Terbiyumağır kategorisine aittirnadir topraklar, yer kabuğunda yalnızca 1,1 ppm gibi düşük bir bolluğa sahiptir. Terbiyum oksit, toplam nadir toprak elementlerinin %0,01'inden azını oluşturur. En yüksek terbiyum içeriğine sahip, yüksek itriyum iyon tipi ağır nadir toprak cevherinde bile terbiyum içeriği, nadir toprak elementlerinin "asil" kategorisine ait olduğunu gösteren toplam nadir toprak miktarının yalnızca %1,1-1,2'sini oluşturur. Terbiyumun 1843'teki keşfinden bu yana geçen 100 yıldan fazla bir süredir, terbiyumun az bulunması ve değeri, pratik uygulamasını uzun süre engellemiştir. Terbium benzersiz yeteneğini ancak son 30 yılda gösterdi.
Tarihi Keşfetmek
İsveçli kimyager Carl Gustaf Mosander 1843'te terbiyumu keşfetti.İtriyum(III) oksitVeY2O3. Yttrium, İsveç'teki Ytterby köyünden adını almıştır. İyon değiştirme teknolojisinin ortaya çıkmasından önce terbiyum saf haliyle izole edilmiyordu.
Mosant ilk olarak Yttrium(III) oksidi üç parçaya ayırdı ve hepsi de cevherlerin adını aldı: Yttrium(III) oksit,Erbiyum(III) oksitve terbiyum oksit. Terbiyum oksit, artık erbiyum olarak bilinen element nedeniyle başlangıçta pembe bir kısımdan oluşuyordu. "Erbiyum(III) oksit" (şu anda terbiyum dediğimiz şey dahil) başlangıçta çözeltinin esas olarak renksiz kısmıydı. Bu elementin çözünmeyen oksidi kahverengi olarak kabul edilir.
Daha sonra işçiler minik, renksiz "Erbiyum(III) oksidi" neredeyse hiç gözlemleyemediler, ancak çözünür pembe kısım göz ardı edilemezdi. Erbiyum(III) oksidin varlığına ilişkin tartışmalar defalarca gündeme geldi. Bu kaos içinde, orijinal isim tersine çevrildi ve isim değişimi sıkışıp kaldı, bu yüzden sonunda pembe kısımdan erbiyum içeren bir solüsyon olarak bahsedildi (çözeltide pembeydi). Artık sodyum bisülfat veya Potasyum sülfat kullanan işçilerinSeryum(IV) oksitYttrium(III) oksitten çıkar ve istemeden terbiyumu seryum içeren bir çökeltiye dönüştürür. Artık "terbiyum" olarak bilinen orijinal Yttrium(III) oksidin yalnızca yaklaşık %1'i, Yttrium(III) okside sarımsı bir renk vermek için yeterlidir. Bu nedenle terbiyum, başlangıçta onu içeren ikincil bir bileşendir ve yakın komşuları gadolinyum ve disprosyum tarafından kontrol edilir.
Daha sonra bu karışımdan diğer nadir toprak elementleri ayrıldığında, oksit oranına bakılmaksızın terbiyum adı korundu ve sonunda kahverengi terbiyum oksidi saf formda elde edildi. 19. yüzyıldaki araştırmacılar, parlak sarı veya yeşil nodülleri (III) gözlemlemek için ultraviyole floresans teknolojisini kullanmadılar, bu da terbiyumun katı karışımlar veya çözeltilerde tanınmasını kolaylaştırdı.
Elektron konfigürasyonu
Elektron konfigürasyonu:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
Terbiyumun elektron konfigürasyonu [Xe] 6s24f9'dur. Normalde, nükleer yük daha fazla iyonize edilemeyecek kadar büyük hale gelmeden önce yalnızca üç elektron çıkarılabilir, ancak terbiyum durumunda yarı dolu terbiyum, flor gazı gibi çok güçlü oksidanların varlığında dördüncü elektronun daha fazla iyonize olmasına izin verir.
Terbiyum, bıçakla kesilebilen, süneklik, tokluk ve yumuşaklığa sahip gümüş beyazı nadir toprak metalidir. Erime noktası 1360°C, kaynama noktası 3123°C, yoğunluk 8229 4kg/m3. Erken Lantanit ile karşılaştırıldığında havada nispeten stabildir. Lantanidin dokuzuncu elementi olan terbiyum, güçlü elektriğe sahip bir metaldir. Su ile reaksiyona girerek hidrojen oluşturur.
Doğada, az miktarda fosfoseryum toryum kumu ve Gadolinitte bulunan terbiyumun serbest bir element olduğu hiçbir zaman görülmemiştir. Terbiyum, monazit kumunda diğer nadir toprak elementleriyle birlikte bulunur ve genellikle %0,03 terbiyum içeriğine sahiptir. Diğer kaynaklar, her ikisi de oksit karışımı olan ve %1'e kadar terbiyum içeren ksenotim ve siyah nadir altın cevherleridir.
Başvuru
Terbiyumun uygulanması çoğunlukla teknoloji yoğun ve bilgi yoğun ileri teknoloji projeleri olan yüksek teknoloji alanlarını ve ayrıca önemli ekonomik faydaları olan ve cazip gelişme beklentileri olan projeleri içerir.
Ana uygulama alanları şunları içerir:
(1) Karışık nadir toprak elementleri şeklinde kullanılır. Örneğin tarımda nadir toprak bileşiği gübresi ve yem katkı maddesi olarak kullanılır.
(2) Üç ana floresan tozdaki yeşil toz için aktivatör. Modern optoelektronik malzemeler, çeşitli renkleri sentezlemek için kullanılabilen üç temel fosfor renginin (kırmızı, yeşil ve mavi) kullanılmasını gerektirir. Ve terbiyum, birçok yüksek kaliteli yeşil floresan tozunun vazgeçilmez bir bileşenidir.
(3) Manyeto optik depolama malzemesi olarak kullanılır. Amorf metal terbiyum geçiş metali alaşımlı ince filmler, yüksek performanslı manyeto-optik disklerin üretiminde kullanılmıştır.
(4) Manyeto optik cam imalatı. Terbiyum içeren Faraday döner camı, lazer teknolojisinde döndürücülerin, izolatörlerin ve sirkülatörlerin üretiminde önemli bir malzemedir.
(5) Terbiyum disprosyum ferromanyetostriktif alaşımın (TerFenol) geliştirilmesi ve geliştirilmesi, terbiyum için yeni uygulamaların önünü açmıştır.
Tarım ve hayvancılık için
Nadir toprak terbiyum, mahsulün kalitesini iyileştirebilir ve belirli bir konsantrasyon aralığında fotosentez oranını artırabilir. Terbiyum kompleksleri yüksek biyolojik aktiviteye sahiptir. Terbiyumun üçlü kompleksleri, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3 · 3H2O, Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis ve Escherichia coli üzerinde iyi antibakteriyel ve bakterisidal etkilere sahiptir. Geniş bir antibakteriyel spektruma sahiptirler. Bu tür komplekslerin incelenmesi, modern bakteri öldürücü ilaçlar için yeni bir araştırma yönü sağlar.
Lüminesans alanında kullanılır
Modern optoelektronik malzemeler, çeşitli renkleri sentezlemek için kullanılabilen üç temel fosfor renginin (kırmızı, yeşil ve mavi) kullanılmasını gerektirir. Ve terbiyum, birçok yüksek kaliteli yeşil floresan tozunun vazgeçilmez bir bileşenidir. Nadir toprak renkli TV kırmızı floresan tozunun doğuşu, itriyum ve europium talebini artırdıysa, terbiyumun uygulanması ve geliştirilmesi, lambalar için nadir toprak üç ana renkli yeşil floresan tozuyla da desteklendi. 1980'lerin başında Philips dünyanın ilk kompakt, enerji tasarruflu floresan lambasını icat etti ve bunu hızla dünya çapında tanıttı. Tb3+ iyonları 545 nm dalga boyunda yeşil ışık yayabilir ve nadir toprak yeşil fosforlarının neredeyse tamamı aktivatör olarak terbiyumu kullanır.
Renkli TV katot ışın tüpü (CRT) için yeşil fosfor her zaman ucuz ve verimli olan Çinko sülfür bazlı olmuştur, ancak terbiyum tozu her zaman Y2SiO5 ∶ Tb3+, Y3 dahil olmak üzere renkli TV projeksiyonu için yeşil fosfor olarak kullanılmıştır ( Al, Ga) 5O12 ∶ Tb3+ ve LaOBr ∶ Tb3+. Büyük ekran yüksek çözünürlüklü televizyonun (HDTV) geliştirilmesiyle birlikte, CRT'ler için yüksek performanslı yeşil floresan tozlar da geliştirilmektedir. Örneğin yurtdışında Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+ ve Y2SiO5: Tb3+'dan oluşan, yüksek akım yoğunluğunda mükemmel lüminesans verimliliğine sahip hibrit yeşil floresan tozu geliştirildi.
Geleneksel X-ışını floresan tozu kalsiyum tungstattır. 1970'lerde ve 1980'lerde yoğunlaştırıcı elekler için terbiyumla aktifleştirilmiş kükürt Lantan oksit, terbiyumla aktifleştirilmiş brom Lantan oksit (yeşil ekranlar için), terbiyumla aktifleştirilmiş kükürt İtriyum(III) oksit vb. gibi nadir toprak fosforları geliştirildi. Kalsiyum tungstatla karşılaştırıldığında, nadir toprak floresan tozu, hastalar için X-ışını ışınlama süresini% 80 oranında azaltabilir, X-ışını çözünürlüğünü artırabilir filmler, X-ışını tüplerinin ömrünü uzatır ve enerji tüketimini azaltır. Terbiyum aynı zamanda tıbbi X-ışını geliştirme ekranları için floresan toz aktivatörü olarak da kullanılır; bu, X-ışınının optik görüntülere dönüştürülmesinin hassasiyetini büyük ölçüde artırabilir, X-ışını filmlerinin netliğini artırabilir ve X-ışınının maruz kalma dozunu büyük ölçüde azaltabilir. insan vücuduna ışınlar (% 50'den fazla).
Terbiyum aynı zamanda yeni yarı iletken aydınlatma için mavi ışıkla uyarılan beyaz LED fosforunda aktivatör olarak da kullanılıyor. Uyarıcı ışık kaynakları olarak mavi ışık yayan diyotlar kullanılarak terbiyum alüminyum manyeto optik kristal fosforlar üretmek için kullanılabilir ve üretilen floresan, saf beyaz ışık üretmek için uyarım ışığıyla karıştırılır.
Terbiyumdan yapılan elektrominesans malzemeler esas olarak aktivatör olarak terbiyum içeren Çinko sülfit yeşil fosforu içerir. Ultraviyole ışınlama altında, terbiyumun organik kompleksleri güçlü yeşil floresans yayabilir ve ince film elektrolüminesans malzemeler olarak kullanılabilir. Nadir toprak organik kompleksi elektrolüminesans ince filmlerin incelenmesinde önemli ilerleme kaydedilmiş olmasına rağmen, pratikte hala belirli bir boşluk vardır ve nadir toprak organik kompleksi elektrolüminesans ince filmler ve cihazlar üzerine araştırmalar hala derinlemesinedir.
Terbiyumun floresans özellikleri aynı zamanda floresans probları olarak da kullanılır. Örneğin Ofloksasin terbiyum (Tb3+) floresan probu, Ofloksasin terbiyum (Tb3+) kompleksi ile DNA (DNA) arasındaki etkileşimi floresan spektrumu ve absorpsiyon spektrumu ile incelemek için kullanıldı; bu, Ofloksasin Tb3+ probunun DNA molekülleri ile bir oluk bağlama oluşturabildiğini gösterir. ve DNA, Ofloksasin Tb3+ sisteminin floresansını önemli ölçüde artırabilir. Bu değişikliğe dayanarak DNA belirlenebilir.
Manyeto optik malzemeler için
Manyeto-optik malzemeler olarak da bilinen Faraday etkisine sahip malzemeler, lazerlerde ve diğer optik cihazlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Manyeto optik malzemelerin iki yaygın türü vardır: manyeto optik kristaller ve manyeto optik cam. Bunlar arasında manyeto-optik kristaller (Yttrium demir garnet ve terbiyum galyum garnet gibi) ayarlanabilir çalışma frekansı ve yüksek termal kararlılık avantajlarına sahiptir, ancak bunların üretimi pahalıdır ve zordur. Ek olarak, yüksek Faraday dönme açısına sahip birçok manyeto-optik kristal, kısa dalga aralığında yüksek emilime sahiptir ve bu da kullanımlarını sınırlamaktadır. Manyeto optik kristallerle karşılaştırıldığında manyeto optik cam, yüksek geçirgenlik avantajına sahiptir ve büyük bloklar veya fiberler halinde yapılması kolaydır. Şu anda, yüksek Faraday etkisine sahip manyeto-optik camlar çoğunlukla nadir toprak iyonu katkılı camlardır.
Manyeto optik depolama malzemeleri için kullanılır
Son yıllarda multimedya ve ofis otomasyonunun hızla gelişmesiyle birlikte yeni yüksek kapasiteli manyetik disklere olan talep artıyor. Amorf metal terbiyum geçiş metali alaşımlı filmler, yüksek performanslı manyeto-optik disklerin üretiminde kullanılmıştır. Bunlar arasında TbFeCo alaşımlı ince film en iyi performansa sahiptir. Terbiyum bazlı manyeto-optik malzemeler büyük ölçekte üretilmekte ve bunlardan yapılan manyeto-optik diskler bilgisayar depolama bileşenleri olarak kullanılmakta ve depolama kapasitesi 10-15 kat artırılmaktadır. Büyük kapasite ve hızlı erişim hızı gibi avantajlara sahiptirler ve yüksek yoğunluklu optik diskler için kullanıldığında on binlerce kez silinip kaplanabilirler. Elektronik bilgi depolama teknolojisinde önemli materyallerdir. Görünür ve yakın kızılötesi bantlarda en yaygın olarak kullanılan manyeto-optik malzeme, Faraday döndürücüleri ve izolatörleri yapmak için en iyi manyeto-optik malzeme olan Terbiyum Galyum Garnet (TGG) tek kristalidir.
Manyeto optik cam için
Faraday manyeto optik camı görünür ve kızılötesi bölgelerde iyi şeffaflığa ve izotropiye sahiptir ve çeşitli karmaşık şekiller oluşturabilmektedir. Büyük boyutlu ürünler üretmek kolaydır ve optik fiberlere çekilebilir. Bu nedenle manyeto optik izolatörler, manyeto optik modülatörler ve fiber optik akım sensörleri gibi manyeto optik cihazlarda geniş uygulama beklentileri vardır. Görünür ve kızılötesi aralıktaki büyük manyetik momenti ve küçük soğurma katsayısı nedeniyle, Tb3+ iyonları manyeto optik camlarda yaygın olarak kullanılan nadir toprak iyonları haline geldi.
Terbiyum disprosyum ferromanyetostriktif alaşım
20. yüzyılın sonunda, dünya bilimsel ve teknolojik devriminin derinleşmesiyle birlikte, yeni nadir toprak Uygulamalı Malzemeler hızla ortaya çıkıyor. 1984 yılında Amerika Birleşik Devletleri Iowa Eyalet Üniversitesi, Amerika Birleşik Devletleri Enerji Bakanlığı Ames Laboratuvarı ve ABD Donanması Yüzey Silahları Araştırma Merkezi (daha sonra kurulan American Edge Technology Company'nin (ET REMA) ana personeli) merkez) ortaklaşa yeni bir nadir toprak Akıllı malzeme, yani terbiyum disprosyum demir dev manyetostriktif malzeme geliştirdi. Bu yeni Akıllı malzeme, elektrik enerjisini hızlı bir şekilde mekanik enerjiye dönüştürme konusunda mükemmel özelliklere sahiptir. Bu dev manyetostriktif malzemeden yapılan su altı ve elektro-akustik dönüştürücüler, denizcilik ekipmanlarında, petrol kuyusu tespit hoparlörlerinde, gürültü ve titreşim kontrol sistemlerinde ve okyanus keşif ve yer altı iletişim sistemlerinde başarıyla yapılandırılmıştır. Bu nedenle, terbiyum disprosyum demir dev manyetostriktif malzeme doğar doğmaz, dünya çapında sanayileşmiş ülkelerden yaygın ilgi gördü. Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Edge Technologies, 1989 yılında terbiyum disprosyum demir dev manyetostriktif malzemeler üretmeye başladı ve bunlara Terfenol D adını verdi. Daha sonra İsveç, Japonya, Rusya, Birleşik Krallık ve Avustralya da terbiyum disprosyum demir dev manyetostriktif malzemeler geliştirdi.
Bu malzemenin Amerika Birleşik Devletleri'ndeki gelişim tarihinden itibaren, hem malzemenin icadı hem de ilk tekelci uygulamaları doğrudan askeri endüstriyle (donanma gibi) ilişkilidir. Her ne kadar Çin'in askeri ve savunma departmanları bu materyale ilişkin anlayışlarını giderek güçlendiriyor. Ancak Çin'in Kapsamlı Ulusal Gücünün önemli ölçüde artmasının ardından, 21. yüzyılda askeri rekabet stratejisinin gerçekleştirilmesine ve teçhizat seviyesinin iyileştirilmesine yönelik gereksinimler kesinlikle çok acil olacaktır. Bu nedenle terbiyum disprosyum demir devi manyetostriktif malzemelerin askeri ve ulusal savunma birimleri tarafından yaygın şekilde kullanılması tarihi bir zorunluluk olacaktır.
Kısacası terbiyumun birçok mükemmel özelliği, onu birçok fonksiyonel malzemenin vazgeçilmez bir üyesi ve bazı uygulama alanlarında yeri doldurulamaz bir konuma getirmektedir. Bununla birlikte, terbiyumun yüksek fiyatı nedeniyle insanlar, üretim maliyetlerini azaltmak için terbiyumun kullanımını nasıl önleyecekleri ve en aza indirecekleri üzerinde çalışıyorlar. Örneğin, nadir toprak manyeto-optik malzemeleri aynı zamanda mümkün olduğunca düşük maliyetli disprosyum demir kobalt veya gadolinyum terbiyum kobalt kullanmalıdır; Kullanılması gereken yeşil floresan tozundaki terbiyum içeriğini azaltmaya çalışın. Fiyat, terbiyumun yaygın kullanımını kısıtlayan önemli bir faktör haline geldi. Ancak birçok işlevsel malzeme onsuz yapamaz, bu nedenle "bıçakta iyi çelik kullanma" ilkesine bağlı kalmalı ve terbiyum kullanımını mümkün olduğunca azaltmaya çalışmalıyız.
Gönderim zamanı: Temmuz-05-2023