Terbiumtergolong dalam kategori beratnadir bumi, dengan kelimpahan rendah dalam kerak Bumi pada hanya 1.1 ppm. Terbium oksida menyumbang kurang daripada 0.01% daripada jumlah nadir bumi. Walaupun dalam bijih nadir bumi berat jenis ion yttrium tinggi dengan kandungan terbium tertinggi, kandungan terbium hanya menyumbang 1.1-1.2% daripada jumlah nadir bumi, menunjukkan bahawa ia tergolong dalam kategori "mulia" unsur nadir bumi. Selama lebih 100 tahun sejak penemuan terbium pada tahun 1843, kekurangan dan nilainya telah menghalang penggunaan praktikalnya untuk masa yang lama. Hanya dalam tempoh 30 tahun yang lalu terbium telah menunjukkan bakat uniknya.
Menemui Sejarah
Ahli kimia Sweden Carl Gustaf Mosander menemui terbium pada tahun 1843. Dia mendapati bendasingnya dalamYttrium(III) oksidadanY2O3. Yttrium dinamakan sempena kampung Ytterby di Sweden. Sebelum kemunculan teknologi pertukaran ion, terbium tidak diasingkan dalam bentuk tulennya.
Mosant mula-mula membahagikan Yttrium(III) oksida kepada tiga bahagian, semuanya dinamakan sempena bijih: Yttrium(III) oksida,Erbium(III) oksida, dan terbium oksida. Terbium oksida pada asalnya terdiri daripada bahagian merah jambu, disebabkan oleh unsur yang kini dikenali sebagai erbium. "Erbium(III) oksida" (termasuk apa yang kini kita panggil terbium) pada asalnya adalah bahagian yang pada asasnya tidak berwarna dalam larutan. Oksida tidak larut unsur ini dianggap coklat.
Pekerja kemudiannya hampir tidak dapat memerhatikan "Erbium(III) oksida" yang tidak berwarna, tetapi bahagian merah jambu larut tidak boleh diabaikan. Perbahasan tentang kewujudan Erbium(III) oksida telah timbul berulang kali. Dalam keadaan huru-hara, nama asal telah diterbalikkan dan pertukaran nama tersekat, jadi bahagian merah jambu akhirnya disebut sebagai larutan yang mengandungi erbium (dalam larutan, ia berwarna merah jambu). Kini dipercayai bahawa pekerja yang menggunakan natrium bisulfat atau Kalium sulfat mengambilCerium(IV) oksidadaripada Yttrium(III) oksida dan secara tidak sengaja menukarkan terbium kepada sedimen yang mengandungi serium. Hanya kira-kira 1% daripada Yttrium(III) oksida asal, kini dikenali sebagai "terbium", cukup untuk menghantar warna kekuningan kepada Yttrium(III) oksida. Oleh itu, terbium ialah komponen sekunder yang pada mulanya mengandunginya, dan ia dikawal oleh jiran terdekatnya, gadolinium dan dysprosium.
Selepas itu, apabila unsur-unsur nadir bumi lain diasingkan daripada campuran ini, tanpa mengira perkadaran oksida, nama terbium dikekalkan sehingga akhirnya, oksida perang terbium diperoleh dalam bentuk tulen. Penyelidik pada abad ke-19 tidak menggunakan teknologi pendarfluor ultraviolet untuk memerhati nodul kuning atau hijau terang (III), menjadikannya lebih mudah untuk terbium untuk dikenali dalam campuran atau larutan pepejal.
Konfigurasi elektron
Konfigurasi elektron:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
Konfigurasi elektron terbium ialah [Xe] 6s24f9. Biasanya, hanya tiga elektron boleh dikeluarkan sebelum cas nuklear menjadi terlalu besar untuk diionkan lagi, tetapi dalam kes terbium, terbium separuh terisi membolehkan elektron keempat terus terion dengan kehadiran oksidan yang sangat kuat seperti gas fluorin.
Terbium ialah logam nadir bumi berwarna putih perak dengan kemuluran, keliatan, dan kelembutan yang boleh dipotong dengan pisau. Takat lebur 1360 ℃, takat didih 3123 ℃, ketumpatan 8229 4kg/m3. Berbanding dengan Lantanida awal, ia agak stabil di udara. Sebagai unsur kesembilan Lantanida, terbium ialah logam dengan elektrik yang kuat. Ia bertindak balas dengan air untuk membentuk hidrogen.
Secara semula jadi, terbium tidak pernah didapati sebagai unsur bebas, sejumlah kecil daripadanya wujud dalam pasir phosphocerium thorium dan Gadolinite. Terbium wujud bersama unsur nadir bumi yang lain dalam pasir monazit, dengan kandungan terbium umumnya 0.03%. Sumber lain ialah Xenotime dan bijih emas nadir hitam, kedua-duanya adalah campuran oksida dan mengandungi sehingga 1% terbium.
Permohonan
Aplikasi terbium kebanyakannya melibatkan bidang berteknologi tinggi, iaitu projek mutakhir intensif teknologi dan intensif pengetahuan, serta projek yang mempunyai faedah ekonomi yang ketara, dengan prospek pembangunan yang menarik.
Bidang aplikasi utama termasuk:
(1) Digunakan dalam bentuk nadir bumi campuran. Sebagai contoh, ia digunakan sebagai baja sebatian nadir bumi dan bahan tambahan makanan untuk pertanian.
(2) Pengaktif untuk serbuk hijau dalam tiga serbuk pendarfluor utama. Bahan optoelektronik moden memerlukan penggunaan tiga warna asas fosfor iaitu merah, hijau dan biru yang boleh digunakan untuk mensintesis pelbagai warna. Dan terbium adalah komponen yang sangat diperlukan dalam banyak serbuk pendarfluor hijau berkualiti tinggi.
(3) Digunakan sebagai bahan simpanan optik magneto. Filem nipis aloi logam peralihan terbium logam amorf telah digunakan untuk mengeluarkan cakera magneto-optik berprestasi tinggi.
(4) Pembuatan kaca optik magneto. Kaca berputar Faraday yang mengandungi terbium ialah bahan utama untuk pembuatan pemutar, pengasing dan pengedar dalam teknologi laser.
(5) Pembangunan dan pembangunan aloi terbium dysprosium ferromagnetostrictive (TerFenol) telah membuka aplikasi baharu untuk terbium.
Untuk pertanian dan penternakan
Terbium nadir bumi boleh meningkatkan kualiti tanaman dan meningkatkan kadar fotosintesis dalam julat kepekatan tertentu. Kompleks Terbium mempunyai aktiviti biologi yang tinggi. Kompleks ternary terbium, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3 · 3H2O, mempunyai kesan antibakteria dan bakteria yang baik pada Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis dan Escherichia coli. Mereka mempunyai spektrum antibakteria yang luas. Kajian kompleks tersebut menyediakan hala tuju penyelidikan baharu untuk ubat bakteria moden.
Digunakan dalam bidang luminescence
Bahan optoelektronik moden memerlukan penggunaan tiga warna asas fosfor iaitu merah, hijau dan biru yang boleh digunakan untuk mensintesis pelbagai warna. Dan terbium adalah komponen yang sangat diperlukan dalam banyak serbuk pendarfluor hijau berkualiti tinggi. Jika kelahiran serbuk pendarfluor merah TV warna nadir bumi telah merangsang permintaan untuk yttrium dan europium, maka aplikasi dan pembangunan terbium telah digalakkan oleh nadir bumi tiga warna utama serbuk pendarfluor hijau untuk lampu. Pada awal 1980-an, Philips mencipta lampu pendarfluor penjimatan tenaga padat pertama di dunia dan mempromosikannya dengan pantas di seluruh dunia. Ion Tb3+ boleh memancarkan cahaya hijau dengan panjang gelombang 545nm, dan hampir semua fosfor hijau nadir bumi menggunakan terbium sebagai pengaktif.
Fosfor hijau untuk tiub sinar katod TV berwarna (CRT) sentiasa berasaskan Zink sulfida, yang murah dan cekap, tetapi serbuk terbium sentiasa digunakan sebagai fosfor hijau untuk TV warna unjuran, termasuk Y2SiO5 ∶ Tb3+, Y3 ( Al, Ga) 5O12 ∶ Tb3+dan LaOBr ∶ Tb3+. Dengan pembangunan televisyen definisi tinggi (HDTV) skrin besar, serbuk pendarfluor hijau berprestasi tinggi untuk CRT juga sedang dibangunkan. Sebagai contoh, serbuk pendarfluor hijau hibrid telah dibangunkan di luar negara, yang terdiri daripada Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+, dan Y2SiO5: Tb3+, yang mempunyai kecekapan luminescence yang sangat baik pada ketumpatan arus tinggi.
Serbuk pendarfluor sinar-X tradisional ialah kalsium tungstat. Pada tahun 1970-an dan 1980-an, fosfor nadir bumi untuk skrin intensif telah dibangunkan, seperti terbium activated sulfur Lanthanum oxide, terbium activated bromine Lanthanum oxide (untuk skrin hijau), terbium activated sulfur Yttrium(III) oxide, dll. Berbanding dengan kalsium tungstate, serbuk pendarfluor nadir bumi boleh mengurangkan masa penyinaran sinar-X untuk pesakit dengan 80%, meningkatkan resolusi filem X-ray, memanjangkan jangka hayat tiub X-ray, dan mengurangkan penggunaan tenaga. Terbium juga digunakan sebagai pengaktif serbuk pendarfluor untuk skrin peningkatan sinar-X perubatan, yang boleh meningkatkan sensitiviti penukaran sinar-X kepada imej optik, meningkatkan kejelasan filem sinar-X, dan mengurangkan dos pendedahan X- dengan banyak. sinaran kepada tubuh manusia (lebih daripada 50%).
Terbium juga digunakan sebagai pengaktif dalam fosfor LED putih yang teruja oleh cahaya biru untuk pencahayaan semikonduktor baharu. Ia boleh digunakan untuk menghasilkan fosforus kristal optik magneto aluminium terbium, menggunakan diod pemancar cahaya biru sebagai sumber cahaya pengujaan, dan pendarfluor yang dihasilkan dicampur dengan cahaya pengujaan untuk menghasilkan cahaya putih tulen.
Bahan electroluminescent yang diperbuat daripada terbium terutamanya termasuk fosfor hijau zink sulfida dengan terbium sebagai pengaktif. Di bawah penyinaran ultraungu, kompleks organik terbium boleh mengeluarkan pendarfluor hijau yang kuat dan boleh digunakan sebagai bahan elektroluminescent filem nipis. Walaupun kemajuan ketara telah dicapai dalam kajian filem nipis elektroluminescent kompleks organik nadir bumi, masih terdapat jurang tertentu dari kepraktisan, dan penyelidikan mengenai filem dan peranti nipis elektroluminescent kompleks organik nadir bumi masih mendalam.
Ciri-ciri pendarfluor terbium juga digunakan sebagai probe pendarfluor. Sebagai contoh, probe pendarfluor Ofloxacin terbium (Tb3+) digunakan untuk mengkaji interaksi antara kompleks Ofloxacin terbium (Tb3+) dan DNA (DNA) oleh spektrum pendarfluor dan spektrum penyerapan, menunjukkan bahawa probe Ofloxacin Tb3+ boleh membentuk alur yang mengikat dengan molekul DNA, dan DNA boleh meningkatkan pendarfluor sistem Ofloxacin Tb3+ dengan ketara. Berdasarkan perubahan ini, DNA boleh ditentukan.
Untuk bahan optik magneto
Bahan dengan kesan Faraday, juga dikenali sebagai bahan magneto-optik, digunakan secara meluas dalam laser dan peranti optik lain. Terdapat dua jenis bahan optik magneto yang biasa: kristal optik magneto dan kaca optik magneto. Antaranya, kristal magneto-optik (seperti garnet besi Yttrium dan garnet terbium gallium) mempunyai kelebihan frekuensi operasi boleh laras dan kestabilan terma yang tinggi, tetapi ia mahal dan sukar untuk dihasilkan. Di samping itu, banyak kristal magneto-optik dengan sudut putaran Faraday yang tinggi mempunyai penyerapan yang tinggi dalam julat gelombang pendek, yang mengehadkan penggunaannya. Berbanding dengan kristal optik magneto, kaca optik magneto mempunyai kelebihan ketransmisian yang tinggi dan mudah dibuat menjadi blok atau gentian yang besar. Pada masa ini, cermin mata magneto-optik dengan kesan Faraday yang tinggi adalah terutamanya cermin mata terdop ion nadir bumi.
Digunakan untuk bahan simpanan optik magneto
Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, dengan perkembangan pesat multimedia dan automasi pejabat, permintaan untuk cakera magnetik berkapasiti tinggi baharu telah meningkat. Filem aloi logam peralihan terbium logam amorf telah digunakan untuk mengeluarkan cakera magneto-optik berprestasi tinggi. Antaranya, filem nipis aloi TbFeCo mempunyai prestasi terbaik. Bahan magneto-optik berasaskan Terbium telah dihasilkan secara besar-besaran, dan cakera magneto-optik yang diperbuat daripadanya digunakan sebagai komponen storan komputer, dengan kapasiti storan meningkat sebanyak 10-15 kali ganda. Mereka mempunyai kelebihan kapasiti besar dan kelajuan capaian pantas, dan boleh disapu dan disalut puluhan ribu kali apabila digunakan untuk cakera optik berketumpatan tinggi. Ia adalah bahan penting dalam teknologi penyimpanan maklumat elektronik. Bahan magneto-optik yang paling biasa digunakan dalam jalur nampak dan inframerah dekat ialah kristal tunggal Terbium Gallium Garnet (TGG), yang merupakan bahan magneto-optik terbaik untuk membuat pemutar dan pengasing Faraday.
Untuk kaca optik magneto
Kaca optik magneto Faraday mempunyai ketelusan dan isotropi yang baik di kawasan yang boleh dilihat dan inframerah, dan boleh membentuk pelbagai bentuk kompleks. Ia mudah untuk menghasilkan produk bersaiz besar dan boleh ditarik ke dalam gentian optik. Oleh itu, ia mempunyai prospek aplikasi yang luas dalam peranti optik magneto seperti pengasing optik magneto, modulator optik magneto, dan penderia arus gentian optik. Disebabkan oleh momen magnet yang besar dan pekali penyerapan yang kecil dalam julat yang boleh dilihat dan inframerah, ion Tb3+ telah menjadi ion nadir bumi yang biasa digunakan dalam cermin mata optik magneto.
Terbium dysprosium ferromagnetostrictive aloi
Pada akhir abad ke-20, dengan pendalaman revolusi saintifik dan teknologi dunia, Bahan Gunaan nadir bumi baharu muncul dengan pantas. Pada tahun 1984, Iowa State University of the United States, Ames Laboratory of the United States Department of Energy of the United States and the US Navy Surface Weapons Research Center (kakitangan utama American Edge Technology Company (ET REMA) yang ditubuhkan kemudiannya berasal dari pusat) bersama-sama membangunkan bahan Pintar nadir bumi baharu, iaitu bahan magnetostriktif gergasi besi terbium dysprosium. Bahan Pintar baharu ini mempunyai ciri-ciri cemerlang untuk menukar tenaga elektrik kepada tenaga mekanikal dengan pantas. Transduser bawah air dan elektro-akustik yang diperbuat daripada bahan magnetostriktif gergasi ini telah berjaya dikonfigurasikan dalam peralatan tentera laut, pembesar suara pengesan telaga minyak, sistem kawalan hingar dan getaran, serta penerokaan lautan dan sistem komunikasi bawah tanah. Oleh itu, sebaik sahaja bahan magnetostrictive gergasi besi terbium dysprosium dilahirkan, ia mendapat perhatian meluas daripada negara perindustrian di seluruh dunia. Edge Technologies di Amerika Syarikat mula mengeluarkan bahan magnetostriktif gergasi besi terbium dysprosium pada tahun 1989 dan menamakannya Terfenol D. Selepas itu, Sweden, Jepun, Rusia, United Kingdom, dan Australia juga membangunkan bahan magnetostriktif gergasi besi disprosium terbium.
Daripada sejarah pembangunan bahan ini di Amerika Syarikat, kedua-dua ciptaan bahan dan aplikasi monopoli awalnya berkaitan secara langsung dengan industri ketenteraan (seperti tentera laut). Walaupun jabatan tentera dan pertahanan China secara beransur-ansur mengukuhkan pemahaman mereka tentang bahan ini. Walau bagaimanapun, selepas Kuasa Negara Komprehensif China telah meningkat dengan ketara, keperluan untuk merealisasikan strategi persaingan ketenteraan pada abad ke-21 dan meningkatkan tahap peralatan pastinya akan menjadi sangat mendesak. Oleh itu, penggunaan meluas bahan magnetostrictive gergasi terbium dysprosium besi oleh jabatan tentera dan pertahanan negara akan menjadi keperluan sejarah.
Ringkasnya, banyak sifat terbium yang sangat baik menjadikannya ahli yang sangat diperlukan bagi banyak bahan berfungsi dan kedudukan yang tidak boleh diganti dalam beberapa bidang aplikasi. Namun, disebabkan harga terbium yang tinggi, orang ramai telah mengkaji cara untuk mengelak dan meminimumkan penggunaan terbium bagi mengurangkan kos pengeluaran. Sebagai contoh, bahan magneto-optik nadir bumi juga harus menggunakan kos rendah disprosium kobalt besi atau gadolinium terbium kobalt sebanyak mungkin; Cuba kurangkan kandungan terbium dalam serbuk pendarfluor hijau yang mesti digunakan. Harga telah menjadi faktor penting yang menyekat penggunaan terbium secara meluas. Tetapi banyak bahan berfungsi tidak dapat dilakukan tanpanya, jadi kita harus mematuhi prinsip "menggunakan keluli yang baik pada bilah" dan cuba menyelamatkan penggunaan terbium sebanyak mungkin.
Masa siaran: Jul-05-2023