Terbiumthuộc về loại nặngTrái đất hiếm, với sự phong phú thấp trong lớp vỏ trái đất chỉ 1,1 ppm. Terbium oxit chiếm ít hơn 0,01% tổng số đất hiếm. Ngay cả trong quặng trái đất nặng loại ion nặng với hàm lượng terbium cao nhất, hàm lượng terbium chỉ chiếm 1,1-1,2% tổng số đất hiếm, cho thấy nó thuộc thể loại của các nguyên tố đất quý hiếm. Trong hơn 100 năm kể từ khi phát hiện ra terbium vào năm 1843, sự khan hiếm và giá trị của nó đã ngăn chặn ứng dụng thực tế của nó trong một thời gian dài. Chỉ trong 30 năm qua, Terbium mới thể hiện tài năng độc đáo của mình。
Khám phá lịch sử
Nhà hóa học Thụy Điển Carl Gustaf Mosander đã phát hiện ra terbium vào năm 1843. Ông đã tìm thấy các tạp chất của nó trongOxit yttri (III)VàY2O3. Yttri được đặt theo tên của ngôi làng Ytterby ở Thụy Điển. Trước sự xuất hiện của công nghệ trao đổi ion, terbium không bị cô lập ở dạng thuần túy.
Mosant đầu tiên chia oxit yttri (III) thành ba phần, tất cả đều được đặt tên theo quặng: yttri (III) oxit,Oxit erbium (iii)và oxit terbium. Terbium oxit ban đầu được tạo thành từ một phần màu hồng, do nguyên tố hiện được gọi là erbium. Oxit Erbium (III) oxit (bao gồm cả cái mà chúng ta gọi là terbium) ban đầu là phần không màu trong dung dịch. Các oxit không hòa tan của nguyên tố này được coi là màu nâu.
Các công nhân sau này khó có thể quan sát được oxit erbium (III) không màu nhỏ, nhưng phần màu hồng hòa tan không thể bị bỏ qua. Các cuộc tranh luận về sự tồn tại của oxit erbium (III) đã phát sinh nhiều lần. Trong sự hỗn loạn, tên ban đầu đã bị đảo ngược và việc trao đổi tên đã bị kẹt, vì vậy phần màu hồng cuối cùng đã được đề cập như một giải pháp chứa erbium (trong dung dịch, nó có màu hồng). Bây giờ người ta tin rằng những người lao động sử dụng natri bisulfate hoặc kali sulfateOxit cerium (iv)Ra khỏi oxit yttri (III) và vô tình biến terbium thành một trầm tích chứa cerium. Chỉ có khoảng 1% oxit yttri (III) ban đầu, hiện được gọi là Ter Terbium, là đủ để chuyển màu vàng cho oxit yttri (III). Do đó, Terbium là một thành phần thứ cấp ban đầu chứa nó, và nó được kiểm soát bởi các nước láng giềng ngay lập tức, gadolinium và dysprosium.
Sau đó, bất cứ khi nào các nguyên tố đất hiếm khác được tách ra khỏi hỗn hợp này, bất kể tỷ lệ của oxit, tên của terbium được giữ lại cho đến cuối cùng, oxit nâu của terbium thu được ở dạng tinh khiết. Các nhà nghiên cứu trong thế kỷ 19 không sử dụng công nghệ huỳnh quang cực tím để quan sát các nốt màu vàng hoặc xanh lá cây sáng (III), giúp Terbium dễ dàng được nhận ra trong các hỗn hợp hoặc dung dịch rắn.
Cấu hình điện tử
Cấu hình điện tử:
1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D10 4P6 5S2 4D10 5P6 6S2 4F9
Cấu hình electron của terbium là [XE] 6S24F9. Thông thường, chỉ có ba electron có thể được loại bỏ trước khi điện tích hạt nhân trở nên quá lớn để được ion hóa hơn nữa, nhưng trong trường hợp terbium, terbium bán đầy cho phép electron thứ tư được ion hóa thêm trong sự hiện diện của các chất oxy hóa rất mạnh như khí flo.
Terbium là một kim loại đất hiếm màu trắng bạc với độ dẻo, độ bền và độ mềm có thể được cắt bằng dao. Điểm nóng chảy 1360, điểm sôi 3123, mật độ 8229 4kg/m3. So với lanthanide sớm, nó tương đối ổn định trong không khí. Là yếu tố thứ chín của lanthanide, terbium là một kim loại có điện mạnh. Nó phản ứng với nước để tạo thành hydro.
Trong tự nhiên, terbium chưa bao giờ được tìm thấy là một yếu tố tự do, một lượng nhỏ tồn tại trong cát phosphocerium thorium và gadolinite. Terbium cùng tồn tại với các nguyên tố đất hiếm khác trong cát monazite, với hàm lượng terbium nói chung 0,03%. Các nguồn khác là quặng vàng hiếm và màu đen, cả hai đều là hỗn hợp của oxit và chứa tới 1% terbium.
Ứng dụng
Việc áp dụng terbium chủ yếu liên quan đến các lĩnh vực công nghệ cao, vốn là các dự án tiên tiến chuyên sâu về công nghệ và kiến thức, cũng như các dự án có lợi ích kinh tế đáng kể, với triển vọng phát triển hấp dẫn.
Các lĩnh vực ứng dụng chính bao gồm:
(1) được sử dụng dưới dạng trái đất hiếm hỗn hợp. Ví dụ, nó được sử dụng như một phân bón hợp chất đất hiếm và phụ gia thức ăn cho nông nghiệp.
(2) Chất kích hoạt cho bột xanh trong ba loại bột huỳnh quang chính. Các vật liệu quang điện tử hiện đại đòi hỏi phải sử dụng ba màu cơ bản của phốt pho, cụ thể là đỏ, xanh lá cây và xanh lam, có thể được sử dụng để tổng hợp các màu khác nhau. Và Terbium là một thành phần không thể thiếu trong nhiều loại bột huỳnh quang màu xanh lá cây chất lượng cao.
(3) Được sử dụng làm vật liệu lưu trữ quang từ Magneto. Các màng mỏng kim loại chuyển tiếp kim loại vô định hình đã được sử dụng để sản xuất các đĩa quang từ hiệu suất cao.
(4) Sản xuất kính quang học Magneto. Kính quay Faraday có chứa terbium là một vật liệu chính cho máy quay sản xuất, bộ cách ly và bộ tuần hoàn trong công nghệ laser.
.
Cho nông nghiệp và chăn nuôi
Terbium đất hiếm có thể cải thiện chất lượng của cây trồng và tăng tốc độ quang hợp trong một phạm vi nồng độ nhất định. Phức hợp Terbium có hoạt động sinh học cao. Các phức hợp ternary của terbium, TB (ALA) 3benim (CLO4) 3 · 3H2O, có tác dụng kháng khuẩn và diệt khuẩn tốt trên Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis và Escherichia coli. Chúng có phổ kháng khuẩn rộng. Nghiên cứu về các phức hợp như vậy cung cấp một hướng nghiên cứu mới cho các loại thuốc diệt khuẩn hiện đại.
Được sử dụng trong lĩnh vực phát quang
Các vật liệu quang điện tử hiện đại đòi hỏi phải sử dụng ba màu cơ bản của phốt pho, cụ thể là đỏ, xanh lá cây và xanh lam, có thể được sử dụng để tổng hợp các màu khác nhau. Và Terbium là một thành phần không thể thiếu trong nhiều loại bột huỳnh quang màu xanh lá cây chất lượng cao. Nếu sự ra đời của bột huỳnh quang màu đỏ màu trái đất hiếm đã kích thích nhu cầu về yttri và europium, thì ứng dụng và sự phát triển của terbium đã được thúc đẩy bởi trái đất quý hiếm, ba loại bột huỳnh quang màu xanh lá cây chính cho đèn. Đầu những năm 1980, Philips đã phát minh ra đèn huỳnh quang tiết kiệm năng lượng nhỏ gọn đầu tiên trên thế giới và nhanh chóng quảng bá nó trên toàn cầu. Các ion TB3+có thể phát ra ánh sáng màu xanh lá cây với bước sóng 545nm và gần như tất cả các phốt pho xanh đất hiếm sử dụng terbium làm chất kích hoạt.
Phosphor màu xanh lá cây cho ống tia cực âm tv (CRT) luôn dựa trên kẽm sulfide, rẻ và hiệu quả, nhưng bột terbium luôn được sử dụng làm phốt pho màu xanh lá cây cho TV màu, bao gồm Y2SIO5 TB3+, Y3 (AL, GA) Với sự phát triển của truyền hình độ phân giải cao màn hình lớn (HDTV), bột huỳnh quang màu xanh lá cây hiệu suất cao cho CRT cũng đang được phát triển. Ví dụ, một loại bột huỳnh quang màu xanh lá cây lai đã được phát triển ở nước ngoài, bao gồm Y3 (AL, GA) 5O12: TB3+, LAOCL: TB3+và Y2SIO5: TB3+, có hiệu suất phát quang tuyệt vời ở mật độ dòng điện cao.
Bột huỳnh quang tia X truyền thống là canxi vonstate. Vào những năm 1970 và 1980, các phốt pho đất hiếm để tăng cường màn hình đã được phát triển, chẳng hạn như oxit lanthanum lưu huỳnh Terbium bằng 80%, cải thiện độ phân giải của màng tia X, mở rộng tuổi thọ của ống tia X và giảm mức tiêu thụ năng lượng. Terbium cũng được sử dụng như một chất kích hoạt bột huỳnh quang cho màn hình tăng cường tia X y tế, có thể cải thiện đáng kể độ nhạy của chuyển đổi tia X thành hình ảnh quang học, cải thiện độ rõ của màng tia X và giảm đáng kể liều tiếp xúc của tia X với cơ thể con người (hơn 50%).
Terbium cũng được sử dụng như một chất kích hoạt trong phốt pho LED màu trắng bị kích thích bởi ánh sáng xanh cho ánh sáng bán dẫn mới. Nó có thể được sử dụng để tạo ra các phốt pho tinh thể quang học nhôm terbium, sử dụng các điốt phát sáng màu xanh như các nguồn ánh sáng kích thích và huỳnh quang được tạo ra được trộn với ánh sáng kích thích để tạo ra ánh sáng trắng tinh khiết.
Các vật liệu phát quang làm từ terbium chủ yếu bao gồm phosphor xanh kẽm sunfua với terbium làm chất kích hoạt. Theo chiếu xạ cực tím, các phức hợp hữu cơ của terbium có thể phát ra huỳnh quang màu xanh lá cây mạnh và có thể được sử dụng làm vật liệu điện phát quang màng mỏng. Mặc dù những tiến bộ đáng kể đã được thực hiện trong nghiên cứu về các màng mỏng phức tạp chất hữu cơ đất hiếm, nhưng vẫn có một khoảng cách nhất định từ thực tiễn và nghiên cứu về các thiết bị và màng mỏng phức tạp chất hữu cơ của đất vẫn còn sâu.
Các đặc tính huỳnh quang của terbium cũng được sử dụng làm đầu dò huỳnh quang. Ví dụ, các đầu dò huỳnh quang terbium (TB3+) đã được sử dụng để nghiên cứu sự tương tác giữa phức hợp ofloxacin terbium (TB3+) và DNA (DNA) bằng phổ huỳnh quang và phổ hấp thụ Hệ thống TB3+. Dựa trên sự thay đổi này, DNA có thể được xác định.
Đối với vật liệu quang Magneto
Các vật liệu có hiệu ứng Faraday, còn được gọi là vật liệu quang học, được sử dụng rộng rãi trong laser và các thiết bị quang học khác. Có hai loại vật liệu quang Magneto phổ biến: tinh thể quang học và kính quang học từ tính. Trong số đó, các tinh thể quang học (như garnet sắt yttri và terbium gallium garnet) có những ưu điểm của tần số vận hành có thể điều chỉnh và độ ổn định nhiệt cao, nhưng chúng rất tốn kém và khó sản xuất. Ngoài ra, nhiều tinh thể quang học có góc quay Faraday cao có độ hấp thụ cao trong phạm vi sóng ngắn, làm hạn chế việc sử dụng của chúng. So với các tinh thể quang học từ tính, kính quang Magneto có lợi thế về độ truyền qua cao và dễ dàng được tạo thành các khối hoặc sợi lớn. Hiện tại, kính quang học có hiệu ứng Faraday cao chủ yếu là kính pha tạp ion đất hiếm.
Được sử dụng cho vật liệu lưu trữ quang từ Magneto
Trong những năm gần đây, với sự phát triển nhanh chóng của tự động hóa đa phương tiện và văn phòng, nhu cầu về các đĩa từ tính công suất cao mới đang tăng lên. Các màng hợp kim kim loại chuyển tiếp kim loại vô định hình đã được sử dụng để sản xuất các đĩa quang từ hiệu suất cao. Trong số đó, màng mỏng hợp kim TBFECO có hiệu suất tốt nhất. Các vật liệu quang học dựa trên Terbium đã được sản xuất ở quy mô lớn và các đĩa quang từ được làm từ chúng được sử dụng làm thành phần lưu trữ máy tính, với dung lượng lưu trữ tăng 10-15 lần. Họ có những ưu điểm của công suất lớn và tốc độ truy cập nhanh, và có thể được xóa sạch và phủ hàng chục ngàn lần khi được sử dụng cho các đĩa quang mật độ cao. Chúng là những vật liệu quan trọng trong công nghệ lưu trữ thông tin điện tử. Vật liệu quang học được sử dụng phổ biến nhất trong các dải có thể nhìn thấy và cận hồng ngoại là tinh thể đơn terbium gallium garnet (TGG), là vật liệu quang học tốt nhất để chế tạo máy quay và cách ly Faraday.
Đối với kính quang học Magneto
Kính quang Magneto Faraday có độ trong suốt và đẳng hướng tốt ở các vùng có thể nhìn thấy và hồng ngoại, và có thể tạo thành các hình dạng phức tạp khác nhau. Thật dễ dàng để sản xuất các sản phẩm có kích thước lớn và có thể được rút vào các sợi quang. Do đó, nó có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị quang học từ như các bộ cách ly quang Magneto, bộ điều biến quang Magneto và các cảm biến dòng quang. Do thời điểm từ tính lớn và hệ số hấp thụ nhỏ trong phạm vi nhìn thấy và hồng ngoại, các ion TB3+đã trở thành các ion đất hiếm thường được sử dụng trong kính quang từ Magneto.
Hợp kim ferromagnetostostostostitive terbium
Vào cuối thế kỷ 20, với sự sâu sắc của cuộc cách mạng khoa học và công nghệ thế giới, các vật liệu ứng dụng đất hiếm mới đang nổi lên nhanh chóng. Năm 1984, Đại học bang Iowa của Hoa Kỳ, Phòng thí nghiệm AMES của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ của Hoa Kỳ và Trung tâm nghiên cứu vũ khí bề mặt của Hải quân Hoa Kỳ (nhân viên chính của Công ty Công nghệ Edge Edge sau này (ET Rema) đến từ Trung tâm) cùng phát triển một vật liệu thông minh đất mới hiếm, cụ thể là Terbium Dysprosium Magn Vật liệu thông minh mới này có các đặc điểm tuyệt vời của việc chuyển đổi năng lượng điện nhanh chóng thành năng lượng cơ học. Các bộ chuyển đổi dưới nước và điện âm được làm từ vật liệu từ tính khổng lồ này đã được cấu hình thành công trong thiết bị hải quân, loa phát hiện giếng dầu, hệ thống kiểm soát tiếng ồn và rung, và hệ thống truyền thông dưới lòng đất. Do đó, ngay khi vật liệu từ tính khổng lồ của Terbium dysprosium đã ra đời, nó đã nhận được sự chú ý rộng rãi từ các nước công nghiệp trên thế giới. Các công nghệ cạnh ở Hoa Kỳ đã bắt đầu sản xuất các vật liệu từ tính khổng lồ của Terbium Dysprosium vào năm 1989 và đặt tên cho chúng là Terfenol D. Sau đó, Thụy Điển, Nhật Bản, Nga, Vương quốc Anh và Úc cũng phát triển các vật liệu từ tính sắt của Terbium Dysprosium.
Từ lịch sử phát triển tài liệu này ở Hoa Kỳ, cả phát minh của tài liệu và các ứng dụng độc quyền ban đầu của nó đều liên quan trực tiếp đến ngành công nghiệp quân sự (như Hải quân). Mặc dù các bộ phận quân sự và quốc phòng của Trung Quốc đang dần tăng cường sự hiểu biết của họ về tài liệu này. Tuy nhiên, sau khi sức mạnh quốc gia toàn diện của Trung Quốc tăng lên đáng kể, các yêu cầu để hiện thực hóa chiến lược cạnh tranh quân sự trong thế kỷ 21 và cải thiện mức độ thiết bị chắc chắn sẽ rất cấp bách. Do đó, việc sử dụng rộng rãi các vật liệu từ tính khổng lồ của Terbium Dysprosium của các bộ phận quân sự và quốc phòng sẽ là một điều cần thiết lịch sử.
Nói tóm lại, nhiều tính chất tuyệt vời của terbium làm cho nó trở thành một thành viên không thể thiếu của nhiều vật liệu chức năng và vị trí không thể thay thế trong một số trường ứng dụng. Tuy nhiên, do giá terbium cao, mọi người đã nghiên cứu cách tránh và giảm thiểu việc sử dụng terbium để giảm chi phí sản xuất. Ví dụ, các vật liệu quang từ đất hiếm cũng nên sử dụng coban sắt dysprosium chi phí thấp hoặc gadolinium terbium coban càng nhiều càng tốt; Cố gắng giảm hàm lượng terbium trong bột huỳnh quang màu xanh lá cây phải được sử dụng. Giá đã trở thành một yếu tố quan trọng hạn chế việc sử dụng rộng rãi terbium. Nhưng nhiều vật liệu chức năng không thể làm mà không có nó, vì vậy chúng ta phải tuân thủ nguyên tắc của việc sử dụng thép tốt trên lưỡi kiếm và cố gắng cứu sử dụng terbium càng nhiều càng tốt.
Thời gian đăng: Tháng 7-05-2023