Тэрбійналежыць да катэгорыі цяжкіх рэдказямельных элементаў з нізкім утрыманнем у зямной кары ўсяго 1,1 праміле.Аксід тэрбіяскладае менш за 0,01% ад агульнай колькасці рэдказямельных элементаў. Нават у цяжкай рэдказямельнай рудзе з высокім утрыманнем іёнаў ітрыю з самым высокім утрыманнем тэрбія ўтрыманне тэрбія складае толькі 1,1-1,2% ад агульнай колькасцірэдказямельны, што паказвае на яго прыналежнасць да «шляхецкай» катэгорыірэдказямельныэлементы. На працягу больш за 100 гадоў з моманту адкрыцця тэрбія ў 1843 годзе яго дэфіцыт і каштоўнасць на працягу доўгага часу перашкаджалі яго практычнаму прымяненню. Гэта толькі за апошнія 30 гадоўтэрбійпаказаў свой непаўторны талент.
Адкрыццё гісторыі
Шведскі хімік Карл Густаў Масандэр адкрыў тэрбій у 1843 г. Ён выявіў яго прымешкі ўаксід ітрыюіY2O3. Ітрыйназваны ў гонар вёскі Ітбі ў Швецыі. Да з'яўлення тэхналогіі іённага абмену тербий не вылучаўся ў чыстым выглядзе.
Мосандэр першы падзяліўсяаксід ітрыюна тры часткі, усе названыя ў гонар руд:аксід ітрыю, аксід эрбія, іаксід тэрбія. Аксід тэрбіяпершапачаткова складаўся з ружовай часткі з-за элемента, цяпер вядомага якэрбій. Аксід эрбія(уключаючы тое, што мы цяпер называем тэрбіем) першапачаткова была бескаляровай часткай раствора. Нерастваральны аксід гэтага элемента лічыцца карычневым.
Пазней рабочым было цяжка назіраць малюсенькія бясколерныя "аксід эрбія», але нельга ігнараваць растваральную ружовую частку. Дыскусія аб існаванні ваксід эрбіянеаднаразова ўзнікала. У хаосе першапачатковая назва была адменена, і абмен імёнамі затрымаўся, таму ружовая частка была ўрэшце згадана як раствор, які змяшчае эрбій (у растворы яна была ружовай). Цяпер лічыцца, што рабочыя, якія выкарыстоўваюць дысульфід натрыю або сульфат калію для выдалення дыяксіду цэрыя заксід ітрыюненаўмысна павярнуцьтэрбійу ападкі, якія змяшчаюць цэрый. У цяперашні час вядомы як "тэрбій», толькі каля 1% ад арыгіналааксід ітрыюпрысутнічае, але гэтага дастаткова для перадачы светла-жоўтага колеруаксід ітрыю. таму,тэрбійз'яўляецца другасным кампанентам, які першапачаткова ўтрымліваў яго, і ён кантралюецца сваімі непасрэднымі суседзямі,гадолінійідыспрозій.
Пасля, кожны раз, калі іншырэдказямельныэлементы былі аддзеленыя ад гэтай сумесі, незалежна ад прапорцыі аксіду, назва тэрбій была захавана, пакуль, нарэшце, карычневы аксідтэрбійбыў атрыманы ў чыстым выглядзе. Даследчыкі 19-га стагоддзя не выкарыстоўвалі ультрафіялетавую флуарэсцэнтную тэхналогію для назірання ярка-жоўтых або зялёных вузельчыкаў (III), што палягчала распазнаванне тэрбія ў цвёрдых сумесях або растворах.
Канфігурацыя электрона
Электронны макет:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
Электроннае размяшчэннетэрбійгэта [Xe] 6s24f9. Звычайна можна выдаліць толькі тры электроны, перш чым зарад ядра стане занадта вялікім для далейшай іянізацыі. Аднак у выпадку зтэрбій, паўзапоўненытэрбійдазваляе далейшую іянізацыю чацвёртага электрона ў прысутнасці вельмі моцнага акісляльніка, такога як фтор.
Метал
Тэрбійгэта серабрыста-белы рэдказямельны метал з пластычнасцю, трываласцю і мяккасцю, які можна рэзаць нажом. Тэмпература плаўлення 1360 ℃, тэмпература кіпення 3123 ℃, шчыльнасць 8229 4 кг/м3. У параўнанні з раннімі элементамі лантанідаў ён адносна стабільны ў паветры. Дзявяты элемент лантанідаў, тэрбій, - гэта моцна зараджаны метал, які рэагуе з вадой з адукацыяй вадароду.
У прыродзе,тэрбійніколі не было выяўлена як свабодны элемент, які прысутнічае ў невялікіх колькасцях у фосфарыстым цэрыевым торыевым пяску і крэмніева-берыліевай ітрыевай рудзе.Тэрбійсуіснуе з іншымі рэдказямельнымі элементамі ў манацытавым пяску, звычайна з утрыманнем тэрбія 0,03%. Іншыя крыніцы ўключаюць фасфат ітрыю і рэдказямельнае золата, абодва з якіх уяўляюць сабой сумесі аксідаў, якія змяшчаюць да 1% тэрбію.
Ужыванне
Прымяненнетэрбійу асноўным уключае ў сябе высокатэхналагічныя галіны, якія з'яўляюцца тэхнаёмістымі і навукаёмістымі перадавымі праектамі, а таксама праекты са значнымі эканамічнымі выгодамі, з прывабнымі перспектывамі развіцця.
Асноўныя вобласці прымянення:
(1) Выкарыстоўваецца ў выглядзе змешаных рэдказямельных элементаў. Напрыклад, ён выкарыстоўваецца ў якасці рэдказямельных злучэнняў угнаенняў і кармавых дабавак для сельскай гаспадаркі.
(2) Актыватар для зялёнага парашка ў трох асноўных флуоресцентных парашках. Сучасныя оптаэлектронныя матэрыялы патрабуюць выкарыстання трох асноўных колераў люмінафораў, а менавіта чырвонага, зялёнага і сіняга, якія можна выкарыстоўваць для сінтэзу розных колераў. Ітэрбійз'яўляецца незаменным кампанентам многіх высакаякасных зялёных флуоресцентных парашкоў.
(3) Выкарыстоўваецца ў якасці магнітааптычнага назапашвальніка. Тонкія плёнкі са сплаву пераходнага металу аморфнага металу тэрбія выкарыстоўваліся для вытворчасці высокапрадукцыйных магнітааптычных дыскаў.
(4) Вытворчасць магнітааптычнага шкла. Круцільнае шкло Фарадэя, якое змяшчае тэрбій, з'яўляецца ключавым матэрыялам для вытворчасці рататараў, ізалятараў і цыркулятараў у лазернай тэхналогіі.
(5) Распрацоўка і распрацоўка ферамагнітастрыкцыйнага сплаву тэрбій-дыспрозій (TerFenol) адкрыла новыя магчымасці прымянення тэрбія.
Для земляробства і жывёлагадоўлі
Рэдказямельнытэрбійможа палепшыць якасць сельскагаспадарчых культур і павялічыць хуткасць фотасінтэзу ў пэўным дыяпазоне канцэнтрацый. Комплексы тэрбія валодаюць высокай біялагічнай актыўнасцю, а трайныя комплексы атэрбій, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, валодаюць добрым антыбактэрыйным і бактэрыцыдным дзеяннем на Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis і Escherichia coli, з шырокім спектрам антыбактэрыйных уласцівасцяў. Вывучэнне гэтых комплексаў дае новы кірунак даследаванняў сучасных бактэрыцыдных прэпаратаў.
Выкарыстоўваецца ў галіне люмінесцэнцыі
Сучасныя оптаэлектронныя матэрыялы патрабуюць выкарыстання трох асноўных колераў люмінафораў, а менавіта чырвонага, зялёнага і сіняга, якія можна выкарыстоўваць для сінтэзу розных колераў. А тэрбій з'яўляецца незаменным кампанентам многіх высакаякасных зялёных флуоресцентных парашкоў. Калі нараджэнне рэдказямельнага каляровага тэлевізара чырвонага флуоресцентного парашка стымулявала попытітрыйіеўрапій, то прымяненню і распрацоўцы тэрбія спрыяў рэдказямельны трохасноўны колер зялёнага флуоресцентного парашка для лямпаў. У пачатку 1980-х Philips вынайшла першую ў свеце кампактную энергазберагальную люмінесцэнтную лямпу і хутка прасунула яе ва ўсім свеце. Іёны Tb3+ могуць выпраменьваць зялёнае святло з даўжынёй хвалі 545 нм, і амаль усе рэдказямельныя зялёныя флуоресцентные парашкі выкарыстоўваюцьтэрбій, як актыватар.
Зялёны флуарэсцэнтны парашок, які выкарыстоўваецца для каляровых тэлевізійных электронна-прамянёвых трубак (ЭПТ), заўсёды быў у асноўным заснаваны на танным і эфектыўным сульфідзе цынку, але парашок тэрбію заўсёды выкарыстоўваўся ў якасці праекцыйнага каляровага тэлевізійнага зялёнага парашка, напрыклад Y2SiO5: Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+ і LaOBr: Tb3+. З развіццём тэлебачання высокай выразнасці з вялікім экранам (HDTV) таксама распрацоўваюцца высокаэфектыўныя зялёныя флуоресцентные парашкі для ЭПТ. Напрыклад, за мяжой быў распрацаваны гібрыдны зялёны флуоресцентный парашок, які складаецца з Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+ і Y2SiO5: Tb3+, якія валодаюць выдатнай эфектыўнасцю люмінесцэнцыі пры высокай шчыльнасці току.
Традыцыйны рэнтгенаўскі флуоресцентный парашок - вальфрамат кальцыя. У 1970-х і 1980-х гадах былі распрацаваны рэдказямельныя флуарэсцэнтныя парашкі для сенсібілізацыйных экранаў, такія яктэрбій, актываваны аксід сульфіду лантана, актываваны аксід браміду лантана тэрбіем (для зялёных экранаў) і аксід сульфіду ітрыю, актываваны тэрбіем. У параўнанні з вальфраматам кальцыя рэдказямельны флуарэсцэнтны парашок можа скараціць час рэнтгенаўскага апраменьвання пацыентаў на 80%, палепшыць раздзяляльнасць рэнтгенаўскіх плёнак, падоўжыць тэрмін службы рэнтгенаўскіх трубак і знізіць спажыванне энергіі. Тэрбій таксама выкарыстоўваецца ў якасці актыватара флуарэсцэнтнага парашка для медыцынскіх экранаў для паляпшэння рэнтгенаўскага выпраменьвання, што можа значна палепшыць адчувальнасць пераўтварэння рэнтгенаўскага выпраменьвання ў аптычныя выявы, палепшыць выразнасць рэнтгенаўскіх плёнак і значна паменшыць дозу апраменьвання рэнтгенаўскага выпраменьвання. прамянёў на арганізм чалавека (больш чым на 50%).
Тэрбійтаксама выкарыстоўваецца ў якасці актыватара ў белым святлодыёдным люмінафоры, які ўзбуджаецца сінім святлом для новага паўправадніковага асвятлення. Ён можа быць выкарыстаны для вытворчасці тэрбіевых алюмініевых магніта-аптычных крышталічных люмінафораў з выкарыстаннем сініх святлодыёдаў у якасці крыніц узбуджальнага святла, а генераваная флуарэсцэнцыя змешваецца са святлом узбуджэння для атрымання чыстага белага святла
Электралюмінесцэнтныя матэрыялы, вырабленыя з тэрбія, у асноўным уключаюць сульфід цынку зялёны флуарэсцэнтны парашоктэрбійяк актыватар. Пад ультрафіялетавым апраменьваннем арганічныя комплексы тэрбія могуць выпраменьваць моцную зялёную флуарэсцэнцыю і могуць выкарыстоўвацца ў якасці тонкаплёнкавых электралюмінесцэнтных матэрыялаў. Хаця ў вывучэнні врэдказямельныарганічных складаных электралюмінесцэнтных тонкіх плёнак, усё яшчэ існуе пэўны разрыў ад практычнасці, і даследаванні рэдказямельных арганічных складаных электралюмінесцэнтных тонкіх плёнак і прылад па-ранейшаму працягваюцца.
Флуарэсцэнтныя характарыстыкі тэрбія таксама выкарыстоўваюцца ў якасці флуарэсцэнтных зондаў. Узаемадзеянне паміж комплексам ofloxacin terbium (Tb3+) і дэзаксірыбануклеінавай кіслатой (ДНК) вывучалася з выкарыстаннем спектраў флуарэсцэнцыі і паглынання, такіх як флуарэсцэнтны зонд ofloxacin terbium (Tb3+). Вынікі паказалі, што зонд ofloxacin Tb3+ можа ўтвараць канаўку, звязваючыся з малекуламі ДНК, а дэзаксірыбануклеінавая кіслата можа значна ўзмацняць флуарэсцэнцыю сістэмы ofloxacin Tb3+. На аснове гэтага змены можна вызначыць дэзаксірыбануклеінавую кіслату.
Для магнітааптычных матэрыялаў
Матэрыялы з эфектам Фарадэя, таксама вядомыя як магнітааптычныя матэрыялы, шырока выкарыстоўваюцца ў лазерах і іншых аптычных прыборах. Ёсць два распаўсюджаных тыпу магнітааптычных матэрыялаў: магнітааптычныя крышталі і магнітааптычнае шкло. Сярод іх магнітааптычныя крышталі (такія як жалезны ітрыевы гранат і тэрбіевы галіевы гранат) маюць перавагі рэгуляванай працоўнай частаты і высокую тэрмічную стабільнасць, але яны дарагія і складаныя ў вытворчасці. Акрамя таго, многія магнітааптычныя крышталі з вялікімі вугламі павароту Фарадэя маюць высокае паглынанне ў кароткім дыяпазоне хваль, што абмяжоўвае іх выкарыстанне. У параўнанні з магнітааптычнымі крышталямі, магнітааптычнае шкло мае высокую каэфіцыент прапускання і лёгка ператвараецца ў вялікія блокі або валакна. У цяперашні час магнітна-аптычныя шкла з высокім эфектам Фарадэя - гэта ў асноўным шкла, легаваныя рэдказямельнымі іёнамі.
Выкарыстоўваецца для магнітааптычных запамінальных матэрыялаў
У апошнія гады з хуткім развіццём мультымедыя і офіснай аўтаматызацыі расце попыт на новыя магнітныя дыскі вялікай ёмістасці. Тонкія плёнкі са сплаву пераходнага металу аморфнага металу тэрбія выкарыстоўваліся для вытворчасці высокапрадукцыйных магнітааптычных дыскаў. Сярод іх тонкая плёнка са сплаву TbFeCo мае найлепшыя характарыстыкі. Магнітааптычныя матэрыялы на аснове тэрбія вырабляюцца ў вялікіх маштабах, магнітааптычныя дыскі з іх выкарыстоўваюцца ў якасці камп'ютэрных камп'ютэрных назапашвальнікаў, ёмістасць якіх павялічваецца ў 10-15 разоў. Яны маюць такія перавагі, як вялікая ёмістасць і высокая хуткасць доступу, і іх можна сціраць і пакрываць дзясяткі тысяч разоў пры выкарыстанні для аптычных дыскаў высокай шчыльнасці. Яны з'яўляюцца важнымі матэрыяламі ў тэхналогіі захоўвання электроннай інфармацыі. Найбольш часта выкарыстоўваным магнітааптычным матэрыялам у бачным і блізкім інфрачырвоным дыяпазонах з'яўляецца монакрышталь тэрбіевага галіевага граната (TGG), які з'яўляецца найлепшым магнітааптычным матэрыялам для вырабу рататараў і ізалятараў Фарадэя.
Для магнітааптычнага шкла
Магнітааптычнае шкло Фарадэя мае добрую празрыстасць і ізатрапію ў бачным і інфрачырвоным дыяпазонах і можа ўтвараць розныя складаныя формы. Лёгка вырабляць буйнагабарытныя вырабы і можна ўцягваць у аптычныя валакна. Такім чынам, ён мае шырокія перспектывы прымянення ў магнітааптычных прыладах, такіх як магнітааптычныя ізалятары, магнітааптычныя мадулятары і валаконна-аптычныя датчыкі току. З-за вялікага магнітнага моманту і малога каэфіцыента паглынання ў бачным і інфрачырвоным дыяпазонах іёны Tb3+ сталі часта выкарыстоўванымі рэдказямельнымі іёнамі ў магнітааптычных шклах.
Тэрбій дыспрозій ферамагнітастрыкцыйны сплаў
У канцы 20-га стагоддзя з бесперапынным паглыбленнем сусветнай тэхналагічнай рэвалюцыі хутка з'яўляліся новыя рэдказямельныя матэрыялы. У 1984 годзе Універсітэт штата Аёва, Лабараторыя Эймса Міністэрства энергетыкі ЗША і Даследчы цэнтр надводнага ўзбраення ВМС ЗША (адкуль паходзіў асноўны персанал заснаванай пазней Edge Technology Corporation (ET REMA)) супрацоўнічалі ў распрацоўцы новага рэдкага зямны разумны матэрыял, а менавіта ферамагнітны магнітастрыкцыйны матэрыял тэрбій дыспрозій. Гэты новы інтэлектуальны матэрыял валодае выдатнымі характарыстыкамі хуткага пераўтварэння электрычнай энергіі ў механічную. Падводныя і электраакустычныя пераўтваральнікі, зробленыя з гэтага гіганцкага магнітастрыкцыйнага матэрыялу, былі паспяхова сканфігураваны ў ваенна-марскім абсталяванні, дынаміках выяўлення нафтавых свідравін, сістэмах кантролю шуму і вібрацыі, а таксама ў сістэмах даследавання акіяна і падземных камунікацый. Такім чынам, як толькі нарадзіўся гіганцкі магнітастрыкцыйны матэрыял тэрбій дыспрозій жалеза, ён атрымаў шырокую ўвагу прамыслова развітых краін па ўсім свеце. Кампанія Edge Technologies у Злучаных Штатах пачала вырабляць гіганцкія магнітастрыкцыйныя матэрыялы з тэрбію-дыспрозію і жалеза ў 1989 годзе і назвала іх Terfenol D. Пасля Швецыя, Японія, Расія, Вялікабрытанія і Аўстралія таксама распрацавалі гіганцкія магнітастрыкцыйныя матэрыялы з тэрбію-дыспрозію-жалеза.
З гісторыі распрацоўкі гэтага матэрыялу ў Злучаных Штатах як вынаходніцтва матэрыялу, так і яго першыя манапалістычныя прымянення непасрэдна звязаны з ваеннай прамысловасцю (напрыклад, ваенна-марскім флотам). Хоць ваеннае і абароннае ведамства Кітая паступова ўмацоўваюць сваё разуменне гэтага матэрыялу. Тым не менш, са значным узмацненнем усёабдымнай нацыянальнай сілы Кітая попыт на дасягненне ваеннай канкурэнтнай стратэгіі 21-га стагоддзя і паляпшэнне ўзроўню абсталявання, безумоўна, будзе вельмі актуальным. Такім чынам, шырокае выкарыстанне гіганцкіх магнітастрыкцыйных матэрыялаў з тэрбію-дыспразію жалеза ваенным і нацыянальным абаронным ведамствам будзе гістарычнай неабходнасцю.
Карацей кажучы, шмат выдатных уласцівасцяўтэрбійробяць яго незаменным членам многіх функцыянальных матэрыялаў і незаменным месцам у некаторых галінах прымянення. Аднак з-за высокай цаны тэрбія людзі вывучаюць, як пазбегнуць і звесці да мінімуму выкарыстанне тэрбія, каб знізіць вытворчыя выдаткі. Напрыклад, рэдказямельныя магнітааптычныя матэрыялы павінны таксама выкарыстоўваць нізкі коштдиспрозиевое жалезакобальт або гадаліній тэрбій кобальт як мага больш; Паспрабуйце паменшыць утрыманне тэрбія ў зялёным флуоресцентном парашку, які неабходна выкарыстоўваць. Цана стала важным фактарам, які абмяжоўвае шырокае выкарыстаннетэрбій. Але многія функцыянальныя матэрыялы без гэтага не могуць абысціся, таму мы павінны прытрымлівацца прынцыпу «выкарыстоўваць добрую сталь на лязе» і старацца зэканоміць выкарыстаннетэрбійяк мага больш.
Час публікацыі: 25 кастрычніка 2023 г