Magisches Seltenerdelement: Terbium

Terbiumgehört zur Kategorie der schweren seltenen Erden, mit einer geringen Häufigkeit in der Erdkruste bei nur 1,1 ppm.Terbiumoxidmacht weniger als 0,01% der gesamten Seltenen Erden aus. Selbst im hohen Yttrium-Ionen-Erz mit schwerem Seltenerd mit dem höchsten Inhalt des Terbiums macht der Terbiumgehalt nur 1,1-1,2% der Gesamtsumme ausSeltene Erde, was darauf hinweist, dass es zur Kategorie „Noble“ gehörtSeltene ErdeElemente. Seit über 100 Jahren seit der Entdeckung von Terbium im Jahr 1843 haben seine Knappheit und sein Wert seine praktische Anwendung seit langem verhindert. Es ist erst in den letzten 30 JahrenTerbiumhat sein einzigartiges Talent gezeigt.

Geschichte entdecken

Der schwedische Chemiker Carl Gustaf Mosander entdeckte 1843 Terbium. Er entdeckte seine Unreinheiten inYttriumoxidUndY2o3. Yttriumist nach dem Dorf Itby in Schweden benannt. Vor der Entstehung der Ionenaustausch -Technologie wurde Terbium in seiner reinen Form nicht isoliert.

Mossander zuerst geteiltYttriumoxidIn drei Teile, alle nach Erzen benannt:Yttriumoxid, Erbiumoxid, UndTerbiumoxid. Terbiumoxidwurde ursprünglich aus einem rosa Teil bestanden, da das jetzt bekannte Element als nun bekannt istErbium. Erbiumoxid(einschließlich dessen, was wir jetzt Terbium nennen) war ursprünglich ein farbloser Teil in Lösung. Das unlösliche Oxid dieses Elements wird als braun angesehen.

Spätere Arbeiter fanden es schwierig, winzige farblose zu beobachten “Erbiumoxid„, Aber das lösliche rosa Teil kann nicht ignoriert werden. Die Debatte über die Existenz vonErbiumoxidist wiederholt aufgetaucht. Im Chaos wurde der ursprüngliche Name umgekehrt und der Austausch der Namen steckte fest, so dass der rosa Teil schließlich als eine Lösung erwähnt wurde, die Erbium enthielt (in der Lösung war es rosa). Es wird nun angenommen, dass Arbeiter, die Natriumdisulfid oder Kaliumsulfat verwenden, um Ceriumdioxid zu entfernenYttriumoxidunbeabsichtigt drehenTerbiumin Cerium mit Niederschlägen. Derzeit bekannt als 'Terbium', nur etwa 1% des OriginalsYttriumoxidist vorhanden, aber dies reicht aus, um eine hellgelbe Farbe an zu übertragenYttriumoxid. Daher,Terbiumist eine sekundäre Komponente, die es ursprünglich enthielt, und wird von seinen unmittelbaren Nachbarn kontrolliert.GadoliniumUndDyprosium.

Danach, wann immer andereSeltene ErdeDie Elemente wurden von dieser Mischung getrennt, unabhängig vom Anteil des Oxids wurde der Name des Terbiums bis schließlich das braune Oxid von beibehaltenTerbiumwurde in reiner Form erhalten. Forscher im 19. Jahrhundert verwendeten keine ultraviolette Fluoreszenztechnologie, um hellgelbe oder grüne Knötchen (III) zu beobachten, was es für Terbium erleichterte, in festen Gemischen oder Lösungen zu erkennen.

Elektronenkonfiguration

Elektronisches Layout:

1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D10 4P6 5S2 4D10 5P6 6S2 4F9

Die elektronische Anordnung vonTerbiumist [xe] 6S24F9. Normalerweise können nur drei Elektronen entfernt werden, bevor die Kernladung zu groß wird, um weiter ionisiert zu werden. Im Fall von jedochTerbium, das halbgefüllteTerbiumErmöglicht eine weitere Ionisierung des vierten Elektrons in Gegenwart eines sehr starken Oxidationsmittels wie Fluorgas.

Metall

Terbiumist ein silberweißes Metall mit Seltenen erd mit Duktilität, Zähigkeit und Weichheit, die mit einem Messer geschnitten werden kann. Schmelzpunkt 1360 ℃, Siedepunkt 3123 ℃, Dichte 8229 4 kg/m3. Im Vergleich zu frühen Lanthanidelementen ist es in der Luft relativ stabil. Das neunte Element von Lanthanidelementen, Terbium, ist ein hochgeladenes Metall, das mit Wasser zur Bildung von Wasserstoffgas reagiert.

In der Natur,TerbiumEs wurde nie ein freies Element gefunden, das in kleinen Mengen in Phosphor -Cerium -Thoriumsand und Silizium Beryllium Yttrium Ore vorhanden ist.TerbiumKoexistiert mit anderen Seltenerdelementen im Monazitsand mit einem allgemein 0,03% Terbiumgehalt. Andere Quellen sind Yttriumphosphat und Seltenerdgold, die beide Mischungen von Oxiden sind, die bis zu 1% terbium enthalten.

Anwendung

Die Anwendung vonTerbiumMeistens beinhaltet High-Tech-Felder, die technologisch intensive und wissensintensive hochmoderne Projekte sowie Projekte mit erheblichen wirtschaftlichen Vorteilen mit attraktiven Entwicklungsaussichten sind.

Die Hauptantragsbereiche umfassen:

(1) verwendet in Form von gemischten Seltenen Erden. Zum Beispiel wird es als Dünger mit Seltenerd und Futtermittel für die Landwirtschaft verwendet.

(2) Aktivator für grünes Pulver in drei primären fluoreszierenden Pulver. Moderne optoelektronische Materialien erfordern die Verwendung von drei Grundfarben von Phosphoren, nämlich rot, grün und blau, mit denen verschiedene Farben synthetisiert werden können. UndTerbiumist eine unverzichtbare Komponente in vielen hochwertigen grünen Fluoreszenzpulvern.

(3) als magneto optisches Lagermaterial verwendet. Amorphe Metall-Terbium-Übergangsmetalllegierungdünnfilme wurden zur Herstellung von Hochleistungs-Magneto-optischen Scheiben verwendet.

(4) Herstellung magnetischer optisches Glas. Faraday Rotatory Glass, das Terbium enthält, ist ein Schlüsselmaterial für die Herstellung von Rotatoren, Isolatoren und Kreislauf in der Lasertechnologie.

(5) Die Entwicklung und Entwicklung der Terbium -Dyprosium -Ferromagnetostrictive -Legierung (Terfenol) hat neue Anwendungen für Terbium eröffnet.

Für Landwirtschaft und Tierhaltung

Seltene ErdeTerbiumKann die Qualität der Pflanzen verbessern und die Photosyntheserate innerhalb eines bestimmten Konzentrationsbereichs erhöhen. Die Komplexe von Terbium haben eine hohe biologische Aktivität und die ternären Komplexe vonTerbium, TB (Ala) 3Benim (Clo4) 3-3H2O, haben gute antibakterielle und bakterizide Wirkungen auf Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis und Escherichia coli mit breitspektrum antibakteriellen Eigenschaften. Die Untersuchung dieser Komplexe bietet eine neue Forschungsrichtung für moderne bakterizide Medikamente.

Verwendet im Bereich der Lumineszenz

Moderne optoelektronische Materialien erfordern die Verwendung von drei Grundfarben von Phosphoren, nämlich rot, grün und blau, mit denen verschiedene Farben synthetisiert werden können. Und Terbium ist eine unverzichtbare Komponente in vielen hochwertigen grün fluoreszierenden Pulver. Wenn die Geburt von Seltener erdfarbener farbiger Fernseher rotes Fluoreszenzpulver die Nachfrage nach stimuliert hatYttriumUndEuropiumDann wurde die Anwendung und Entwicklung von Terbium durch Seltenerde drei primäre Farbe grünes Fluoreszenzpulver für Lampen gefördert. In den frühen 1980er Jahren erfand Philips die weltweit erste kompakte energiesparende fluoreszierende Lampe und förderte sie schnell weltweit. TB3+-Ionen können grünes Licht mit einer Wellenlänge von 545 nm aussagen, und fast alle seltenen erdgrüen fluoreszierenden Pulver verwendenTerbiumals Aktivator.

Das grün -fluoreszierende Pulver, das für Farb -TV -Kathodenröhrchen (CRTs) verwendet wird, basiert immer hauptsächlich auf billigem und effizientem Zinksulfid, aber Terbiumpulver wurde immer als Projektion Farb -TV -Grünpulver wie Y2sio5: Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12: TB3+und Laobr: TB3+verwendet. Mit der Entwicklung eines hochauflösenden Fernsehsenders (HDTV) werden ebenfalls Hochleistungsgrüne fluoreszierende Pulver für CRTs entwickelt. Beispielsweise wurde im Ausland ein hybrides grünes Fluoreszenzpulver entwickelt, das aus Y3 (Al, Ga) 5O12: TB3+, Laocl: TB3+und Y2SIO5: TB3+besteht, die bei hoher Stromdichte eine hervorragende Lumineszenz -Effizienz aufweisen.

Das herkömmliche Röntgenfluoreszenzpulver ist Calcium-Wolkenstaat. In den 1970er und 1980er Jahren wurden Seltene Erden fluoreszierende Pulver für Sensibilisierungsbildschirme entwickelt, wie z.Terbium, aktiviertes Lanthan -Sulfidoxid, terbium aktiviertes Lanthan -Bromidoxid (für grüne Screens) und terbium aktiviertes Yttriumsulfidoxid. Im Vergleich zu Calcium-Wolkenstat können Seltenerdfluoreszenzpulver die Zeit der Röntgenbestrahlung für Patienten um 80%verkürzen, die Auflösung von Röntgenfilmen verbessern, die Lebensdauer von Röntgenröhrchen verlängern und den Energieverbrauch verringern. Terbium wird auch als Fluoreszenzpulveraktivator für medizinische Röntgenverstärkungsbildschirme verwendet, die die Empfindlichkeit der Röntgenumwandlung in optische Bilder erheblich verbessern, die Klarheit von Röntgenfilmen verbessern und die Expositionsdosis von Röntgenstrahlen für den menschlichen Körper erheblich reduzieren können (um mehr als 50%).

Terbiumwird auch als Aktivator im weißen LED -Phosphor verwendet, der von blauem Licht für eine neue Halbleiterbeleuchtung angeregt wird. Es kann verwendet werden, um aptische Kristallphosphoren von Terbiumaluminium zu produzieren, wobei Blaulicht -emittierende Dioden als Anregungslichtquellen verwendet werden, und die erzeugte Fluoreszenz wird mit dem Anregungslicht gemischt, um reines weißes Licht zu erzeugen

Die elektrolumineszierenden Materialien aus Terbium umfassen hauptsächlich Zinksulfidgrün -Fluoreszenzpulver mitTerbiumals Aktivator. Bei ultraviolettem Bestrahlung können organische Komplexe von Terbium eine starke grüne Fluoreszenz emittieren und als Elektrolumineszenzmaterial für dünne Film verwendet werden. Obwohl in der Studie von signifikanten Fortschritten erzielt wurdeSeltene Erdeorganische komplexe elektrolumineszierende Dünnfilme, es gibt immer noch eine gewisse Lücke in der Praktikabilität, und die Forschung an Seltenerd organischer komplexer elektrolumineszierender Dünnfilme und -geräte ist noch intensiv.

Die Fluoreszenzeigenschaften von Terbium werden auch als Fluoreszenzsonden verwendet. Die Wechselwirkung zwischen Ofloxacin -Terbium (TB3+) -Komplex und Desoxyribonukleinsäure (DNA) wurde unter Verwendung von Fluoreszenz- und Absorptionsspektren untersucht, wie die Fluoreszenzsonde von Ofloxacin -Terbium (TB3+). Die Ergebnisse zeigten, dass die Ofloxacin -Tb3+-Ponde eine Rillenbindung mit DNA -Molekülen bilden kann, und Desoxyribonukleinsäure kann die Fluoreszenz des Ofloxacin TB3+-Systems signifikant verbessern. Basierend auf dieser Veränderung kann Desoxyribonukleinsäure bestimmt werden.

Für magnetische optische Materialien

Materialien mit Faraday-Effekt, auch als magnetooptische Materialien bekannt, werden in Lasern und anderen optischen Geräten häufig verwendet. Es gibt zwei häufige Arten von magnetischen optischen Materialien: magnetische optische Kristalle und magnetisches optisches Glas. Unter ihnen haben magneto-optische Kristalle (wie Yttrium-Eisengranat und Terbium-Gallium-Granat) die Vorteile einer einstellbaren Betriebsfrequenz und einer hohen thermischen Stabilität, aber sie sind teuer und schwierig herzustellen. Darüber hinaus haben viele magnetooptische Kristalle mit hohen Faraday-Rotationswinkeln eine hohe Absorption im kurzen Wellenbereich, was ihre Verwendung begrenzt. Im Vergleich zu magnetischen optischen Kristallen hat Magneto -optisches Glas den Vorteil einer hohen Sendung und ist leicht zu großen Blöcken oder Fasern zu verarbeiten. Gegenwärtig sind magnetooptische Brillen mit hohem Faraday-Effekt hauptsächlich dotierte Seltenerd-Ionen-Brillen.

Wird für magnetische optische Lagermaterialien verwendet

In den letzten Jahren hat die Nachfrage nach neuen Magnetscheiben mit hoher Kapazität von Multimedia und Büroautomatisierung zugenommen. Amorphe Metall-Terbium-Übergangsmetalllegierungdünnfilme wurden zur Herstellung von Hochleistungs-Magneto-optischen Scheiben verwendet. Unter ihnen hat der Tbfeco -Alloy -Dünnfilm die beste Leistung. Magnetisch-optische Materialien auf terbiumbasierten Basis wurden in großem Maßstab hergestellt, und magnetooptische Scheiben, die daraus hergestellt werden, werden als Computerspeicherkomponenten verwendet, wobei die Speicherkapazität um das 10-15-fache erhöht wird. Sie haben die Vorteile einer großen Kapazität und einer schnellen Zugangsgeschwindigkeit und können bei Verwendung optischer Hochdichte mit hoher Dichte zehntausende Male abgewischt werden. Sie sind wichtige Materialien in der elektronischen Informationsspeichertechnologie. Das am häufigsten verwendete magnetooptische Material in den sichtbaren und infrarotischen Bändern ist ein einzelner Kristall (TERBIUM Gallium Granat), das das beste magnetooptische Material für die Herstellung von Faraday-Rotatoren und Isolatoren ist.

Für Magneto optisches Glas

Faraday Magneto Optical Glass hat eine gute Transparenz und Isotropie in den sichtbaren und Infrarotregionen und kann verschiedene komplexe Formen bilden. Es ist einfach, große Produkte herzustellen und kann in optische Fasern gezogen werden. Daher verfügt es über breite Anwendungsaussichten in magnetischen optischen Geräten wie magneto optischen Isolatoren, magneto optischen Modulatoren und Glasfaserstromsensoren. Aufgrund seines großen magnetischen Moments und des kleinen Absorptionskoeffizienten im sichtbaren und infrarotischen Bereich sind TB3+-Ionen häufig in magneto optischen Brillen verwendet.

Terbium -Dyprosium -Ferromagnetostriktivlegierung

Am Ende des 20. Jahrhunderts, wobei die weltweit technologische Revolution kontinuierlich vertieft war, entstanden neue Anwendungsmaterialien für Seltene Erden rasch. 1984 arbeitete die Iowa State University, das Ames Laboratory des US -amerikanischen Energieministeriums und das US -amerikanische Navy Surface Weapons Research Center (aus dem das Hauptpersonal der späteren EDETOLY CORPORATION (ET REMA) zusammengearbeitet hat, um ein neues Material intelligent intelligent zu entwickeln, nämlich Terbium -Dyprosium -ferromagnetisch -magnetostriktives Material. Dieses neue intelligente Material hat hervorragende Eigenschaften, um die elektrische Energie schnell in mechanische Energie umzuwandeln. Die aus diesem riesigen magnetostriktiven Material hergestellten Unterwasser- und Elektroakustikern wurden erfolgreich in Marineausrüstung, Lautsprechern für Ölwell-Well-Erkennung, Rauschen und Vibrationssteuerungssysteme sowie Exploration des Ozeans und unterirdischen Kommunikationssysteme konfiguriert. Sobald das Terbium Dyprosium Iron Giant Magnetostrictive Material geboren wurde, wurde daher in industrialisierten Ländern auf der ganzen Welt weit verbreitet. Die Edge -Technologien in den USA begannen 1989 mit der Herstellung von Terbium Dyprosium Iron Giant Magnetotrictive Materials und nannten sie Terfenol D. anschließend Schweden, Japan, Russland, Großbritannien und Australien entwickelten auch Terbium Dyprosium Iron Giant Magnetostrictive Materialien.

Aus der Geschichte der Entwicklung dieses Materials in den Vereinigten Staaten stehen sowohl die Erfindung des Materials als auch seine frühen monopolistischen Anwendungen in direktem Zusammenhang mit der Militärindustrie (wie der Marine). Obwohl Chinas Militär- und Verteidigungsabteilungen allmählich ihr Verständnis dieses Materials stärken. Angesichts der erheblichen Verbesserung der umfassenden nationalen Stärke Chinas wird die Nachfrage nach einer militärischen Wettbewerbsstrategie des 21. Jahrhunderts und der Verbesserung des Gerätsniveaus definitiv sehr dringend sein. Daher wird die weit verbreitete Verwendung von Terbium -Dyprosium -Eisengiganten magnetostriktiven Materialien durch militärische und nationale Verteidigungsabteilungen eine historische Notwendigkeit sein.

Kurz gesagt, die vielen hervorragenden Eigenschaften vonTerbiumMachen Sie es zu einem unverzichtbaren Mitglied vieler funktioneller Materialien und einer unersetzlichen Position in einigen Anwendungsfeldern. Aufgrund des hohen Terbiumpreises haben die Menschen jedoch untersucht, wie die Verwendung von Terbium vermieden und minimiert werden kann, um die Produktionskosten zu senken. Zum Beispiel sollten seltene erd magnetooptische Materialien auch kostengünstig verwendenDyprosiumeisenKobalt oder Gadolinium terbium so weit wie möglich; Versuchen Sie, den terbiumgehalt im grün fluoreszierenden Pulver zu reduzieren, der verwendet werden muss. Der Preis ist zu einem wichtigen Faktor geworden, der die weit verbreitete Verwendung von einschränktTerbium. Viele funktionelle Materialien können jedoch nicht ohne sie auskommen, daher müssen wir uns an das Prinzip „verwenden“ haltenTerbiumso viel wie möglich.