Terbiumyn perthyn i'r categori trwmdaearoedd prin, gyda digonedd isel yng nghramen y Ddaear yn 1.1 ppm yn unig. Mae terbium ocsid yn cyfrif am lai na 0.01% o gyfanswm y priddoedd prin. Hyd yn oed yn y mwyn daear prin trwm math ïon yttrium uchel gyda'r cynnwys uchaf o terbium, mae'r cynnwys terbium ond yn cyfrif am 1.1-1.2% o gyfanswm y ddaear brin, sy'n nodi ei fod yn perthyn i'r categori "bonheddig" o elfennau daear prin. Am dros 100 mlynedd ers darganfod terbium ym 1843, mae ei brinder a'i werth wedi atal ei gymhwyso'n ymarferol ers amser maith. Dim ond yn y 30 mlynedd diwethaf y mae terbium wedi dangos ei dalent unigryw.
Darganfod Hanes
Darganfuodd y fferyllydd o Sweden Carl Gustaf Mosander terbium ym 1843. Daeth o hyd i'w amhureddau ynYttrium(III) ocsidaY2O3. Enwir Yttrium ar ôl pentref Ytterby yn Sweden. Cyn ymddangosiad technoleg cyfnewid ïon, nid oedd terbium yn ynysig yn ei ffurf pur.
Rhannodd Mosant Yttrium(III) ocsid yn dair rhan gyntaf, pob un wedi'i enwi ar ôl mwynau: Yttrium(III) ocsid,Erbium(III) ocsid, a terbium ocsid. Roedd terbium ocsid yn wreiddiol yn cynnwys rhan binc, oherwydd yr elfen a elwir bellach yn erbium. Yn wreiddiol, “Erbium(III) ocsid” (gan gynnwys yr hyn rydyn ni'n ei alw nawr yn terbium) oedd y rhan ddi-liw yn y bôn yn yr hydoddiant. Ystyrir bod ocsid anhydawdd yr elfen hon yn frown.
Prin y gallai gweithwyr diweddarach weld yr “Erbium(III) ocsid” bychan di-liw, ond ni ellid anwybyddu’r rhan binc hydawdd. Mae dadleuon am fodolaeth Erbium(III) ocsid wedi codi dro ar ôl tro. Yn yr anhrefn, cafodd yr enw gwreiddiol ei wrthdroi ac roedd cyfnewid enwau yn sownd, felly soniwyd am y rhan binc yn y pen draw fel datrysiad sy'n cynnwys erbium (yn yr ateb, roedd yn binc). Credir bellach bod gweithwyr sy'n defnyddio sodiwm bisulfate neu Potasiwm sylffad yn cymrydCerium(IV) ocsidallan o Yttrium(III) ocsid ac yn troi terbium yn anfwriadol yn waddod sy'n cynnwys cerium. Dim ond tua 1% o'r Yttrium(III) ocsid gwreiddiol, a elwir bellach yn “terbium”, sy'n ddigon i drosglwyddo lliw melynaidd i Yttrium(III) ocsid. Felly, mae terbium yn gydran eilaidd a oedd yn ei gynnwys i ddechrau, ac mae'n cael ei reoli gan ei gymdogion agos, gadolinium a dysprosium.
Wedi hynny, pryd bynnag y gwahanwyd elfennau daear prin eraill o'r cymysgedd hwn, waeth beth fo'r gyfran o'r ocsid, cadwyd enw terbium nes yn olaf, cafwyd ocsid brown terbium mewn ffurf pur. Ni ddefnyddiodd ymchwilwyr yn y 19eg ganrif dechnoleg fflworoleuedd uwchfioled i arsylwi nodules melyn neu wyrdd llachar (III), gan ei gwneud hi'n haws i terbium gael ei adnabod mewn cymysgeddau solet neu atebion.
Cyfluniad electronig
Cyfluniad electronig:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
Cyfluniad Electron terbium yw [Xe] 6s24f9. Fel rheol, dim ond tri electron y gellir eu tynnu cyn i'r tâl niwclear fynd yn rhy fawr i gael ei ïoneiddio ymhellach, ond yn achos terbium, mae terbium lled-lenwi yn caniatáu i'r pedwerydd electron gael ei ïoneiddio ymhellach ym mhresenoldeb ocsidyddion cryf iawn fel nwy fflworin.
Mae terbium yn fetel daear prin gwyn arian gyda hydwythedd, caledwch a meddalwch y gellir ei dorri â chyllell. Pwynt toddi 1360 ℃, berwbwynt 3123 ℃, dwysedd 8229 4kg/m3. O'i gymharu â'r Lanthanide cynnar, mae'n gymharol sefydlog yn yr awyr. Fel nawfed elfen Lanthanide, mae terbium yn fetel â thrydan cryf. Mae'n adweithio â dŵr i ffurfio hydrogen.
O ran natur, ni ddarganfuwyd erioed bod terbium yn elfen rydd, y mae ychydig ohono'n bodoli mewn tywod thorium phosphocerium a Gadolinite. Mae terbium yn cydfodoli ag elfennau daear prin eraill mewn tywod monazite, gyda chynnwys terbium yn gyffredinol o 0.03%. Ffynonellau eraill yw mwynau aur prin Xenotime a du, sydd ill dau yn gymysgeddau o ocsidau ac yn cynnwys hyd at 1% terbium.
Cais
Mae cymhwyso terbium yn bennaf yn cynnwys meysydd uwch-dechnoleg, sy'n brosiectau blaengar o ran technoleg a gwybodaeth ddwys, yn ogystal â phrosiectau sydd â buddion economaidd sylweddol, gyda rhagolygon datblygu deniadol.
Mae'r prif feysydd cais yn cynnwys:
(1) Fe'i defnyddir ar ffurf daearoedd prin cymysg. Er enghraifft, fe'i defnyddir fel gwrtaith cyfansawdd daear prin ac ychwanegyn bwyd anifeiliaid ar gyfer amaethyddiaeth.
(2) Activator ar gyfer powdr gwyrdd mewn tri powdr fflwroleuol cynradd. Mae deunyddiau optoelectroneg modern yn gofyn am ddefnyddio tri lliw sylfaenol o ffosfforiaid, sef coch, gwyrdd a glas, y gellir eu defnyddio i syntheseiddio lliwiau amrywiol. Ac mae terbium yn elfen anhepgor mewn llawer o bowdrau fflwroleuol gwyrdd o ansawdd uchel.
(3) Defnyddir fel deunydd storio optegol magneto. Defnyddiwyd ffilmiau tenau aloi metel trawsnewid terbium metel amorffaidd i gynhyrchu disgiau magneto-optegol perfformiad uchel.
(4) Gweithgynhyrchu gwydr optegol magneto. Mae gwydr cylchdro Faraday sy'n cynnwys terbium yn ddeunydd allweddol ar gyfer gweithgynhyrchu rotators, ynysyddion a chylchredwyr mewn technoleg laser.
(5) Mae datblygu a datblygu aloi terbium dysprosium ferromagnetostrictive (TerFenol) wedi agor ceisiadau newydd ar gyfer terbium.
Ar gyfer amaethyddiaeth a hwsmonaeth anifeiliaid
Gall terbium daear prin wella ansawdd y cnydau a chynyddu cyfradd ffotosynthesis o fewn ystod crynodiad penodol. Mae gan gyfadeiladau terbium weithgaredd biolegol uchel. Mae gan gyfadeiladau teiran o terbium, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3 · 3H2O, effeithiau gwrthfacterol a bactericidal da ar Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis ac Escherichia coli. Mae ganddyn nhw sbectrwm gwrthfacterol eang. Mae astudiaeth o gyfadeiladau o'r fath yn darparu cyfeiriad ymchwil newydd ar gyfer cyffuriau bactericidal modern.
Defnyddir ym maes goleuedd
Mae deunyddiau optoelectroneg modern yn gofyn am ddefnyddio tri lliw sylfaenol o ffosfforiaid, sef coch, gwyrdd a glas, y gellir eu defnyddio i syntheseiddio lliwiau amrywiol. Ac mae terbium yn elfen anhepgor mewn llawer o bowdrau fflwroleuol gwyrdd o ansawdd uchel. Os yw genedigaeth powdr fflwroleuol coch teledu lliw daear prin wedi ysgogi'r galw am yttrium a europium, yna mae cymhwyso a datblygu terbium wedi'u hyrwyddo gan bowdr fflwroleuol gwyrdd lliw cynradd prin y ddaear tri ar gyfer lampau. Yn gynnar yn yr 1980au, dyfeisiodd Philips lamp fflwroleuol gryno arbed ynni cyntaf y byd a'i hyrwyddo'n gyflym yn fyd-eang. Gall ïonau Tb3+ allyrru golau gwyrdd gyda thonfedd o 545nm, ac mae bron pob un o'r ffosfforiaid gwyrdd daear prin yn defnyddio terbium fel actifydd.
Mae'r ffosffor gwyrdd ar gyfer tiwb pelydr cathod teledu lliw (CRT) bob amser wedi bod yn seiliedig ar sylffid Sinc, sy'n rhad ac yn effeithlon, ond mae'r powdr terbium bob amser wedi'i ddefnyddio fel y ffosffor gwyrdd ar gyfer teledu lliw taflunio, gan gynnwys Y2SiO5 ∶ Tb3 +, Y3 ( Al, Ga) 5O12 ∶ Tb3+ a LaOBr ∶ Tb3+. Gyda datblygiad teledu manylder uwch sgrin fawr (HDTV), mae powdrau fflwroleuol gwyrdd perfformiad uchel ar gyfer CRTs hefyd yn cael eu datblygu. Er enghraifft, mae powdr fflwroleuol gwyrdd hybrid wedi'i ddatblygu dramor, sy'n cynnwys Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+, ac Y2SiO5: Tb3+, sydd ag effeithlonrwydd goleuedd rhagorol ar ddwysedd cyfredol uchel.
Y powdr fflwroleuol pelydr-X traddodiadol yw tungstate calsiwm. Yn y 1970au a'r 1980au, datblygwyd ffosfforau daear prin ar gyfer sgriniau dwysáu, megis sylffwr terbium activated Lanthanum ocsid, terbium bromin actifedig Lanthanum ocsid (ar gyfer sgriniau gwyrdd), terbium sylffwr activated Yttrium (III) ocsid, ac ati, o'i gymharu â tungstate, o'i gymharu â tungstate gall powdr fflwroleuol daear prin leihau amser pelydr-X arbelydru i gleifion 80%, gwella datrysiad ffilmiau pelydr-X, ymestyn oes tiwbiau pelydr-X, a lleihau'r defnydd o ynni. Mae terbium hefyd yn cael ei ddefnyddio fel actifydd powdr fflwroleuol ar gyfer sgriniau gwella pelydr-X meddygol, a all wella sensitifrwydd trosi pelydr-X yn ddelweddau optegol yn fawr, gwella eglurder ffilmiau pelydr-X, a lleihau'r dos amlygiad o X- yn fawr. pelydrau i'r corff dynol (gan fwy na 50%).
Mae Terbium hefyd yn cael ei ddefnyddio fel activator yn y ffosffor LED gwyn wedi'i gyffroi gan olau glas ar gyfer goleuadau lled-ddargludyddion newydd. Gellir ei ddefnyddio i gynhyrchu ffosfforau grisial magneto optegol terbium alwminiwm, gan ddefnyddio deuodau allyrru golau glas fel ffynonellau golau cyffro, ac mae'r fflworoleuedd a gynhyrchir yn cael ei gymysgu â'r golau cyffro i gynhyrchu golau gwyn pur.
Mae'r deunyddiau electroluminescent a wneir o terbium yn bennaf yn cynnwys ffosffor gwyrdd sylffid Sinc gyda terbium fel y activator. O dan arbelydru uwchfioled, gall cyfadeiladau organig terbium allyrru fflworoleuedd gwyrdd cryf a gellir eu defnyddio fel deunyddiau electroluminescent ffilm tenau. Er bod cynnydd sylweddol wedi'i wneud yn yr astudiaeth o ffilmiau tenau electroluminescent cymhleth organig daear prin, mae bwlch penodol o hyd o ymarferoldeb, ac mae ymchwil ar ffilmiau a dyfeisiau tenau electroluminescent cymhleth organig daear prin yn dal i fod yn fanwl.
Mae nodweddion fflworoleuedd terbium hefyd yn cael eu defnyddio fel chwilwyr fflworoleuedd. Er enghraifft, defnyddiwyd chwiliedydd fflworoleuedd Ofloxacin terbium (Tb3+) i astudio'r rhyngweithio rhwng cymhleth Ofloxacin terbium (Tb3+) a DNA (DNA) yn ôl sbectrwm fflworoleuedd a sbectrwm amsugno, gan nodi y gall stiliwr Ofloxacin Tb3+ ffurfio rhigol sy'n rhwymo â moleciwlau DNA, a gall DNA wella fflworoleuedd system Ofloxacin Tb3+ yn sylweddol. Yn seiliedig ar y newid hwn, gellir pennu DNA.
Ar gyfer deunyddiau magneto optegol
Defnyddir deunyddiau ag effaith Faraday, a elwir hefyd yn ddeunyddiau magneto-optegol, yn eang mewn laserau a dyfeisiau optegol eraill. Mae dau fath cyffredin o ddeunyddiau optegol magneto: crisialau optegol magneto a gwydr magneto optegol. Yn eu plith, mae gan grisialau magneto-optegol (fel garnet haearn Yttrium a garnet terbium gallium) fanteision amlder gweithredu addasadwy a sefydlogrwydd thermol uchel, ond maent yn ddrud ac yn anodd eu cynhyrchu. Yn ogystal, mae gan lawer o grisialau magneto-optegol ag ongl cylchdroi Faraday uchel amsugno uchel yn yr ystod tonnau byr, sy'n cyfyngu ar eu defnydd. O'i gymharu â chrisialau optegol magneto, mae gan wydr magneto optegol y fantais o drosglwyddiad uchel ac mae'n hawdd ei wneud yn flociau neu'n ffibrau mawr. Ar hyn o bryd, mae sbectol magneto-optegol ag effaith Faraday uchel yn sbectol doped ïon daear prin yn bennaf.
Defnyddir ar gyfer deunyddiau storio optegol magneto
Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, gyda datblygiad cyflym amlgyfrwng ac awtomeiddio swyddfa, mae'r galw am ddisgiau magnetig gallu uchel newydd wedi bod yn cynyddu. Mae ffilmiau aloi metel trawsnewid terbium metel amorffaidd wedi'u defnyddio i gynhyrchu disgiau magneto-optegol perfformiad uchel. Yn eu plith, mae gan ffilm denau aloi TbFeCo y perfformiad gorau. Mae deunyddiau magneto-optegol terbium wedi'u cynhyrchu ar raddfa fawr, a defnyddir disgiau magneto-optegol a wneir ohonynt fel cydrannau storio cyfrifiadurol, gyda chynhwysedd storio wedi cynyddu 10-15 gwaith. Mae ganddynt fanteision gallu mawr a chyflymder mynediad cyflym, a gellir eu sychu a'u gorchuddio ddegau o filoedd o weithiau pan gânt eu defnyddio ar gyfer disgiau optegol dwysedd uchel. Maent yn ddeunyddiau pwysig mewn technoleg storio gwybodaeth electronig. Y deunydd magneto-optegol a ddefnyddir amlaf yn y bandiau gweladwy a bron-goch yw grisial sengl Terbium Gallium Garnet (TGG), sef y deunydd magneto-optegol gorau ar gyfer gwneud cylchdroyddion ac ynysyddion Faraday.
Ar gyfer gwydr optegol magneto
Mae gan wydr optegol magneto Faraday dryloywder ac isotropi da yn y rhanbarthau gweladwy ac isgoch, a gall ffurfio siapiau cymhleth amrywiol. Mae'n hawdd cynhyrchu cynhyrchion maint mawr a gellir eu tynnu i mewn i ffibrau optegol. Felly, mae ganddo ragolygon cymhwysiad eang mewn dyfeisiau optegol magneto megis ynysyddion optegol magneto, modulators optegol magneto, a synwyryddion cerrynt ffibr optig. Oherwydd ei foment magnetig fawr a'i gyfernod amsugno bach yn yr ystod weladwy ac isgoch, mae ïonau Tb3 + wedi dod yn ïonau daear prin a ddefnyddir yn gyffredin mewn sbectol optegol magneto.
Aloi ferromagnetostrictive dysprosium terbium
Ar ddiwedd yr 20fed ganrif, gyda dyfnhau chwyldro gwyddonol a thechnolegol y byd, mae Deunyddiau Cymhwysol daear prin newydd yn dod i'r amlwg yn gyflym. Ym 1984, daeth Prifysgol Talaith Iowa yr Unol Daleithiau, Labordy Ames Adran Ynni yr Unol Daleithiau yr Unol Daleithiau a Chanolfan Ymchwil Arfau Arwyneb Llynges yr Unol Daleithiau (prif bersonél y Cwmni Technoleg Edge Americanaidd a sefydlwyd yn ddiweddarach (ET REMA) o y ganolfan) ar y cyd datblygodd ddeunydd Smart daear prin newydd, sef deunydd magnetostrictive cawr haearn terbium dysprosium. Mae gan y deunydd Smart newydd hwn nodweddion rhagorol trosi ynni trydanol yn ynni mecanyddol yn gyflym. Mae'r trawsddygiaduron tanddwr ac electro-acwstig a wneir o'r deunydd magnetostrigol anferth hwn wedi'u ffurfweddu'n llwyddiannus mewn offer llyngesol, seinyddion canfod ffynnon olew, systemau rheoli sŵn a dirgryniad, a systemau archwilio cefnfor a chyfathrebu tanddaearol. Felly, cyn gynted ag y ganwyd y deunydd magnetostrictive cawr haearn terbium dysprosium, cafodd sylw eang gan wledydd diwydiannol ledled y byd. Dechreuodd Edge Technologies yn yr Unol Daleithiau gynhyrchu deunyddiau magnetostrictive cawr haearn terbium dysprosium ym 1989 a'u henwi yn Terfenol D. Yn dilyn hynny, datblygodd Sweden, Japan, Rwsia, y Deyrnas Unedig, ac Awstralia hefyd ddeunyddiau magnetostrictive cawr haearn terbium dysprosium.
O hanes datblygiad y deunydd hwn yn yr Unol Daleithiau, mae dyfeisio'r deunydd a'i gymwysiadau monopolaidd cynnar yn uniongyrchol gysylltiedig â'r diwydiant milwrol (fel y llynges). Er bod adrannau milwrol ac amddiffyn Tsieina yn cryfhau eu dealltwriaeth o'r deunydd hwn yn raddol. Fodd bynnag, ar ôl i Grym Cenedlaethol Cynhwysfawr Tsieina gynyddu'n sylweddol, bydd y gofynion ar gyfer gwireddu'r strategaeth gystadleuol milwrol yn yr 21ain ganrif a gwella lefel yr offer yn sicr yn frys iawn. Felly, bydd y defnydd eang o ddeunyddiau magnetostrictive mawr haearn terbium dysprosium gan adrannau amddiffyn milwrol a chenedlaethol yn anghenraid hanesyddol.
Yn fyr, mae nifer o briodweddau rhagorol terbium yn ei gwneud yn aelod anhepgor o lawer o ddeunyddiau swyddogaethol ac yn sefyllfa anadferadwy mewn rhai meysydd cais. Fodd bynnag, oherwydd pris uchel terbium, mae pobl wedi bod yn astudio sut i osgoi a lleihau'r defnydd o terbium er mwyn lleihau costau cynhyrchu. Er enghraifft, dylai deunyddiau magneto-optegol daear prin hefyd ddefnyddio cobalt haearn dysprosium cost isel neu gadolinium terbium cobalt gymaint â phosibl; Ceisiwch leihau cynnwys terbium yn y powdr fflwroleuol gwyrdd y mae'n rhaid ei ddefnyddio. Mae pris wedi dod yn ffactor pwysig sy'n cyfyngu ar y defnydd eang o terbium. Ond ni all llawer o ddeunyddiau swyddogaethol wneud hebddo, felly mae'n rhaid i ni gadw at yr egwyddor o "ddefnyddio dur da ar y llafn" a cheisio arbed cymaint â phosibl ar y defnydd o terbium.
Amser postio: Gorff-05-2023