Terbispriklauso sunkiųjų kategorijairetųjų žemių elementų, kurio Žemės plutoje yra mažai – tik 1,1 ppm. Terbio oksidas sudaro mažiau nei 0,01 % visų retųjų žemių elementų. Net ir didelio itrio jonų kiekio sunkiųjų retųjų žemių rūdoje, kurioje yra didžiausias terbio kiekis, terbio kiekis sudaro tik 1,1–1,2 % visų retųjų žemių elementų, o tai rodo, kad ji priklauso „tauriųjų“ retųjų žemių elementų kategorijai. Jau daugiau nei 100 metų nuo terbio atradimo 1843 m. jo retumas ir vertė ilgą laiką neleido jį praktiškai pritaikyti. Tik per pastaruosius 30 metų terbis parodė savo unikalų talentą.
Istorijos atradimas
Švedų chemikas Carlas Gustafas Mosanderis atrado terbį 1843 m. Jis rado jo priemaišųItrio(III) oksidasirY2O3Itris pavadintas Švedijos Iterbio kaimo vardu. Prieš atsirandant jonų mainų technologijai, terbis nebuvo išskirtas gryna forma.
Mozantas pirmasis itrio(III) oksidą padalijo į tris dalis, kurios visos buvo pavadintos 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.
Vėlesni tyrėjai vos galėjo pastebėti mažytį bespalvį „erbio(III) oksidą“, tačiau tirpios rausvos dalies nebuvo galima ignoruoti. Diskusijos apie erbio(III) oksido egzistavimą kilo ne kartą. Dėl chaoso pirminis pavadinimas buvo apverstas ir pavadinimų keitimas įstrigo, todėl rausva dalis galiausiai buvo paminėta kaip tirpalas, kuriame yra erbio (tirpale ji buvo rausvos spalvos). Dabar manoma, kad tyrėjai, naudojantys natrio bisulfatą arba kalio sulfatą, vartoja...Cerio (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 įgautų gelsvą spalvą. Todėl terbis yra antrinis komponentas, kuriame jis iš pradžių buvo, ir jį kontroliuoja artimiausi kaimynai – gadolinis ir disprozis.
Vėliau, kai iš šio mišinio buvo atskiriami kiti retųjų žemių elementai, neatsižvelgiant į oksido dalį, terbio pavadinimas buvo išlaikytas, kol galiausiai buvo gautas grynas rudasis terbio oksidas. XIX amžiaus tyrėjai nenaudojo ultravioletinės fluorescencijos technologijos ryškiai geltoniems arba žaliems (III) mazgeliams 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]₆₀₈₄f₇. Paprastai galima pašalinti tik tris elektronus, kol branduolio krūvis tampa per didelis, kad būtų galima toliau jonizuoti, tačiau terbio atveju pusiau užpildytas terbis leidžia ketvirtajam elektronui būti toliau jonizuotam esant labai stipriems oksidatoriams, tokiems kaip fluoro dujos.
Terbis yra sidabriškai baltas retųjų žemių metalas, pasižymintis tąsumu, tvirtumu ir minkštumu, kurį galima pjaustyti peiliu. Lydymosi temperatūra 1360 ℃, virimo temperatūra 3123 ℃, tankis 8229 4 kg/m3. Palyginti su ankstyvaisiais lantanidais, jis yra gana stabilus ore. Kaip devintasis lantanidų elementas, terbis yra metalas, turintis stiprią elektros krūvį. Jis reaguoja su vandeniu ir sudaro vandenilį.
Gamtoje terbis niekada nebuvo rastas laisvu elementu, nedidelis jo kiekis yra fosfocerio, torio smėlyje ir gadolinite. Monazito smėlyje terbis egzistuoja kartu su kitais retųjų žemių elementais, kurių kiekis paprastai sudaro 0,03 %. Kiti šaltiniai yra ksenotimas ir juodojo retojo aukso rūdos, kurios abi yra oksidų mišiniai ir kuriose yra iki 1 % terbio.
Paraiška
Terbis daugiausia naudojamas aukštųjų technologijų srityse, kurios yra technologiškai ir žiniomis pagrįsti pažangiausi projektai, taip pat projektai, teikiantys didelę ekonominę naudą ir patrauklias plėtros perspektyvas.
Pagrindinės taikymo sritys apima:
(1) Naudojamas retųjų žemių mišinių pavidalu. Pavyzdžiui, jis naudojamas kaip retųjų žemių sudėtinės trąšos ir pašarų priedas žemės ūkyje.
(2) Žaliųjų miltelių aktyvatorius trijuose pagrindiniuose fluorescenciniuose milteliuose. Šiuolaikinėms optoelektroninėms medžiagoms reikalingos trys pagrindinės fosforo spalvos: raudona, žalia ir mėlyna, kurios gali būti naudojamos įvairioms spalvoms sintetinti. Terbis yra nepakeičiamas daugelio aukštos kokybės žaliųjų fluorescencinių miltelių komponentas.
(3) Naudojama kaip magnetooptinio saugojimo medžiaga. Amorfinio metalo terbio pereinamojo metalo lydinio plonosios plėvelės buvo naudojamos gaminant didelio našumo magnetooptinius diskus.
(4) Magnetooptinio stiklo gamyba. Faradėjaus rotacinis stiklas, kurio sudėtyje yra terbio, yra pagrindinė medžiaga lazerinių technologijų rotatorių, izoliatorių ir cirkuliatorių gamybai.
(5) Terbio disprozio feromagnetostrikcinio lydinio (TerFenol) kūrimas ir tobulinimas atvėrė naujas terbio taikymo sritis.
Žemės ūkiui ir gyvulininkystei
Retųjų žemių terbis gali pagerinti pasėlių kokybę ir padidinti fotosintezės greitį tam tikrame koncentracijos diapazone. Terbio kompleksai pasižymi dideliu biologiniu aktyvumu. Terbio trinariai kompleksai, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3 · 3H2O, pasižymi geru antibakteriniu ir baktericidiniu poveikiu Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis ir Escherichia coli. Jie turi platų antibakterinį spektrą. Tokių kompleksų tyrimas suteikia naują tyrimų kryptį kuriant šiuolaikinius baktericidinius vaistus.
Naudojamas liuminescencijos srityje
Šiuolaikinėms optoelektroninėms medžiagoms reikalingos trijų pagrindinių spalvų fosforai: raudona, žalia ir mėlyna, kurie gali būti naudojami įvairioms spalvoms sintetinti. Terbis yra nepakeičiamas daugelio aukštos kokybės žalių fluorescencinių miltelių komponentas. Jei retųjų žemių spalvotų televizorių raudonų fluorescencinių miltelių atsiradimas paskatino itrio ir europio paklausą, tai terbio taikymą ir plėtrą paskatino retųjų žemių trijų pagrindinių spalvų žali fluorescenciniai milteliai lempoms. Devintojo dešimtmečio pradžioje „Philips“ išrado pirmąją pasaulyje kompaktišką energiją taupančią fluorescencinę lempą ir greitai ją išpopuliarino visame pasaulyje. Tb3+ jonai gali skleisti 545 nm bangos ilgio žalią šviesą, o beveik visi retųjų žemių žali fosforai naudoja terbį kaip aktyvatorių.
Žalias fosforas spalvotiems televizoriams katodinių spindulių kineskopams (CRT) visada buvo gaminamas iš cinko sulfido, kuris yra pigus ir efektyvus, tačiau terbio milteliai visada buvo naudojami kaip žalias fosforas projekciniams spalvotiems televizoriams, įskaitant Y2SiO5 ∶ Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12 ∶ Tb3+ ir LaOBr ∶ Tb3+. Tobulėjant didelio ekrano didelės raiškos televizoriams (HDTV), taip pat kuriami didelio našumo žali fluorescenciniai milteliai CRT. Pavyzdžiui, užsienyje buvo sukurti hibridiniai žali fluorescenciniai milteliai, sudaryti iš Y3 (Al, Ga) 5O12 : Tb3+, LaOCl : Tb3+ ir Y2SiO5 : Tb3+, kurie pasižymi puikiu liuminescencijos efektyvumu esant dideliam srovės tankiui.
Tradiciniai rentgeno spindulių fluorescenciniai milteliai yra kalcio volframatas. Aštuntajame ir devintajame dešimtmečiuose buvo sukurti retųjų žemių fosforai ekranams sustiprinti, tokie kaip terbiu aktyvuota siera su lantano oksidu, terbiu aktyvuota bromo lantano oksidu (žaliems ekranams), terbiu aktyvuota siera su itrio (III) oksidu ir kt. Palyginti su kalcio volframatu, retųjų žemių fluorescenciniai milteliai gali 80 % sutrumpinti pacientų rentgeno spindulių apšvitinimo laiką, pagerinti rentgeno juostų skiriamąją gebą, pailginti rentgeno spindulių vamzdelių tarnavimo laiką ir sumažinti energijos suvartojimą. Terbis taip pat naudojamas kaip fluorescencinių miltelių aktyvatorius medicininiuose rentgeno spindulių stiprinimo ekranuose, kuris gali gerokai pagerinti rentgeno spindulių konvertavimo į optinius vaizdus jautrumą, pagerinti rentgeno juostų aiškumą ir gerokai sumažinti rentgeno spindulių ekspozicijos dozę žmogaus organizmui (daugiau nei 50 %).
Terbis taip pat naudojamas kaip aktyvatorius balto LED fosforo, sužadinamo mėlyna šviesa, skirtoje naujam puslaidininkiniam apšvietimui. Jis gali būti naudojamas terbio aliuminio magnetooptinių kristalų fosforams gaminti, naudojant mėlynus šviesos diodus kaip sužadinimo šviesos šaltinius, o gauta fluorescencija sumaišoma su sužadinimo šviesa, kad būtų gauta gryna balta šviesa.
Iš terbio pagamintos elektroliuminescencinės medžiagos daugiausia sudarytos iš žaliojo cinko sulfido fosforo su terbiu kaip aktyvatoriumi. Ultravioletinio spinduliavimo metu organiniai terbio kompleksai gali skleisti stiprią žalią fluorescenciją ir gali būti naudojami kaip plonasluoksnės elektroliuminescencinės medžiagos. Nors retųjų žemių organinių kompleksų elektroliuminescencinių plonųjų plėvelių tyrimuose padaryta didelė pažanga, vis dar yra tam tikras atotrūkis nuo praktinio pritaikymo, o retųjų žemių organinių kompleksų elektroliuminescencinių plonųjų plėvelių ir įtaisų tyrimai vis dar yra nuodugnūs.
Terbio fluorescencijos charakteristikos taip pat naudojamos kaip fluorescenciniai zondai. Pavyzdžiui, ofloksacino terbio (Tb3+) fluorescencijos 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, jungiantis DNR molekules, o DNR gali žymiai sustiprinti ofloksacino Tb3+ sistemos fluorescenciją. Remiantis šiuo pokyčiu, galima nustatyti DNR.
Magnetooptinėms medžiagoms
Medžiagos su Faradėjaus efektu, dar vadinamos magnetooptinėmis medžiagomis, yra plačiai naudojamos lazeriuose ir kituose optiniuose įrenginiuose. Yra du įprasti magnetooptinių medžiagų tipai: magnetooptiniai kristalai ir magnetooptinis stiklas. Tarp jų magnetooptiniai kristalai (pvz., 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 magnetooptinių kristalų su dideliu Faradėjaus sukimosi kampu pasižymi didele sugertimi trumpųjų bangų diapazone, o tai riboja jų naudojimą. Palyginti su magnetooptiniais kristalais, magnetooptinis stiklas turi didelį pralaidumą ir jį lengva pagaminti į didelius blokus arba pluoštus. Šiuo metu magnetooptiniai stiklai su dideliu Faradėjaus efektu daugiausia yra retųjų žemių jonų legiruoti stiklai.
Naudojamas magnetooptinėms saugojimo medžiagoms
Pastaraisiais metais, sparčiai vystantis multimedijos ir biuro automatizavimui, didėja naujų didelės talpos magnetinių diskų paklausa. Amorfinio metalo terbio pereinamųjų metalų lydinių plėvelės buvo naudojamos didelio našumo magnetooptiniams diskams gaminti. Iš jų geriausias savybes turi TbFeCo lydinio plona plėvelė. Terbio pagrindu pagamintos magnetooptinės medžiagos buvo gaminamos dideliu mastu, o iš jų pagaminti magnetooptiniai diskai naudojami kaip kompiuterių atminties komponentai, kurių atminties talpa padidėjo 10–15 kartų. Jie pasižymi didele talpa ir greitu prieigos greičiu, o naudojant didelio tankio optinius diskus, juos galima valyti ir dengti dešimtis tūkstančių kartų. Jie yra svarbios medžiagos elektroninės informacijos saugojimo technologijose. Dažniausiai naudojama magnetooptinė medžiaga matomoje ir artimojoje infraraudonojoje spektro juostoje yra terbio galio granato (TGG) monokristalas, kuris yra geriausia magnetooptinė medžiaga Faradėjaus rotatoriams ir izoliatoriams gaminti.
Magneto optiniam stiklui
Faradėjaus magnetooptinis stiklas pasižymi geru skaidrumu ir izotropija matomoje ir infraraudonojoje srityse, gali formuoti įvairias sudėtingas formas. Iš jo lengva gaminti didelius gaminius ir jis gali būti ištrauktas į optinius pluoštus. Todėl jis turi plačias taikymo galimybes magnetooptiniuose įrenginiuose, tokiuose kaip magnetooptiniai izoliatoriai, magnetooptiniai moduliatoriai ir šviesolaidiniai srovės jutikliai. Dėl didelio magnetinio momento ir mažo sugerties koeficiento matomoje ir infraraudonojoje srityse Tb3+ jonai tapo dažniausiai naudojamais retųjų žemių jonais magnetooptiniuose stikluose.
Terbio disprozio feromagnetostrikcinis lydinys
XX amžiaus pabaigoje, gilėjant pasaulinei mokslo ir technologijų revoliucijai, sparčiai atsirado 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 (iš šio centro atvyko pagrindiniai vėliau įkurtos „American Edge Technology Company“ (ET REMA) darbuotojai) kartu sukūrė naują retųjų žemių išmaniąją medžiagą – terbio disprozio geležies milžino magnetostrikcinę medžiagą. Ši nauja išmanioji medžiaga pasižymi puikiomis savybėmis, nes greitai paverčia elektros energiją mechanine energija. Iš šios milžiniškos magnetostrikcinės medžiagos pagaminti povandeniniai ir elektroakustiniai keitikliai buvo sėkmingai sukonfigūruoti karinio jūrų laivyno įrangoje, naftos gręžinių aptikimo garsiakalbiuose, triukšmo ir vibracijos kontrolės sistemose, vandenynų žvalgybos ir požeminių ryšių sistemose. Todėl vos atsiradus terbio disprozio geležies milžino magnetostrikcinei medžiagai, ji sulaukė didelio dėmesio iš išsivysčiusių pasaulio šalių. Jungtinėse Valstijose įsikūrusi bendrovė „Edge Technologies“ 1989 m. pradėjo gaminti terbio disprozio geležies milžinų magnetostrikcines medžiagas ir pavadino jas terfenoliu D. Vėliau Švedija, Japonija, Rusija, Jungtinė Karalystė ir Australija taip pat sukūrė terbio disprozio geležies milžinų magnetostrikcines medžiagas.
Remiantis šios medžiagos kūrimo istorija Jungtinėse Valstijose, tiek medžiagos išradimas, tiek ankstyvas monopolinis jos pritaikymas yra tiesiogiai susiję su karine pramone (pvz., kariniu jūrų laivynu). Nors Kinijos kariuomenės ir gynybos departamentai palaipsniui stiprina savo supratimą apie šią medžiagą. Tačiau po to, kai Kinijos visapusė nacionalinė galia gerokai išaugo, XXI amžiuje karinės konkurencinės strategijos įgyvendinimo ir įrangos lygio gerinimo reikalavimai neabejotinai bus labai neatidėliotini. Todėl plačiai paplitęs terbio disprozio geležies milžinų magnetostrikcinių medžiagų naudojimas kariuomenės ir nacionalinės gynybos departamentuose bus istorinė būtinybė.
Trumpai tariant, dėl daugybės puikių terbio savybių jis yra nepakeičiamas daugelio funkcinių medžiagų elementas ir užima nepakeičiamą vietą kai kuriose taikymo srityse. Tačiau dėl didelės terbio kainos žmonės tyrinėjo, kaip išvengti ir sumažinti terbio naudojimą, siekiant sumažinti gamybos sąnaudas. Pavyzdžiui, retųjų žemių magnetooptinėse medžiagose taip pat turėtų būti naudojamas pigus disprozio geležies kobaltas arba gadolinio terbio kobaltas; Stenkitės kuo labiau sumažinti terbio kiekį žaliai fluorescenciniuose milteliuose, kuriuos reikia naudoti. Kaina tapo svarbiu veiksniu, ribojančiu platų terbio naudojimą. Tačiau daugelis funkcinių medžiagų negali apsieiti be jo, todėl turime laikytis principo „naudoti gerą plieną ašmenims“ ir stengtis kuo labiau taupyti terbio naudojimą.
Įrašo laikas: 2023 m. liepos 5 d.