Тэрбійадносіцца да катэгорыі цяжкіхрэдказямельныя элементы, з нізкай колькасцю ў зямной кары ўсяго 1,1 праміле.Аксід тэрбія складае 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 колькасці рэдказямельных элементаў, што сведчыць аб прыналежнасці да «высакароднай» катэгорыі рэдказямельных элементаў.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.Толькі за апошнія 30 гадоў тэрбій праявіў свой унікальны талент.
Адкрыццё гісторыі
Шведскі хімік Карл Густаў Масандэр адкрыў тэрбій у 1843 г. Ён знайшоў яго прымешкі ўАксід ітрыю(III).іY2O3.Ітрый названы ў гонар вёскі Ітэрбю ў Швецыі.Да з'яўлення тэхналогіі іённага абмену тербий не вылучаўся ў чыстым выглядзе.
Мосант упершыню падзяліў аксід ітрыю (III) на тры часткі, усе названыя ў гонар руд: аксід ітрыю (III),Эрбію(ІІІ) аксід, і аксід тэрбія.Аксід тэрбія першапачаткова складаўся з ружовай часткі з-за элемента, цяпер вядомага як эрбій.«Аксід эрбію (III)» (уключаючы тое, што мы цяпер называем тэрбіем) першапачаткова быў па сутнасці бясколернай часткай раствора.Нерастваральны аксід гэтага элемента лічыцца карычневым.
Пазнейшыя працаўнікі з цяжкасцю змаглі заўважыць малюсенькі бескаляровы «аксід эрбію (III), але растваральную ружовую частку нельга было ігнараваць.Спрэчкі аб існаванні аксіду эрбія (III) узнікалі неаднаразова.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).У цяперашні час лічыцца, што работнікі, якія выкарыстоўваюць бісульфат натрыю або сульфат калію, прымаюцьЦэрый(IV) аксідз аксіду ітрыю (III) і ненаўмысна ператварыць тэрбій у асадак, які змяшчае цэрый.Толькі каля 1% першапачатковага аксіду ітрыю (III), цяпер вядомага як «тэрбій», дастаткова, каб перадаць аксіду ітрыю (III) жаўтлявы колер.Такім чынам, тэрбій з'яўляецца другасным кампанентам, які першапачаткова ўтрымліваў яго, і кантралюецца яго непасрэднымі суседзямі, гадолініем і дыспразіем.
Пасля, кожны раз, калі іншыя рэдказямельныя элементы былі аддзеленыя ад гэтай сумесі, незалежна ад долі аксіду, назва тэрбія захоўвалася, пакуль, нарэшце, не быў атрыманы карычневы аксід тэрбія 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
Электронная канфігурацыя:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
Электронная канфігурацыя тэрбія [Xe] 6s24f9.Звычайна можна выдаліць толькі тры электроны, перш чым зарад ядра стане занадта вялікім для далейшай іянізацыі, але ў выпадку з тэрбіем напаўзапоўнены тэрбій дазваляе далей іянізаваць чацвёрты электрон у прысутнасці вельмі моцных акісляльнікаў, такіх як фтор.
Тэрбій - гэта 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 раннім Lanthanoid, ён адносна стабільны ў паветры.Як дзевяты элемент лантанідаў, тэрбій - гэта метал з моцным электрычнасцю.Ён рэагуе з вадой з адукацыяй вадароду.
У прыродзе тэрбій ніколі не быў знойдзены свабодным элементам, невялікая колькасць якога існуе ў фасфацэрыевым торыевым пяску і гадалініце.Тэрбій суіснуе з іншымі рэдказямельнымі элементамі ў манацытавым пяску, звычайна з утрыманнем тэрбія 0,03%.Іншымі крыніцамі з'яўляюцца ксенотайм і руды чорнага рэдкага золата, якія ўяўляюць сабой сумесі аксідаў і ўтрымліваюць да 1% тэрбія.
Ужыванне
Прымяненне тэрбія ў асноўным датычыцца высокатэхналагічных сфер, якія з'яўляюцца тэхнаёмістымі і навукаёмістымі перадавымі праектамі, а таксама праектамі з істотнымі 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.А тэрбій з'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.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
Рэдказямельны тэрбій можа палепшыць якасць сельскагаспадарчых культур і павялічыць хуткасць фотасінтэзу ў пэўным дыяпазоне канцэнтрацый.Тербиевые комплексы валодаюць высокай біялагічнай актыўнасцю.Трайныя комплексы тэрбія, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3 · 3H2O, аказваюць добрае антыбактэрыйнае і бактэрыцыднае дзеянне на залацісты стафілакок, Bacillus subtilis і кішачную палачку.Яны валодаюць шырокім антыбактэрыйным спектрам.Вывучэнне такіх 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 чырвонага флуоресцентного парашка для тэлевізараў стымулявала попыт на ітрый і еўрапій, то прымяненню і распрацоўцы тэрбія спрыялі рэдказямельныя трох асноўныя зялёныя флуоресцентные парашкі 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 люмінафоры выкарыстоўваюць тэрбій у якасці актыватара.
Зялёны люмінафор для каляровых тэлевізійных электронна-прамянёвых трубак (ЭПТ) заўсёды быў заснаваны на сульфідзе цынку, які з'яўляецца танным і эфектыўным, але парашок тэрбія заўсёды выкарыстоўваўся ў якасці зялёнага люмінафора для праекцыйных каляровых тэлевізараў, у тым ліку 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 флуарэсцэнтны 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 для ўзмацнення экранаў былі распрацаваны рэдказямельныя люмінафоры, такія як актываваны тэрбіем серы аксід лантана, актываваны тэрбіем бром аксід лантана (для зялёных экранаў), актываваны тэрбіем серны аксід ітрыю (III) і г. д. У параўнанні з вальфраматам кальцыя, рэдказямельны флуоресцентный парашок можа скараціць час рэнтгенаўскага апраменьвання для пацыентаў на 80%, палепшыць дазвол 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%).
Тэрбій таксама выкарыстоўваецца ў якасці актыватара ў белым святлодыёдным люмінафоры, які ўзбуджаецца сінім святлом для новага паўправадніковага асвятлення.Ён можа быць выкарыстаны для вытворчасці тэрбіевых алюмініевых магнітааптычных 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 з тэрбія ў асноўным уключаюць сульфід цынку зялёны люмінафор з тэрбіем у якасці актыватара.Пад ультрафіялетавым апраменьваннем арганічныя комплексы тэрбія могуць выпраменьваць моцную зялёную флуарэсцэнцыю і могуць выкарыстоўвацца ў якасці тонкаплёнкавых электралюмінесцэнтных матэрыялаў.Хоць у вывучэнні электралюмінесцэнтных тонкіх плёнак рэдказямельных арганічных комплексаў дасягнуты значны прагрэс, усё яшчэ існуе пэўны разрыў у практычнасці, і даследаванні электралюмінесцэнтных тонкіх плёнак і прылад рэдказямельных арганічных комплексаў усё яшчэ працягваюцца.
Флуарэсцэнтныя характарыстыкі тэрбія таксама выкарыстоўваюцца ў якасці флуарэсцэнтных зондаў.Напрыклад, флуарэсцэнтны зонд Ofloxacin terbium (Tb3+) выкарыстоўваўся для вывучэння ўзаемадзеяння паміж комплексам Ofloxacin terbium (Tb3+) і ДНК (ДНК) па спектры флуарэсцэнцыі і спектру паглынання, што сведчыць аб тым, што зонд Ofloxacin Tb3+ можа ўтвараць канаўку, звязваючыся з малекуламі ДНК, і ДНК могуць значна ўзмацніць флуарэсцэнцыю сістэмы Ofloxacin Tb3+.На аснове гэтай змены можна вызначыць ДНК.
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 рэгулявання працоўнай частаты і высокую тэрмічную стабільнасць, але яны дарагія і складаныя ў вытворчасці.Акрамя таго, многія магнітааптычныя крышталі з вялікім вуглом 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.Плёнкі са сплаву 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 паглыбленнем сусветнай навукова-тэхнічнай рэвалюцыі, хутка з'яўляюцца новыя рэдказямельныя прыкладныя матэрыялы.У 1984 годзе Універсітэт штата Аёва ЗША, Лабараторыя Эймса Міністэрства энергетыкі ЗША і Даследчы цэнтр надводнага ўзбраення ВМС ЗША (асноўны персанал створанай пазней American Edge Technology Company (ET REMA) паходзіў з цэнтр) сумесна распрацавалі новы рэдказямельны разумны матэрыял, а менавіта гіганцкі магнітастрыкцыйны матэрыял тэрбій дыспрозій жалеза.Гэты новы разумны 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.Аднак пасля таго, як усеабдымная нацыянальная моц Кітая істотна ўзрасла, патрабаванні да рэалізацыі ваеннай канкурэнтнай стратэгіі ў XXI стагоддзі і паляпшэння ўзроўню абсталявання, безумоўна, будуць вельмі актуальнымі.Такім чынам, шырокае выкарыстанне гіганцкіх магнітастрыкцыйных матэрыялаў з тэрбію-дыспразію жалеза ваенным і нацыянальным абаронным ведамствам будзе гістарычнай неабходнасцю.
Карацей кажучы, мноства выдатных уласцівасцей тэрбія робяць яго незаменным членам многіх функцыянальных матэрыялаў і займаюць незаменнае месца ў 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 таксама павінны як мага больш выкарыстоўваць недарагі дыспрозій жалеза кобальт або гадаліній тэрбій кобальт;Паспрабуйце паменшыць утрыманне тэрбія ў зялёным флуоресцентном парашку, які неабходна выкарыстоўваць.Цана стала важным фактарам, які абмяжоўвае шырокае выкарыстанне тэрбія.Але многія функцыянальныя матэрыялы не могуць абысціся без яго, таму мы павінны прытрымлівацца прынцыпу «выкарыстоўваць добрую сталь на лязе» і імкнуцца максімальна зэканоміць выкарыстанне тэрбія.
Час публікацыі: 5 ліпеня 2023 г