Terbiyumağır kategorisine aittirnadir toprak elementleri, Dünya kabuğunda sadece 1,1 ppm'lik düşük bir bolluğa sahiptir. Terbiyum oksit, toplam nadir toprak elementlerinin %0,01'inden daha azını oluşturur. En yüksek terbiyum içeriğine sahip yüksek itriyum iyon tipi ağır nadir toprak cevherinde bile, terbiyum içeriği toplam nadir toprak elementlerinin sadece %1,1-1,2'sini oluşturur ve bu da onun nadir toprak elementlerinin "asil" kategorisine ait olduğunu gösterir. Terbiyumun 1843'te keşfedilmesinden bu yana geçen 100 yıldan fazla bir süredir, kıtlığı ve değeri uzun süre pratik uygulamasını engellemiştir. Terbiyumun benzersiz yeteneğini göstermesi ancak son 30 yıldır gerçekleşmiştir.
İsveçli kimyager Carl Gustaf Mosander 1843 yılında terbiyumu keşfetti. Terbiyumun safsızlıklarını şu şekilde buldu:İtriyum(III) oksitVeY2O3. İtriyum, İsveç'teki Ytterby köyünden adını almıştır. İyon değişim teknolojisinin ortaya çıkmasından önce, terbiyum saf haliyle izole edilmemiştir.
Mosant, ilk olarak İtriyum(III) oksidi cevherlerin adlarını taşıyan üç parçaya böldü: İtriyum(III) oksit,Erbiyum(III) oksit, ve terbiyum oksit. Terbiyum oksit başlangıçta, artık erbiyum olarak bilinen element nedeniyle pembe bir kısımdan oluşuyordu. "Erbiyum(III) oksit" (şimdi terbiyum olarak adlandırdığımız şeyi de içerir) başlangıçta çözeltideki esasen renksiz kısımdı. Bu elementin çözünmeyen oksidi kahverengi olarak kabul edilir.
Daha sonraki işçiler minik renksiz “Erbiyum(III) oksit”i zorlukla gözlemleyebildiler, ancak çözünen pembe kısım göz ardı edilemedi. Erbiyum(III) oksitin varlığına dair tartışmalar tekrar tekrar ortaya çıktı. Bu kaos içinde, orijinal isim tersine çevrildi ve isimlerin değişimi sıkıştı, böylece pembe kısım sonunda erbiyum içeren bir çözelti olarak anıldı (çözeltide pembeydi). Artık sodyum bisülfat veya potasyum sülfat kullanan işçilerinSeryum(IV) oksitİtriyum(III) oksitten çıkar ve istemeden terbiyumu seryum içeren bir tortuya dönüştürür. Artık "terbiyum" olarak bilinen orijinal İtriyum(III) oksidin yalnızca yaklaşık %1'i İtriyum(III) okside sarımsı bir renk vermek için yeterlidir. Bu nedenle, terbiyum başlangıçta onu içeren ikincil bir bileşendir ve hemen yanındaki komşuları olan gadolinyum ve disprozyum tarafından kontrol edilir.
Daha sonra, oksit oranına bakılmaksızın bu karışımdan diğer nadir toprak elementleri ayrıldığında, terbiyum adı, terbiyumun kahverengi oksidi saf formda elde edilene kadar korundu. 19. yüzyıldaki araştırmacılar parlak sarı veya yeşil nodülleri (III) gözlemlemek için ultraviyole floresan teknolojisini kullanmadılar, bu da terbiyumun katı karışımlarda veya çözeltilerde tanınmasını kolaylaştırdı.
Elektron konfigürasyonu
Elektron dizilimi:
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 sadece üç elektron çıkarılabilir, ancak terbiyum durumunda, yarı dolu terbiyum dördüncü elektronun flor gazı gibi çok güçlü oksidanların varlığında daha fazla iyonize olmasına izin verir.
Terbiyum, bıçakla kesilebilen süneklik, sertlik ve yumuşaklığa sahip gümüş beyazı nadir bir toprak metalidir. Erime noktası 1360 ℃, kaynama noktası 3123 ℃, yoğunluk 8229 4kg/m3. Erken Lantanit ile karşılaştırıldığında, havada nispeten kararlıdır. Lantanitin dokuzuncu elementi olarak, terbiyum güçlü elektriğe sahip bir metaldir. Suyla reaksiyona girerek hidrojen oluşturur.
Doğada terbiyumun serbest bir element olduğu hiç bulunmamıştır, az miktarda fosforseryum toryum kumu ve Gadolinit'te bulunur. Terbiyum monazit kumunda diğer nadir toprak elementleriyle birlikte bulunur ve genellikle %0,03 terbiyum içeriğine sahiptir. Diğer kaynaklar, her ikisi de oksit karışımları olan ve %1'e kadar terbiyum içeren Xenotime ve siyah nadir altın cevherleridir.
Başvuru
Terbiyumun kullanımı çoğunlukla teknoloji yoğun ve bilgi yoğun ileri teknoloji projelerinin yanı sıra önemli ekonomik getirisi olan ve cazip geliştirme olanaklarına sahip yüksek teknoloji alanlarını kapsamaktadır.
Başlıca uygulama alanları şunlardır:
(1) Karışık nadir toprak elementleri formunda kullanılır. Örneğin, tarımda nadir toprak bileşik gübresi ve yem katkı maddesi olarak kullanılır.
(2) Üç birincil floresan tozunda yeşil toz için aktivatör. Modern optoelektronik malzemeler, çeşitli renkleri sentezlemek için kullanılabilen kırmızı, yeşil ve mavi olmak üzere üç temel fosfor renginin kullanımını gerektirir. Ve terbiyum, birçok yüksek kaliteli yeşil floresan tozunda vazgeçilmez bir bileşendir.
(3) Manyeto-optik depolama malzemesi olarak kullanılır. Amorf metal terbiyum geçiş metali alaşımı ince filmler, yüksek performanslı manyeto-optik diskler üretmek için kullanılmıştır.
(4) Manyeto optik cam üretimi. Terbiyum içeren Faraday döner camı, lazer teknolojisinde rotatörler, izolatörler ve sirkülatörler üretmek için önemli bir malzemedir.
(5) Terbiyum disprozyum ferromanyetikstriktif alaşımının (TerFenol) geliştirilmesi ve geliştirilmesi, terbiyum için yeni uygulamalar açmıştır.
Tarım ve hayvancılık için
Nadir toprak terbiyumu, mahsullerin kalitesini iyileştirebilir ve belirli bir konsantrasyon aralığında fotosentez hızını 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 bakterisidal ilaçlar için yeni bir araştırma yönü sağlar.
Lüminesans alanında kullanılır
Modern optoelektronik malzemeler, çeşitli renkleri sentezlemek için kullanılabilen kırmızı, yeşil ve mavi olmak üzere üç temel fosfor renginin kullanılmasını gerektirir. Ve terbiyum, birçok yüksek kaliteli yeşil floresan tozunda vazgeçilmez bir bileşendir. Nadir toprak renkli TV kırmızı floresan tozunun doğuşu itriyum ve europiyum talebini teşvik ettiyse, o zaman terbiyumun uygulanması ve geliştirilmesi lambalar için nadir toprak üç birincil renkli yeşil floresan tozu tarafından desteklenmiştir. 1980'lerin başında, Philips dünyanın ilk kompakt enerji tasarruflu floresan lambasını icat etti ve bunu hızla küresel olarak tanıttı. Tb3+ iyonları 545 nm dalga boyunda yeşil ışık yayabilir ve neredeyse tüm nadir toprak yeşil fosforları aktivatör olarak terbiyum kullanır.
Renkli TV katot ışın tüpü (CRT) için yeşil fosfor her zaman ucuz ve verimli olan Çinko sülfüre dayalı olmuştur, ancak terbiyum tozu her zaman projeksiyon renkli TV için yeşil fosfor olarak kullanılmıştır, bunlara Y2SiO5 ∶ Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12 ∶ Tb3+ ve LaOBr ∶ Tb3+ dahildir. Büyük ekranlı yüksek çözünürlüklü televizyonun (HDTV) gelişmesiyle birlikte, CRT'ler için yüksek performanslı yeşil floresan tozları da geliştirilmektedir. Örneğin, yüksek akım yoğunluğunda mükemmel lüminesans verimliliğine sahip olan Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+ ve Y2SiO5: Tb3+'dan oluşan bir hibrit yeşil floresan tozu yurtdışında geliştirilmiştir.
Geleneksel X-ışını floresan tozu kalsiyum tungstattır. 1970'lerde ve 1980'lerde, terbiyum aktifleştirilmiş kükürt Lantan oksit, terbiyum aktifleştirilmiş brom Lantan oksit (yeşil ekranlar için), terbiyum aktifleştirilmiş kükürt İtriyum (III) oksit vb. gibi ekranları yoğunlaştırmak için nadir toprak fosforları geliştirildi. Kalsiyum tungstat ile karşılaştırıldığında, nadir toprak floresan tozu hastalar için X-ışını ışınlama süresini %80 oranında azaltabilir, X-ışını filmlerinin çözünürlüğünü iyileştirebilir, X-ışını tüplerinin ömrünü uzatabilir ve enerji tüketimini azaltabilir. Terbiyum ayrıca tıbbi X-ışını geliştirme ekranları için bir floresan tozu aktivatörü olarak kullanılır, bu da X-ışınının optik görüntülere dönüştürülmesinin hassasiyetini büyük ölçüde artırabilir, X-ışını filmlerinin netliğini iyileştirebilir ve insan vücudunun maruz kaldığı X-ışınları dozunu büyük ölçüde azaltabilir (%50'den fazla).
Terbiyum ayrıca yeni yarı iletken aydınlatma için mavi ışıkla uyarılan beyaz LED fosforunda bir aktivatör olarak kullanılır. Mavi ışık yayan diyotları uyarım ışık kaynakları olarak kullanarak terbiyum alüminyum manyeto optik kristal fosforları üretmek için kullanılabilir ve üretilen floresans saf beyaz ışık üretmek için uyarım ışığıyla karıştırılır.
Terbiyumdan yapılan elektrolüminesan malzemeler çoğunlukla aktivatör olarak terbiyum içeren Çinko sülfür yeşil fosfor içerir. Ultraviyole ışınlama altında, terbiyumun organik kompleksleri güçlü yeşil floresans yayabilir ve ince film elektrolüminesan malzemeler olarak kullanılabilir. Nadir toprak organik kompleks elektrolüminesan ince filmlerin incelenmesinde önemli ilerlemeler kaydedilmiş olsa da, pratiklikten hala belirli bir boşluk vardır ve nadir toprak organik kompleks elektrolüminesan ince filmler ve cihazlar üzerindeki araştırmalar hala derinlemesinedir.
Terbiyumun floresan özellikleri floresan probları olarak da kullanılır. Örneğin, Ofloksasin terbiyum (Tb3+) floresan probu, Ofloksasin terbiyum (Tb3+) kompleksi ile DNA (DNA) arasındaki etkileşimi floresan spektrumu ve emilim spektrumu ile incelemek için kullanıldı ve bu, Ofloksasin Tb3+ probunun DNA molekülleriyle bir oluk oluşturabileceğini ve DNA'nın Ofloksasin Tb3+ sisteminin floresansını önemli ölçüde artırabileceğini gösterdi. Bu değişime dayanarak DNA belirlenebilir.
Manyeto optik malzemeler için
Faraday etkili malzemeler, manyeto-optik malzemeler olarak da bilinir, lazerlerde ve diğer optik aygıtlarda yaygın olarak kullanılır. İki yaygın manyeto-optik malzeme türü vardır: manyeto-optik kristaller ve manyeto-optik cam. Bunlar arasında manyeto-optik kristaller (İtriyum demir garnet ve terbiyum galyum garnet gibi) ayarlanabilir çalışma frekansı ve yüksek termal kararlılık avantajlarına sahiptir, ancak pahalıdır ve üretimi zordur. Ayrıca, yüksek Faraday dönüş açısına sahip birçok manyeto-optik kristal, kısa dalga aralığında yüksek emilime sahiptir ve bu da kullanımlarını sınırlar. Manyeto-optik kristallerle karşılaştırıldığında, manyeto-optik cam yüksek geçirgenlik avantajına sahiptir ve büyük bloklara veya liflere dönüştürülmesi kolaydır. Şu anda, yüksek Faraday etkili manyeto-optik camlar çoğunlukla nadir toprak iyon katkılı camlardır.
Manyeto optik depolama malzemeleri için kullanılır
Son yıllarda, multimedya ve ofis otomasyonunun hızla gelişmesiyle birlikte, yeni yüksek kapasiteli manyetik disklere olan talep artmaktadır. Amorf metal terbiyum geçiş metal alaşımlı filmler, yüksek performanslı manyeto-optik diskler üretmek için kullanılmıştır. Bunlar arasında, TbFeCo alaşımlı ince film en iyi performansa sahiptir. Terbiyum bazlı manyeto-optik malzemeler büyük ölçekte üretilmiştir ve bunlardan üretilen manyeto-optik diskler, depolama kapasitesi 10-15 kat artırılarak bilgisayar depolama bileşenleri olarak kullanılmaktadır. Büyük kapasite ve hızlı erişim hızı avantajlarına sahiptirler ve yüksek yoğunluklu optik diskler için kullanıldığında on binlerce kez silinebilir ve kaplanabilirler. Elektronik bilgi depolama teknolojisinde önemli malzemelerdir. Görünür ve yakın kızılötesi bantlarda en yaygın kullanılan manyeto-optik malzeme, Faraday rotatörleri 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 oluşturabilir. 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 emilim katsayısı nedeniyle, Tb3+ iyonları manyeto optik camlarda yaygın olarak kullanılan nadir toprak iyonları haline gelmiştir.
Terbiyum disprozyum ferromanyetikostriktif alaşım
20. yüzyılın sonunda, dünya bilimsel ve teknolojik devriminin derinleşmesiyle birlikte, yeni nadir toprak Uygulamalı Malzemeleri hızla ortaya çıkıyor. 1984 yılında, ABD Iowa Eyalet Üniversitesi, ABD Enerji Bakanlığı'nın Ames Laboratuvarı ve ABD Deniz Kuvvetleri Yüzey Silahları Araştırma Merkezi (daha sonra kurulan American Edge Technology Company'nin (ET REMA) ana personeli merkezden geldi) ortaklaşa yeni bir nadir toprak Akıllı malzemesi, yani terbiyum disprozyum demir dev manyetostriktif malzeme geliştirdiler. Bu yeni Akıllı malzeme, elektrik enerjisini hızla mekanik enerjiye dönüştürme konusunda mükemmel özelliklere sahiptir. Bu dev manyetostriktif malzemeden yapılmış su altı ve elektro-akustik dönüştürücüler, deniz ekipmanlarında, petrol kuyusu tespit hoparlörlerinde, gürültü ve titreşim kontrol sistemlerinde ve okyanus keşif ve yer altı iletişim sistemlerinde başarıyla yapılandırılmıştır. Bu nedenle, terbiyum disprozyum demir dev manyetostriktif malzeme doğar doğmaz, dünya çapında sanayileşmiş ülkelerden yaygın ilgi gördü. ABD'li Edge Technologies, 1989 yılında terbiyum disprozyum demir devi manyetostriktif malzemeleri üretmeye başladı ve bunlara Terfenol D adını verdi. Daha sonra İsveç, Japonya, Rusya, Birleşik Krallık ve Avustralya da terbiyum disprozyum demir devi manyetostriktif malzemeleri geliştirdi.
Bu malzemenin Amerika Birleşik Devletleri'nde geliştirilmesinin geçmişinden, hem malzemenin icadı hem de erken tekelci uygulamaları doğrudan askeri endüstriyle (donanma gibi) ilgilidir. Çin'in askeri ve savunma bakanlıkları bu malzemeye ilişkin anlayışlarını giderek güçlendiriyor olsa da. Ancak, Çin'in Kapsamlı Ulusal Gücü önemli ölçüde arttıktan sonra, 21. yüzyılda askeri rekabet stratejisini gerçekleştirme ve ekipman seviyesini iyileştirme gereksinimleri kesinlikle çok acil olacaktır. Bu nedenle, askeri ve ulusal savunma bakanlıkları tarafından terbiyum disprozyum demir devi manyetostriktif malzemelerin yaygın kullanımı tarihi bir gereklilik olacaktır.
Kısacası, terbiyumun birçok mükemmel özelliği onu birçok işlevsel malzemenin vazgeçilmez bir üyesi ve bazı uygulama alanlarında yeri doldurulamaz bir konum haline getirir. Ancak, terbiyumun yüksek fiyatı nedeniyle, insanlar üretim maliyetlerini düşürmek için terbiyum kullanımından nasıl kaçınılacağını ve en aza indirileceğini incelemektedir. Örneğin, nadir toprak manyeto-optik malzemeleri de mümkün olduğunca düşük maliyetli disprozyum 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 gelmiştir. Ancak birçok işlevsel malzeme onsuz yapamaz, bu nedenle "bıçakta iyi çelik kullanma" ilkesine uymalı ve terbiyum kullanımını mümkün olduğunca korumaya çalışmalıyız.
Gönderi zamanı: Tem-05-2023