Terbiwmyn perthyn i'r categori trwmdaearoedd prin, gyda digonedd isel yng nghramen y Ddaear sef dim ond 1.1 ppm. Mae ocsid terbiwm yn cyfrif am lai na 0.01% o gyfanswm y ddaear brin. Hyd yn oed yn y mwyn daear brin trwm math ïon yttriwm uchel gyda'r cynnwys uchaf o terbiwm, dim ond 1.1-1.2% o gyfanswm y ddaear brin y mae'r cynnwys terbiwm yn cyfrif amdano, sy'n dangos ei fod yn perthyn i'r categori "nobl" o elfennau daear prin. Ers dros 100 mlynedd ers darganfod terbiwm ym 1843, mae ei brinder a'i werth wedi atal ei gymhwysiad ymarferol am amser hir. Dim ond yn y 30 mlynedd diwethaf y mae terbiwm wedi dangos ei dalent unigryw.
Darganfod Hanes
Darganfuwyd terbiwm gan y cemegydd o Sweden, Carl Gustaf Mosander, ym 1843. Daeth o hyd i'w amhureddau ynOcsid Yttrium(III)aY2O3Enwir Yttrium ar ôl pentref Ytterby yn Sweden. Cyn ymddangosiad technoleg cyfnewid ïonau, nid oedd terbiwm yn cael ei ynysu yn ei ffurf bur.
Rhannodd Mosant ocsid Yttrium(III) yn dair rhan yn gyntaf, pob un wedi'i enwi ar ôl mwynau: ocsid Yttrium(III),Ocsid erbiwm(III), ac ocsid terbiwm. Yn wreiddiol, roedd ocsid terbiwm yn cynnwys rhan binc, oherwydd yr elfen a elwir bellach yn erbiwm. Yn wreiddiol, roedd “ocsid erbiwm(III)” (gan gynnwys yr hyn a alwn ni bellach yn terbiwm) yn rhan ddi-liw yn y toddiant. Ystyrir bod ocsid anhydawdd yr elfen hon yn frown.
Prin y gallai gweithwyr diweddarach weld yr “ocsid Erbium(III)” bach di-liw, ond ni ellid anwybyddu’r rhan binc hydawdd. Mae dadleuon ynghylch bodolaeth ocsid Erbium(III) wedi codi dro ar ôl tro. Yn yr anhrefn, cafodd yr enw gwreiddiol ei wrthdroi a chafodd y cyfnewid enwau ei gadw, felly yn y pen draw cafodd y rhan binc ei grybwyll fel hydoddiant yn cynnwys erbium (yn yr hydoddiant, roedd yn binc). Credir bellach fod gweithwyr sy’n defnyddio sodiwm bisulfad neu botasiwm sylffad yn cymrydOcsid ceriwm(IV)allan o ocsid Yttrium(III) a throi terbiwm yn anfwriadol yn waddod sy'n cynnwys ceriwm. Dim ond tua 1% o'r ocsid Yttrium(III) gwreiddiol, a elwir bellach yn "terbiwm", sy'n ddigon i basio lliw melynaidd i ocsid Yttrium(III). Felly, mae terbiwm yn gydran eilaidd a oedd yn ei gynnwys yn wreiddiol, ac mae'n cael ei reoli gan ei gymdogion uniongyrchol, gadoliniwm a dysprosiwm.
Wedi hynny, pryd bynnag y byddai elfennau daear prin eraill yn cael eu gwahanu o'r cymysgedd hwn, waeth beth oedd cyfran yr ocsid, cadwyd yr enw terbiwm nes yn y pen draw, bod ocsid brown terbiwm yn cael ei gael ar ffurf bur. Ni ddefnyddiodd ymchwilwyr yn y 19eg ganrif dechnoleg fflwroleuedd uwchfioled i arsylwi nodau melyn llachar neu wyrdd (III), gan ei gwneud hi'n haws i terbiwm gael ei adnabod mewn cymysgeddau neu doddiannau solet.
Cyfluniad electron
Cyfluniad electron:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
Cyfluniad electron terbiwm yw [Xe] 6s24f9. Fel arfer, dim ond tri electron y gellir eu tynnu cyn i'r gwefr niwclear fynd yn rhy fawr i'w ïoneiddio ymhellach, ond yn achos terbiwm, mae terbiwm lled-lenwi yn caniatáu i'r pedwerydd electron gael ei ïoneiddio ymhellach ym mhresenoldeb ocsidyddion cryf iawn fel nwy fflworin.
Mae terbium yn fetel prin gwyn arian gyda hydwythedd, caledwch a meddalwch y gellir ei dorri â chyllell. Pwynt toddi 1360 ℃, pwynt berwi 3123 ℃, dwysedd 8229 4kg/m3. O'i gymharu â'r Lanthanid cynnar, mae'n gymharol sefydlog yn yr awyr. Fel nawfed elfen Lanthanid, mae terbium yn fetel â thrydan cryf. Mae'n adweithio â dŵr i ffurfio hydrogen.
Yn y byd natur, ni chanfuwyd erioed fod terbiwm yn elfen rydd, ac mae ychydig bach ohono'n bodoli mewn tywod ffosffoseriwm thoriwm a Gadolinit. Mae terbiwm yn cydfodoli ag elfennau daear prin eraill mewn tywod monasit, gyda chynnwys terbiwm o 0.03% yn gyffredinol. Ffynonellau eraill yw mwynau Xenotime ac aur du prin, y ddau ohonynt yn gymysgeddau o ocsidau ac yn cynnwys hyd at 1% o terbiwm.
Cais
Mae cymhwyso terbium yn ymwneud yn bennaf â meysydd uwch-dechnoleg, sef prosiectau arloesol sy'n ddwys o ran technoleg a gwybodaeth, yn ogystal â phrosiectau sydd â manteision economaidd sylweddol, gyda rhagolygon datblygu deniadol.
Mae'r prif feysydd cymhwyso yn cynnwys:
(1) Wedi'i ddefnyddio ar ffurf cymysgedd o briddoedd prin. Er enghraifft, fe'i defnyddir fel gwrtaith cyfansawdd priddoedd prin ac ychwanegyn porthiant ar gyfer amaethyddiaeth.
(2) Actifadu ar gyfer powdr gwyrdd mewn tri phowdr fflwroleuol cynradd. Mae deunyddiau optoelectronig modern yn gofyn am ddefnyddio tri lliw sylfaenol o ffosfforau, sef coch, gwyrdd a glas, y gellir eu defnyddio i syntheseiddio gwahanol liwiau. Ac mae terbium yn gydran anhepgor mewn llawer o bowdrau fflwroleuol gwyrdd o ansawdd uchel.
(3) Wedi'i ddefnyddio fel deunydd storio magneto-optegol. Defnyddiwyd ffilmiau tenau aloi metel pontio terbiwm metel amorffaidd i gynhyrchu disgiau magneto-optegol perfformiad uchel.
(4) Gweithgynhyrchu gwydr magneto-optegol. Mae gwydr cylchdro Faraday sy'n cynnwys terbium yn ddeunydd allweddol ar gyfer gweithgynhyrchu cylchdroyddion, ynysyddion, a chylchredyddion mewn technoleg laser.
(5) Mae datblygiad a datblygiad aloi ferromagnetostrictive dysprosium terbium (TerFenol) wedi agor cymwysiadau newydd ar gyfer terbium.
Ar gyfer amaethyddiaeth a hwsmonaeth anifeiliaid
Gall terbium daear prin wella ansawdd cnydau a chynyddu cyfradd ffotosynthesis o fewn ystod crynodiad benodol. Mae gan gymhlygion terbium weithgaredd biolegol uchel. Mae gan gymhlygion teiran o terbium, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3 · 3H2O, effeithiau gwrthfacterol a bactericidal da ar Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis ac Escherichia coli. Mae ganddynt sbectrwm gwrthfacterol eang. Mae astudio cymhlygion o'r fath yn darparu cyfeiriad ymchwil newydd ar gyfer cyffuriau bactericidal modern.
Wedi'i ddefnyddio ym maes goleuedd
Mae deunyddiau optoelectronig modern yn gofyn am ddefnyddio tair lliw sylfaenol o ffosfforau, sef coch, gwyrdd a glas, y gellir eu defnyddio i syntheseiddio gwahanol liwiau. 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 yttriwm ac ewropiwm, yna mae powdr fflwroleuol gwyrdd lliw cynradd tair daear prin ar gyfer lampau wedi hyrwyddo cymhwyso a datblygu terbium. Yn gynnar yn y 1980au, dyfeisiodd Philips y lamp fflwroleuol arbed ynni gryno gyntaf yn y byd a'i hyrwyddo'n fyd-eang yn gyflym. Gall ïonau Tb3+ allyrru golau gwyrdd gyda thonfedd o 545nm, ac mae bron pob ffosffor gwyrdd daear prin yn defnyddio terbium fel actifadu.
Mae'r ffosffor gwyrdd ar gyfer tiwb pelydr cathod teledu lliw (CRT) wedi bod yn seiliedig ar sylffid sinc erioed, sy'n rhad ac yn effeithlon, ond mae'r powdr terbiwm wedi cael ei ddefnyddio erioed fel y ffosffor gwyrdd ar gyfer teledu lliw taflunio, gan gynnwys Y2SiO5 ∶ Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12 ∶ Tb3+ a LaOBr ∶ Tb3+. Gyda datblygiad teledu diffiniad uchel 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 cerrynt uchel.
Y powdr fflwroleuol pelydr-X traddodiadol yw twngstat calsiwm. Yn y 1970au a'r 1980au, datblygwyd ffosfforau daear prin ar gyfer sgriniau dwysáu, megis ocsid Lanthanum sylffwr wedi'i actifadu gan terbium, ocsid Lanthanum bromin wedi'i actifadu gan terbium (ar gyfer sgriniau gwyrdd), ocsid Yttrium(III) sylffwr wedi'i actifadu gan terbium, ac ati. O'i gymharu â thwngstat calsiwm, gall powdr fflwroleuol daear prin leihau amser arbelydru pelydr-X i gleifion 80%, gwella datrysiad ffilmiau pelydr-X, ymestyn oes tiwbiau pelydr-X, a lleihau'r defnydd o ynni. Defnyddir terbium hefyd fel actifadu 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 dos amlygiad pelydrau-X i'r corff dynol yn fawr (mwy na 50%).
Defnyddir terbium hefyd fel actifadwr yn y ffosffor LED gwyn sy'n cael ei gyffroi gan olau glas ar gyfer goleuadau lled-ddargludyddion newydd. Gellir ei ddefnyddio i gynhyrchu ffosfforau crisial magneto optegol alwminiwm terbium, gan ddefnyddio deuodau allyrru golau glas fel ffynonellau golau cyffroi, ac mae'r fflwroleuedd a gynhyrchir yn cael ei gymysgu â'r golau cyffroi i gynhyrchu golau gwyn pur.
Mae'r deunyddiau electroluminescent a wneir o terbium yn cynnwys ffosffor gwyrdd sylffid sinc yn bennaf gyda terbium fel yr actifadwr. O dan arbelydru uwchfioled, gall cymhlygion organig o terbium allyrru fflwroleuedd gwyrdd cryf a gellir eu defnyddio fel deunyddiau electroluminescent ffilm denau. Er bod cynnydd sylweddol wedi'i wneud yn yr astudiaeth o ffilmiau tenau electroluminescent cymhleth organig daear prin, mae yna fwlch penodol o hyd o ymarferoldeb, ac mae ymchwil ar ffilmiau tenau a dyfeisiau electroluminescent cymhleth organig daear prin yn dal i fod yn fanwl.
Defnyddir nodweddion fflwroleuedd terbium hefyd fel chwiliedyddion fflwroleuedd. Er enghraifft, defnyddiwyd chwiliedydd fflwroleuedd Ofloxacin terbium (Tb3+) i astudio'r rhyngweithio rhwng cymhlyg Ofloxacin terbium (Tb3+) a DNA (DNA) trwy sbectrwm fflwroleuedd a sbectrwm amsugno, gan ddangos y gall chwiliedydd Ofloxacin Tb3+ ffurfio rhwymiad rhigol gyda moleciwlau DNA, a gall DNA wella fflwroleuedd 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 helaeth mewn laserau a dyfeisiau optegol eraill. Mae dau fath cyffredin o ddeunyddiau magneto-optegol: crisialau magneto-optegol a gwydr magneto-optegol. Yn eu plith, mae gan grisialau magneto-optegol (megis garnet haearn Yttrium a garnet gallium terbium) fanteision amledd 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 cylchdro Faraday uchel amsugniad uchel yn yr ystod don fer, sy'n cyfyngu ar eu defnydd. O'i gymharu â chrisialau magneto-optegol, mae gan wydr magneto-optegol y fantais o drosglwyddiad uchel ac mae'n hawdd ei wneud yn flociau neu ffibrau mawr. Ar hyn o bryd, gwydrau magneto-optegol ag effaith Faraday uchel yw gwydrau wedi'u dopio ag ïonau daear prin yn bennaf.
Wedi'i ddefnyddio ar gyfer deunyddiau storio magneto-optegol
Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, gyda datblygiad cyflym amlgyfrwng ac awtomeiddio swyddfa, mae'r galw am ddisgiau magnetig capasiti uchel newydd wedi bod yn cynyddu. Defnyddiwyd ffilmiau aloi metel pontio terbium metel amorffaidd i gynhyrchu disgiau magneto-optegol perfformiad uchel. Yn eu plith, mae gan y ffilm denau aloi TbFeCo y perfformiad gorau. Cynhyrchwyd deunyddiau magneto-optegol sy'n seiliedig ar terbium ar raddfa fawr, a defnyddir disgiau magneto-optegol a wneir ohonynt fel cydrannau storio cyfrifiadurol, gyda chynnydd o 10-15 gwaith yn y capasiti storio. Mae ganddynt fanteision capasiti 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 ac is-goch agos yw grisial sengl Terbium Gallium Garnet (TGG), sef y deunydd magneto-optegol gorau ar gyfer gwneud cylchdrowyr ac ynysyddion Faraday.
Ar gyfer gwydr magneto optegol
Mae gan wydr magneto optegol Faraday dryloywder ac isotropi da yn y rhanbarthau gweladwy ac is-goch, a gall ffurfio amrywiol siapiau cymhleth. Mae'n hawdd cynhyrchu cynhyrchion mawr a gellir eu tynnu'n ffibrau optegol. Felly, mae ganddo ragolygon cymhwysiad eang mewn dyfeisiau magneto optegol fel ynysyddion magneto optegol, modiwleidyddion magneto optegol, a synwyryddion cerrynt ffibr optig. Oherwydd ei foment magnetig mawr a'i gyfernod amsugno bach yn yr ystod weladwy ac is-goch, mae ïonau Tb3+ wedi dod yn ïonau daear prin a ddefnyddir yn gyffredin mewn sbectol magneto optegol.
Aloi ferromagneto-gyfyngol dysprosiwm terbium
Ar ddiwedd yr 20fed ganrif, gyda dyfnhau'r chwyldro gwyddonol a thechnolegol byd-eang, mae Deunyddiau Cymhwysol newydd o brin ddaear yn dod i'r amlwg yn gyflym. Ym 1984, datblygodd Prifysgol Talaith Iowa yn yr Unol Daleithiau, Labordy Ames yn Adran Ynni'r Unol Daleithiau a Chanolfan Ymchwil Arfau Arwyneb Llynges yr Unol Daleithiau (daeth prif bersonél y Cwmni Technoleg American Edge (ET REMA) a sefydlwyd yn ddiweddarach o'r ganolfan) ddeunydd Smart newydd o brin ddaear ar y cyd, sef deunydd magnetostrictive anferth haearn terbium dysprosium. Mae gan y deunydd Smart newydd hwn y nodweddion rhagorol o drosi ynni trydanol yn gyflym yn ynni mecanyddol. Mae'r trawsddygiaduron tanddwr ac electro-acwstig a wneir o'r deunydd magnetostrictive anferth hwn wedi'u ffurfweddu'n llwyddiannus mewn offer llyngesol, siaradwyr canfod ffynhonnau olew, systemau rheoli sŵn a dirgryniad, a systemau archwilio cefnforoedd a chyfathrebu tanddaearol. Felly, cyn gynted ag y ganed y deunydd magnetostrictive anferth haearn terbium dysprosium, cafodd sylw eang gan wledydd diwydiannol ledled y byd. Dechreuodd Edge Technologies yn yr Unol Daleithiau gynhyrchu deunyddiau magnetostrictive anferth haearn terbium dysprosium ym 1989 a'u henwi'n Terfenol D. Wedi hynny, datblygodd Sweden, Japan, Rwsia, y Deyrnas Unedig, ac Awstralia ddeunyddiau magnetostrictive anferth haearn terbium dysprosium hefyd.
O hanes datblygiad y deunydd hwn yn yr Unol Daleithiau, mae dyfeisio'r deunydd a'i gymwysiadau monopolistig cynnar yn gysylltiedig yn uniongyrchol â'r diwydiant milwrol (megis y llynges). Er bod adrannau milwrol ac amddiffyn Tsieina yn cryfhau eu dealltwriaeth o'r deunydd hwn yn raddol. Fodd bynnag, ar ôl i Bŵer Cenedlaethol Cynhwysfawr Tsieina gynyddu'n sylweddol, bydd y gofynion ar gyfer gwireddu'r strategaeth gystadleuol filwrol yn yr 21ain ganrif a gwella lefel yr offer yn sicr o fod yn frys iawn. Felly, bydd y defnydd eang o ddeunyddiau magnetostrictive cawr haearn terbium dysprosium gan adrannau milwrol ac amddiffyn cenedlaethol yn angenrheidrwydd hanesyddol.
Yn fyr, mae priodweddau rhagorol niferus terbium yn ei wneud yn aelod anhepgor o lawer o ddeunyddiau swyddogaethol ac yn safle na ellir ei ailosod mewn rhai meysydd cymhwysiad. 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 prin ddaear hefyd ddefnyddio cobalt haearn dysprosiwm cost isel neu cobalt terbium gadoliniwm cymaint 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 lynu wrth yr egwyddor o "ddefnyddio dur da ar y llafn" a cheisio arbed y defnydd o terbium cymaint â phosibl.
Amser postio: Gorff-05-2023