Тэрбійналежыць да катэгорыі цяжкіх рэдказямельных элементаў, з нізкай распаўсюджанасцю ў зямной кары — усяго 1,1 праміле.Аксід тэрбіюскладае менш за 0,01% ад агульнай колькасці рэдказямельных элементаў. Нават у цяжкіх рэдказямельных рудах з высокім утрыманнем ітрыевых іонаў з найбольшым утрыманнем тэрбію ўтрыманне тэрбію складае толькі 1,1-1,2% ад агульнай колькасці.рэдказямельныя, што сведчыць аб тым, што ён належыць да «высакароднай» катэгорыірэдказямельныяэлементы. На працягу больш чым 100 гадоў з моманту адкрыцця тэрбія ў 1843 годзе яго дэфіцыт і каштоўнасць доўгі час перашкаджалі яго практычнаму прымяненню. Толькі ў апошнія 30 гадоўтэрбійпрадэманстраваў свой унікальны талент.
Адкрыццё гісторыі
Шведскі хімік Карл Густаў Мосандэр адкрыў тэрбій у 1843 годзе. Ён выявіў яго прымешкі ўаксід ітрыюіY2O3. Ітрыйназваны ў гонар вёскі Ітбі ў Швецыі. Да з'яўлення тэхналогіі іённага абмену тэрбій не вылучалі ў чыстым выглядзе.
Мосандр спачатку падзяліўсяаксід ітрыюна тры часткі, названыя ў гонар руд:аксід ітрыю, аксід эрбіюіаксід тэрбію. Аксід тэрбіюпершапачаткова складаўся з ружовай часткі з-за элемента, цяпер вядомага якэрбій. Аксід эрбію(у тым ліку тое, што мы цяпер называем тэрбіем) першапачаткова быў бясколернай часткай у растворы. Нерастваральны аксід гэтага элемента лічыцца карычневым.
Пазнейшым рабочым было цяжка назіраць малюсенькія бясколерныя «аксід эрбію«але растваральную ружовую частку нельга ігнараваць. Дыскусія аб існаванніаксід эрбіюнеаднаразова ўзнікала. У хаосе першапачатковая назва была адменена, і абмен назвамі затрымаўся, таму ружовая частка ў рэшце рэшт была 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 асадкі, якія змяшчаюць цэрый. У цяперашні час вядомы як «тэрбій', толькі каля 1% ад арыгіналааксід ітрыюпрысутнічае, але гэтага дастаткова, каб перадаць светла-жоўты колераксід ітрыюТакім чынам,тэрбійз'яўляецца другасным кампанентам, які першапачаткова ўтрымліваў яго, і ён кантралюецца сваімі непасрэднымі суседзямі,гадалінійідыспразій.
Пасля, калі заўгодна іншыярэдказямельныяэлементы былі аддзеленыя ад гэтай сумесі, незалежна ад долі аксіду, назва тэрбію захоўвалася да таго часу, пакуль, нарэшце, не быў атрыманы карычневы аксідтэрбійбыў атрыманы ў чыстым выглядзе. Даследчыкі ў 19 стагоддзі не выкарыстоўвалі тэхналогію ультрафіялетавай флуарэсцэнцыі для назірання ярка-жоўтых або зялёных вузельчыкаў (III), што спрашчала распазнаванне тэрбія ў цвёрдых сумесях або растворах.
Электронная канфігурацыя
Электронная макетка:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
Электронная кампазіцыятэрбій— [Xe] 6s24f9. Звычайна можна выдаліць толькі тры электроны, перш чым зарад ядра стане занадта вялікім для далейшай іянізацыяй. Аднак у выпадкутэрбій, напалову запоўненытэрбійдазваляе далейшую іанізацыю чацвёртага электрона ў прысутнасці вельмі моцнага акісляльніка, напрыклад, газападобнага фтору.
Метал
Тэрбій— гэта серабрыста-белы рэдказямельны метал, які валодае пластычнасцю, трываласцю і мяккасцю, і яго можна рэзаць нажом. Тэмпература плаўлення 1360 ℃, тэмпература кіпення 3123 ℃, шчыльнасць 8229,4 кг/м3. У параўнанні з раннімі лантанідамі ён адносна ўстойлівы на паветры. Дзявяты элемент лантанідаў, тэрбій, — гэта высоказараджаны метал, які рэагуе з вадой з утварэннем вадароду.
У прыродзе,тэрбійніколі не быў знойдзены ў якасці свабоднага элемента, прысутнічаючы ў невялікіх колькасцях у фосфарна-цэрыева-торыевым пяску і крэмніева-берыліева-ітрыевай рудзе.ТэрбійСуіснуе з іншымі рэдказямельнымі элементамі ў манацытавым пяску, звычайна ўтрымліваючы 0,03% тэрбію. Іншыя крыніцы ўключаюць фасфат ітрыю і рэдказямельнае золата, абодва з якіх з'яўляюцца сумесямі аксідаў, якія змяшчаюць да 1% тэрбію.
Прыкладанне
Ужываннетэрбійу асноўным тычыцца высокатэхналагічных галін, якія з'яўляюцца тэхналагічнымі і навукаёмістымі перадавымі праектамі, а таксама праектамі са значнымі эканамічнымі выгадамі і прывабнымі перспектывамі развіцця.
Асноўныя сферы прымянення ўключаюць:
(1) Выкарыстоўваецца ў выглядзе змешаных рэдказямельных элементаў. Напрыклад, выкарыстоўваецца ў якасці складанага ўгнаення і кармавой дабаўкі на аснове рэдказямельных элементаў для сельскай гаспадаркі.
(2) Актыватар для зялёнага парашка ў трох асноўных флуарэсцэнтных 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 флуарэсцэнтных парашкоў.
(3) Выкарыстоўваецца ў якасці магнітааптычнага назапашвальнага матэрыялу. Тонкія плёнкі аморфнага металу і пераходнага металу тэрбій выкарыстоўваюцца для вырабу высокапрадукцыйных магнітааптычных дыскаў.
(4) Вытворчасць магнітааптычнага шкла. Фарадэеўскае круцільнае шкло, якое змяшчае тэрбій, з'яўляецца ключавым матэрыялам для вырабу круцільнікаў, ізалятараў і цыркулятараў у лазерных тэхналогіях.
(5) Распрацоўка і ўкараненне ферамагнетастрыкцыйнага сплаву тэрбію дыспразію (TerFenol) адкрыла новыя магчымасці прымянення тэрбію.
Для сельскай гаспадаркі і жывёлагадоўлі
Рэдказямельныятэрбійможа палепшыць якасць сельскагаспадарчых культур і павялічыць хуткасць фотасінтэзу ў пэўным дыяпазоне канцэнтрацый. Комплексы тэрбію валодаюць высокай біялагічнай актыўнасцю, а трайныя комплексытэрбій, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, валодаюць добрым антыбактэрыйным і бактэрыцыдным дзеяннем на залацісты стафілакок, субтылісную бацылу і кішачную палачку, з шырокім спектрам антыбактэрыйных уласцівасцей. Вывучэнне гэтых комплексаў адкрывае новы кірунак даследаванняў для 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 люмінесцэнтных парашкоў. Калі з'яўленне рэдказямельных каляровых тэлевізараў з чырвоным люмінесцэнтным парашком стымулявала попыт на...ітрыйіеўрапію, затым прымяненне і развіццё тэрбію былі прасоўваны з дапамогай трох асноўных колераў рэдказямельнага зялёнага люмінесцэнтнага парашка для лямпаў. У пачатку 1980-х гадоў кампанія Philips вынайшла першую ў свеце кампактную энергазберагальную люмінесцэнтную лямпу і хутка прасоўвала яе па ўсім свеце. Іоны Tb3+ могуць выпраменьваць зялёнае святло з даўжынёй хвалі 545 нм, і амаль усе рэдказямельныя зялёныя люмінесцэнтныя парашкі выкарыстоўваюцьтэрбій, як актыватар.
Зялёны флуарэсцэнтны парашок, які выкарыстоўваецца для каляровых тэлевізараў з электронна-прамянёвымі трубкамі (ЭЛТ), заўсёды быў у асноўным заснаваны на танным і эфектыўным сульфідзе цынку, але парашок тэрбію заўсёды выкарыстоўваўся ў якасці зялёнага парашка для праекцыйных каляровых тэлевізараў, напрыклад, Y2SiO5:Tb3+, Y3 (Al, Ga)5O12:Tb3+ і LaOBr:Tb3+. З развіццём шырокаэкранных тэлевізій высокай выразнасці (HDTV) таксама распрацоўваюцца высокаэфектыўныя зялёныя флуарэсцэнтныя парашкі для ЭЛТ. Напрыклад, за мяжой быў распрацаваны гібрыдны зялёны флуарэсцэнтны парашок, які складаецца з Y3 (Al, Ga)5O12:Tb3+, LaOCl:Tb3+ і Y2SiO5:Tb3+, якія маюць выдатную эфектыўнасць люмінесцэнцыі пры высокай шчыльнасці току.
Традыцыйным рэнтгенафлуарэсцэнтным парашком з'яўляецца 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 броміду лантана, тэрбій (для зялёных экранаў), і актываваны аксід сульфіду ітрыя, тэрбій. У параўнанні з вальфраматам кальцыя, рэдказямельны флуарэсцэнтны парашок можа скараціць час рэнтгенаўскага апраменьвання пацыентаў на 80%, палепшыць раздзяляльную здольнасць рэнтгенаўскіх плёнак, падоўжыць тэрмін службы рэнтгенаўскіх трубак і знізіць спажыванне энергіі. Тэрбій таксама выкарыстоўваецца ў якасці актыватара флуарэсцэнтнага парашка для медыцынскіх экранаў для ўзмацнення рэнтгенаўскага выпраменьвання, што можа значна палепшыць адчувальнасць пераўтварэння рэнтгенаўскіх выпраменьванняў у аптычныя выявы, палепшыць выразнасць рэнтгенаўскіх плёнак і значна знізіць дозу ўздзеяння рэнтгенаўскіх выпраменьванняў на арганізм чалавека (больш чым на 50%).
Тэрбійтаксама выкарыстоўваецца ў якасці актыватара ў белым святлодыёдным люмінафоры, які ўзбуджаецца сінім святлом, для новага паўправадніковага асвятлення. Яго можна выкарыстоўваць для вытворчасці тэрбіевых алюмініевых магнітааптычных крыштальных люмінафораў, выкарыстоўваючы сінія святлодыёды ў якасці крыніц узбуджальнага святла, і генераваная флуарэсцэнцыя змешваецца з узбуджальным святлом для атрымання чыстага белага святла.
Электралюмінесцэнтныя матэрыялы, вырабленыя з тэрбію, у асноўным уключаюць зялёны флуарэсцэнтны парашок сульфіду цынку зтэрбійу якасці актыватара. Пад уздзеяннем ультрафіялетавага выпраменьвання арганічныя комплексы тэрбію могуць выпраменьваць моцную зялёную флуарэсцэнцыю і могуць быць выкарыстаны ў якасці тонкаплёнкавых электралюмінесцэнтных матэрыялаў. Нягледзячы на значны прагрэс у вывучэннірэдказямельныяарганічныя складаныя электралюмінесцэнтныя тонкія плёнкі, усё яшчэ існуе пэўны разрыў з практычнасцю, і даследаванні рэдказямельных арганічных складаных электралюмінесцэнтных тонкіх плёнак і прылад усё яшчэ працягваюцца.
Флуарэсцэнтныя характарыстыкі тэрбію таксама выкарыстоўваюцца ў якасці флуарэсцэнтных зондаў. Узаемадзеянне паміж комплексам афлаксацыну-тэрбію (Tb3+) і дэзоксірыбануклеінавай кіслатой (ДНК) вывучалася з выкарыстаннем спектраў флуарэсцэнцыі і паглынання, такіх як флуарэсцэнтны зонд афлаксацыну-тэрбію (Tb3+). Вынікі паказалі, што зонд афлаксацыну Tb3+ можа ўтвараць канаўку, якая звязваецца з малекуламі ДНК, і дэзоксірыбануклеінавая кіслата можа значна ўзмацняць флуарэсцэнцыю сістэмы афлаксацыну Tb3+. На падставе гэтага змянення можна вызначыць дэзоксірыбануклеінавую кіслату.
Для магнітааптычных матэрыялаў
Матэрыялы з эфектам Фарадэя, таксама вядомыя як магнітааптычныя матэрыялы, шырока выкарыстоўваюцца ў лазерах і іншых аптычных прыладах. Існуюць два распаўсюджаныя тыпы магнітааптычных матэрыялаў: магнітааптычныя крышталі і магнітааптычнае шкло. Сярод іх магнітааптычныя крышталі (напрыклад, ітрыевы жалезны гранат і тэрбіевы галіевы гранат) маюць перавагі рэгуляванай працоўнай частаты і высокай тэрмічнай стабільнасці, але яны дарагія і складаныя ў вытворчасці. Акрамя таго, многія магнітааптычныя крышталі з высокімі вугламі павароту Фарадэя маюць высокае паглынанне ў дыяпазоне кароткіх хваль, што абмяжоўвае іх выкарыстанне. У параўнанні з магнітааптычнымі крышталямі, магнітааптычнае шкло мае перавагу высокай прапускальнасці і лёгка ператвараецца ў вялікія блокі або валокны. У цяперашні час магнітааптычныя шкла з высокім эфектам Фарадэя ў асноўным з'яўляюцца шкламі, легаванымі іонамі рэдказямельных элементаў.
Выкарыстоўваецца для магнітааптычных назапашвальнікаў
У апошнія гады, з хуткім развіццём мультымедыя і офіснай аўтаматызацыі, попыт на новыя магнітныя дыскі высокай ёмістасці расце. Тонкія плёнкі аморфных сплаваў пераходных металаў і тэрбію выкарыстоўваюцца для вырабу высокапрадукцыйных магнітааптычных дыскаў. Сярод іх тонкая плёнка сплаву TbFeCo мае найлепшыя характарыстыкі. Магнітааптычныя матэрыялы на аснове тэрбію вырабляюцца ў вялікіх маштабах, і магнітааптычныя дыскі, вырабленыя з іх, выкарыстоўваюцца ў якасці кампанентаў камп'ютэрных назапашвальнікаў, прычым ёмістасць захоўвання павялічваецца ў 10-15 разоў. Яны маюць перавагі вялікай ёмістасці і хуткасці доступу, а таксама могуць быць праціраны і пакрытыя дзесяткі тысяч разоў пры выкарыстанні для аптычных дыскаў высокай шчыльнасці. Яны з'яўляюцца важнымі матэрыяламі ў тэхналогіі электроннай захоўвання інфармацыі. Найбольш распаўсюджаным 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
Магнетааптычнае шкло Фарадэя мае добрую празрыстасць і ізатрапію ў бачным і інфрачырвоным дыяпазонах і можа набываць розныя складаныя формы. З яго лёгка вырабляць вырабы вялікіх памераў, і яго можна выцягваць у аптычныя валокны. Такім чынам, яно мае шырокія перспектывы прымянення ў магнітааптычных прыладах, такіх як магнітааптычныя ізалятары, магнітааптычныя мадулятары і валаконна-аптычныя датчыкі току. Дзякуючы вялікаму магнітнаму моманту і малому каэфіцыенту паглынання ў бачным і інфрачырвоным дыяпазонах, іёны Tb3+ сталі шырока выкарыстоўванымі рэдказямельнымі іёнамі ў магнітааптычным шкле.
Ферамагнетастрыкцыйны сплаў тэрбія і дыспразію
У канцы 20-га стагоддзя, з пастаянным паглыбленнем сусветнай тэхналагічнай рэвалюцыі, хутка з'явіліся новыя матэрыялы для прымянення рэдказямельных элементаў. У 1984 годзе Універсітэт штата Аёва, Лабараторыя Эймса Міністэрства энергетыкі ЗША і Даследчы цэнтр надводнай зброі ВМС ЗША (адкуль выйшаў асноўны персанал пазней створанай карпарацыі Edge Technology Corporation (ET REMA)) сумесна распрацавалі новы інтэлектуальны матэрыял для рэдказямельных элементаў, а менавіта ферамагнітны магнітастрыкцыйны матэрыял на аснове тэрбію дыспразію. Гэты новы інтэлектуальны матэрыял валодае выдатнымі характарыстыкамі хуткага пераўтварэння электрычнай энергіі ў механічную. Падводныя і электраакустычныя пераўтваральнікі, вырабленыя з гэтага гіганцкага магнітастрыкцыйнага матэрыялу, былі паспяхова сканфігураваны ў ваенна-марскім абсталяванні, дынаміках для выяўлення нафтавых свідравін, сістэмах кантролю шуму і вібрацыі, а таксама ў сістэмах даследавання акіяна і падземнай сувязі. Такім чынам, як толькі з'явіўся гіганцкі магнітастрыкцыйны матэрыял на аснове тэрбію дыспразію і жалеза, ён прыцягнуў шырокую ўвагу прамыслова развітых краін па ўсім свеце. Кампанія Edge Technologies у ЗША пачала вытворчасць гіганцкіх магнітастрыкцыйных матэрыялаў на аснове тэрбію і дыспразію ў 1989 годзе і назвала іх Terfenol D. Пасля гэтага Швецыя, Японія, Расія, Вялікабрытанія і Аўстралія таксама распрацавалі гіганцкія магнітастрыкцыйныя матэрыялы на аснове тэрбію і дыспразію.
З гісторыі распрацоўкі гэтага матэрыялу ў Злучаных Штатах вынікае, што як вынаходніцтва гэтага матэрыялу, так і яго ранняе манапалістычнае прымяненне непасрэдна звязаны з ваеннай прамысловасцю (напрыклад, флотам). Нягледзячы на тое, што ваенныя і абаронныя ведамствы Кітая паступова ўмацоўваюць сваё разуменне гэтага матэрыялу, з улікам значнага ўмацавання ўсебаковай нацыянальнай моцы Кітая, патрэба ў дасягненні ваеннай канкурэнтаздольнай стратэгіі 21-га стагоддзя і павышэнні ўзроўню абсталявання, безумоўна, будзе вельмі актуальнай. Такім чынам, шырокае выкарыстанне гіганцкіх магнітастрыкцыйных матэрыялаў на аснове тэрбію дыспразію і жалеза ваеннымі і нацыянальнымі абароннымі ведамствамі будзе гістарычнай неабходнасцю.
Карацей кажучы, шматлікія выдатныя ўласцівасцітэрбійробяць яго незаменным кампанентам многіх функцыянальных матэрыялаў і незаменным месцам у некаторых галінах прымянення. Аднак з-за высокай цаны на тэрбій людзі вывучаюць, як пазбегнуць і мінімізаваць выкарыстанне тэрбія, каб знізіць вытворчыя выдаткі. Напрыклад, рэдказямельныя магнітааптычныя матэрыялы таксама павінны выкарыстоўваць недарагіядыспразій жалезакобальт або гадаліній тэрбій кобальт як мага больш; Паспрабуйце знізіць утрыманне тэрбію ў зялёным флуарэсцэнтным парашку, які неабходна выкарыстоўваць. Кошт стаў важным фактарам, які абмяжоўвае шырокае выкарыстаннетэрбійАле многія функцыянальныя матэрыялы не могуць абысціся без яго, таму мы павінны прытрымлівацца прынцыпу «выкарыстоўваць добрую сталь для ляза» і старацца эканоміць на выкарыстанні...тэрбійнаколькі гэта магчыма.
Час публікацыі: 25 кастрычніка 2023 г.