiniuose optiniuose įrenginiuose, tokiuose kaip magnetiniai optiniai izoliatoriai, magnetiniai optiniai moduliatoriai ir šviesolaidinės srovės jutikliai. Dėl didelio magnetinio momento ir mažo sugerties koeficiento matomame ir infraraudonųjų spindulių diapazone Tb3+ jonai tapo plačiai naudojami retųjų žemių jonai magnetiniuose optiniuose stikluose.
Terbio disprozio feromagnetostrikcinis lydinys
XX amžiaus pabaigoje, gilėjant pasaulinei mokslo ir technologijų revoliucijai, sparčiai atsiranda naujų retųjų žemių taikomųjų medžiagų. 1984 m. JAV Ajovos valstijos universitetas, JAV Energetikos departamento Ames laboratorija ir JAV karinio jūrų laivyno paviršinių ginklų tyrimų centras (pagrindinis vėliau įkurtos American Edge Technology Company (ET REMA) personalas buvo kilę iš centras) kartu sukūrė naują retųjų žemių išmaniąją medžiagą, būtent terbio disprozio geležies milžinišką magnetostrikcinę medžiagą. Ši nauja išmanioji medžiaga pasižymi puikiomis savybėmis greitai paversti elektros energiją mechanine energija. Povandeniniai ir elektroakustiniai keitikliai, pagaminti iš šios milžiniškos magnetostrikcinės medžiagos, buvo sėkmingai sukonfigūruoti laivyno įrangoje, naftos gręžinių aptikimo garsiakalbiuose, triukšmo ir vibracijos valdymo sistemose, vandenynų tyrinėjimo ir požeminėse komunikacijų sistemose. Todėl vos tik gimusi terbio disprozio geležies milžiniška magnetostrikcinė medžiaga, ji sulaukė didelio dėmesio iš viso pasaulio pramoninių šalių. „Edge Technologies“ JAV pradėjo gaminti terbio disprosio geležies milžiniškas magnetostrikcines medžiagas 1989 m. ir pavadino jas Terfenoliu D. Vėliau Švedija, Japonija, Rusija, Jungtinė Karalystė ir Australija taip pat sukūrė terbio disprozio geležies milžiniškas magnetostrikcines medžiagas.
Iš šios medžiagos kūrimo istorijos JAV, tiek medžiagos išradimas, tiek ankstyvieji monopoliniai pritaikymai yra tiesiogiai susiję su karine pramone (pavyzdžiui, laivynu). Nors Kinijos kariniai ir gynybos departamentai po truputį stiprina šios medžiagos supratimą. Tačiau Kinijos visapusei nacionalinei galiai gerokai padidėjus, reikalavimai karinės konkurencinės strategijos įgyvendinimui XXI amžiuje ir įrangos lygiui gerinti tikrai bus labai skubūs. Todėl plačiai paplitęs terbio disprozio geležies milžiniškų magnetostrikcinių medžiagų naudojimas karo ir krašto apsaugos departamentuose bus istorinė būtinybė.
Trumpai tariant, dėl daugybės puikių terbio savybių jis yra nepakeičiamas daugelio funkcinių medžiagų narys ir nepakeičiama padėtis kai kuriose taikymo srityse. Tačiau dėl didelės terbio kainos žmonės tiria, kaip išvengti ir kuo labiau sumažinti terbio naudojimą, siekiant sumažinti gamybos sąnaudas. Pavyzdžiui, retųjų žemių magneto-optinės medžiagos taip pat turėtų kuo daugiau naudoti pigaus disprozio geležies kobalto arba gadolinio terbio kobalto; Stenkitės sumažinti terbio kiekį žaliuose fluorescenciniuose milteliuose, kuriuos būtina naudoti. Kaina tapo svarbiu veiksniu, ribojančiu platų terbio naudojimą. Tačiau daugelis funkcinių medžiagų neapsieina be jo, todėl turime laikytis principo „naudoti gerą plieną ant ašmenų“ ir stengtis kiek įmanoma taupyti terbio naudojimą.
Paskelbimo laikas: 2023-05-05