Terbiumgehéiert zu der Kategorie vu schwéiereselten Äerden, mat enger gerénger Heefegkeet an der Äerdkuuscht vun nëmmen 1,1 ppm. Terbiumoxid mécht manner wéi 0,01% vun den gesamten seltenen Äerdmetaller aus. Och am schwéiere seltenen Äerderz mat héijem Yttriumionengehalt an dem héchsten Terbiumgehalt mécht den Terbiumgehalt nëmmen 1,1-1,2% vun den gesamten seltenen Äerdmetaller aus, wat drop hiweist, datt et zu der "edeler" Kategorie vun de seltenen Äerdmetaller gehéiert. Zënter iwwer 100 Joer, zënter der Entdeckung vum Terbium am Joer 1843, hunn seng Raritéit a säi Wäert seng praktesch Uwendung laang verhënnert. Eréischt an de leschten 30 Joer huet Terbium säin eenzegaartegt Talent bewisen.
Geschicht entdecken
De schweedesche Chemiker Carl Gustaf Mosander huet Terbium am Joer 1843 entdeckt. Hie fënnt seng Onreinheeten anYttrium(III)-OxidanY2O3Yttrium ass nom Duerf Ytterby a Schweden benannt. Virum Entstoe vun der Ionenaustauschtechnologie gouf Terbium net a senger reiner Form isoléiert.
De Mosant huet fir d'éischt Yttrium(III)-Oxid an dräi Deeler opgedeelt, déi all no Äerzer benannt sinn: Yttrium(III)-Oxid,Erbium(III)-Oxid, an Terbiumoxid. Terbiumoxid bestoung ursprénglech aus engem rosa Deel, wéinst dem Element dat haut als Erbium bekannt ass. „Erbium(III)oxid“ (och dat wat mir haut Terbium nennen) war ursprénglech den am Wesentlechen faarflosen Deel an der Léisung. Den onléislechen Oxid vun dësem Element gëtt als brong ugesinn.
Spéider konnten d'Aarbechter dat klengt faarflos "Erbium(III)-Oxid" kaum observéieren, awer den lösleche rosa Deel konnt net ignoréiert ginn. Debatten iwwer d'Existenz vun Erbium(III)-Oxid sinn ëmmer erëm opgetrueden. Am Chaos gouf den ursprénglechen Numm ëmgedréint an den Austausch vun den Nimm ass bliwwen, sou datt de rosa Deel schliisslech als eng Léisung mat Erbium ernimmt gouf (an der Léisung war et rosa). Et gëtt elo ugeholl, datt Aarbechter, déi Natriumbisulfat oder Kaliumsulfat benotzen, ... huelen.Cerium(IV)-Oxidaus Yttrium(III)-Oxid erauskommen an Terbium ongewollt an e Sediment mat Cer verwandelen. Nëmmen ongeféier 1% vum ursprénglechen Yttrium(III)-Oxid, haut bekannt als "Terbium", ass genuch, fir dem Yttrium(III)-Oxid eng gielzeg Faarf iwwerzeginn. Dofir ass Terbium eng sekundär Komponent, déi et ufanks enthalen huet, an et gëtt vu senge direkten Noperen, Gadolinium an Dysprosium, kontrolléiert.
Duerno, ëmmer wann aner selten Äerdelementer aus dëser Mëschung getrennt goufen, onofhängeg vum Undeel vum Oxid, gouf den Numm Terbium bäibehalen, bis schliisslech dat brongt Oxid vum Terbium a reiner Form kritt gouf. Fuerscher am 19. Joerhonnert hunn d'Ultraviolettfluoreszenztechnologie net benotzt fir hellgiel oder gréng Knëppchen (III) ze beobachten, soudatt et Terbium méi einfach a feste Mëschungen oder Léisunge konnt erkannt ginn.
Elektronekonfiguratioun
Elektronekonfiguratioun:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
D'Elektronekonfiguratioun vum Terbium ass [Xe] 6s24f9. Normalerweis kënnen nëmmen dräi Elektrone ewechgeholl ginn, ier d'Nuklearladung ze grouss gëtt fir weider ioniséiert ze ginn, awer am Fall vun Terbium erlaabt hallefgefëllten Terbium, datt de véierte Elektron a Präsenz vu ganz staarken Oxidatiounsmëttel wéi Fluorgas weider ioniséiert gëtt.
Terbium ass e sëlwerwäisses seltenen Äerdmetall mat Dektilitéit, Zähheet a Weichheet, déi mat engem Messer geschnidden ka ginn. Schmelzpunkt 1360 ℃, Kachpunkt 3123 ℃, Dicht 8229 4 kg/m3. Am Verglach mam fréie Lanthanid ass et relativ stabil an der Loft. Als néngten Element vum Lanthanid ass Terbium e Metall mat staarker Elektrizitéit. Et reagéiert mat Waasser fir Waasserstoff ze bilden.
An der Natur gouf Terbium ni als fräit Element fonnt, vun deem eng kleng Quantitéit a Phosphocerium-Thorium-Sand a Gadolinit virkënnt. Terbium koexistéiert mat anere seltenen Äerdelementer a Monazitsand, mat engem Terbiumgehalt vun am Allgemengen 0,03%. Aner Quelle si Xenotime a schwaarzt selten Goldäerzer, déi allebéid Mëschunge vun Oxiden sinn a bis zu 1% Terbium enthalen.
Applikatioun
D'Uwendung vun Terbium betrëfft haaptsächlech High-Tech-Beräicher, dat sinn technologieintensiv a wëssensintensiv Spëtzeprojeten, souwéi Projeten mat bedeitende wirtschaftleche Virdeeler a mat attraktiven Entwécklungsaussichten.
Zu den Haaptapplikatiounsberäicher gehéieren:
(1) Gëtt a Form vu gemëschte seltenen Äerdmetaller benotzt. Zum Beispill gëtt et als Dünger a Fudderadditiv fir d'Landwirtschaft benotzt.
(2) Aktivator fir gréngt Pulver an dräi primäre fluoreszente Pulveren. Modern optoelektronesch Materialien erfuerderen d'Benotzung vun dräi Grondfaarwe vu Phosphoren, nämlech rout, gréng a blo, déi benotzt kënne ginn fir verschidde Faarwen ze synthetiséieren. An Terbium ass eng onverzichtbar Komponent a ville qualitativ héichwäertege grénge fluoreszente Pulveren.
(3) Als magneto-optescht Späichermaterial benotzt. Dënn Schichten aus amorphen Metall-Terbium-Iwwergangsmetalllegierungen goufen benotzt fir héich performant magneto-optesch Scheiwen ze produzéieren.
(4) Produktioun vu magnetoopteschem Glas. Faraday Rotatiounsglas mat Terbium ass e Schlësselmaterial fir d'Produktioun vu Rotatoren, Isolatoren a Zirkulatoren an der Lasertechnologie.
(5) D'Entwécklung an d'Weiderentwécklung vun der Terbium-Dysprosium-Ferromagnetostriktivlegierung (TerFenol) huet nei Uwendungsméiglechkeeten fir Terbium opgemaach.
Fir Landwirtschaft a Véizuucht
Selten Äerdmetall Terbium kann d'Qualitéit vu Kulturen verbesseren an d'Rate vun der Fotosynthese bannent engem bestëmmte Konzentratiounsberäich erhéijen. Terbiumkomplexe hunn eng héich biologesch Aktivitéit. Ternär Komplexe vun Terbium, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3 · 3H2O, hunn gutt antibakteriell an bakterizid Effekter op Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis an Escherichia coli. Si hunn e breede antibakterielle Spektrum. D'Studie vun esou Komplexe bitt eng nei Fuerschungsrichtung fir modern bakterizid Medikamenter.
Am Beräich vun der Lumineszenz benotzt
Modern optoelektronesch Materialien erfuerderen d'Benotzung vun dräi Grondfaarwe vu Phosphor, nämlech rout, gréng a blo, déi benotzt kënne ginn, fir verschidde Faarwen ze synthetiséieren. An Terbium ass eng onverzichtbar Komponent a ville qualitativ héichwäertege grénge Fluoreszenzpulver. Wann d'Entstoe vum roude Fluoreszenzpulver aus seltenen Äerdmetaller fir Faarffernsehen d'Nofro no Yttrium an Europium stimuléiert huet, dann ass d'Uwendung an d'Entwécklung vun Terbium duerch de grénge Fluoreszenzpulver aus seltenen Äerdmetaller mat dräi Primärfaarwe fir Luuchten gefördert ginn. An den fréien 1980er Joren huet Philips déi éischt kompakt energiespuerend Fluoreszenzlampe vun der Welt erfonnt a se séier weltwäit vermaart. Tb3+-Ionen kënne gréngt Liicht mat enger Wellelängt vu 545 nm ausstrahlen, a bal all gréng Phosphor aus seltenen Äerdmetaller benotzen Terbium als Aktivator.
De grénge Phosphor fir Kathodenstrahlröhren (CRT) vu Faarffernseher baséiert ëmmer op Zinksulfid, wat bëlleg an effizient ass, awer den Terbiumpulver gouf ëmmer als grénge Phosphor fir Projektiounsfaarffernseher benotzt, dorënner Y2SiO5 ∶ Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12 ∶ Tb3+ an LaOBr ∶ Tb3+. Mat der Entwécklung vum Groussbildschierm-High-Definition-Fernsehen (HDTV) ginn och héichperformant gréng Fluoreszenzpulver fir CRTs entwéckelt. Zum Beispill gouf am Ausland en hybride grénge Fluoreszenzpulver entwéckelt, deen aus Y3 (Al, Ga) 5O12:Tb3+, LaOCl:Tb3+ an Y2SiO5:Tb3+ besteet, déi eng exzellent Lumineszenzeffizienz bei héijer Stroumdicht hunn.
Dat traditionellt Röntgenfluoreszent Pulver ass Kalziumwolframat. An den 1970er an 1980er Joren goufen selten Äerdphosphor fir Intensivéierungsbildschirmer entwéckelt, wéi zum Beispill Terbium-aktivéiert Schwefel-Lanthanoxid, Terbium-aktivéiert Brom-Lanthanoxid (fir gréng Bildschirmer), Terbium-aktivéiert Schwefel-Yttrium(III)-Oxid, etc. Am Verglach mat Kalziumwolframat kann selten Äerd-fluoreszent Pulver d'Zäit vun der Röntgenbestrahlung fir Patienten ëm 80% reduzéieren, d'Opléisung vu Röntgenfilmer verbesseren, d'Liewensdauer vu Röntgenröhren verlängeren an den Energieverbrauch reduzéieren. Terbium gëtt och als Fluoreszentpulveraktivator fir medizinesch Röntgenverbesserungsbildschirmer benotzt, wat d'Sensibilitéit vun der Röntgenkonvertéierung an optesch Biller däitlech verbesseren, d'Kloerheet vu Röntgenfilmer verbesseren an d'Beliichtungsdosis vu Röntgenstralen um mënschleche Kierper däitlech reduzéieren (ëm méi wéi 50%).
Terbium gëtt och als Aktivator am wäissen LED-Phosphor benotzt, deen duerch blo Liicht fir nei Hallefleederbeliichtung ugereegt gëtt. Et kann benotzt ginn fir Terbium-Aluminium-Magneto-optesch Kristallphosphoren ze produzéieren, andeems blo Liichtemittéierend Dioden als Anregungsliichtquellen benotzt ginn, an déi generéiert Fluoreszenz gëtt mam Anregungsliicht gemëscht fir rengt wäisst Liicht ze produzéieren.
Déi elektrolumineszent Materialien aus Terbium enthalen haaptsächlech Zinksulfidgréngphosphor mat Terbium als Aktivator. Ënner ultravioletter Bestrahlung kënnen organesch Komplexe vun Terbium eng staark gréng Fluoreszenz emittéieren a kënnen als Dënnschicht-elektrolumineszent Materialien benotzt ginn. Obwuel bedeitend Fortschrëtter an der Studie vun organesche komplexe elektrolumineszenten Dënnschichten aus seltenen Äerdmetaller gemaach goufen, gëtt et nach ëmmer eng gewëssen Lück mat der Praktikabilitéit, an d'Fuerschung iwwer organesche komplex elektrolumineszent Dënnschichten aus seltenen Äerdmetaller an Apparater ass nach ëmmer amgaang.
D'Fluoreszenzcharakteristike vum Terbium ginn och als Fluoreszenzsonden benotzt. Zum Beispill gouf d'Ofloxacin-Terbium (Tb3+) Fluoreszenzsonde benotzt fir d'Interaktioun tëscht dem Ofloxacin-Terbium (Tb3+) Komplex an der DNA (DNA) iwwer Fluoreszenzspektrum an Absorptiounsspektrum ze studéieren, wat drop hiweist, datt d'Ofloxacin-Tb3+-Sond eng Groove-Bindung mat DNA-Moleküle ka bilden, an d'DNA d'Fluoreszenz vum Ofloxacin-Tb3+-System däitlech erhéije kann. Baséierend op dëser Ännerung kann d'DNA bestëmmt ginn.
Fir magnetooptesch Materialien
Materialien mat Faraday-Effekt, och bekannt als magneto-optesch Materialien, gi wäit verbreet a Laseren an aner opteschen Apparater benotzt. Et ginn zwou üblech Aarte vu magneto-optesche Materialien: magneto-optesch Kristaller a magneto-optescht Glas. Dorënner hunn magneto-optesch Kristaller (wéi Yttrium-Eisen-Granat an Terbium-Gallium-Granat) d'Virdeeler vun enger justierbarer Betribsfrequenz an enger héijer thermescher Stabilitéit, awer si si deier a schwéier ze produzéieren. Zousätzlech hunn vill magneto-optesch Kristaller mat engem héije Faraday-Rotatiounswénkel eng héich Absorptioun am Kuerzwelleberäich, wat hir Notzung limitéiert. Am Verglach mat magneto-optesche Kristaller huet magneto-optescht Glas de Virdeel vun enger héijer Transmittanz a kann einfach a grouss Blöcke oder Faseren verwandelt ginn. Am Moment si magneto-optesch Glaser mat engem héije Faraday-Effekt haaptsächlech mat seltenen Äerdionen dotéiert Glaser.
Benotzt fir magnetooptesch Späichermaterialien
An de leschte Joren, mat der schneller Entwécklung vu Multimedia an Büroautomatiséierung, ass d'Nofro fir nei Magnéitscheiwen mat héijer Kapazitéit eropgaang. Amorph Metall-Terbium-Iwwergangsmetalllegierungsfilmer goufen benotzt fir héich performant magneto-optesch Scheiwen ze produzéieren. Dorënner huet den Dënnfilm aus der TbFeCo-Legierung déi bescht Leeschtung. Magnéito-optesch Materialien op Basis vun Terbium goufen a groussem Moossstaf produzéiert, a magneto-optesch Scheiwen, déi doraus hiergestallt ginn, ginn als Computerspeicherkomponenten benotzt, wouduerch d'Späicherkapazitéit ëm den 10-15-fache erhéicht gëtt. Si hunn d'Virdeeler vun enger grousser Kapazitéit an enger schneller Zougangsgeschwindegkeet, a kënne zéngdausende Mol ofgewëscht a beschichtet ginn, wa se fir optesch Scheiwen mat héijer Dicht benotzt ginn. Si si wichteg Materialien an der elektronescher Informatiounsspeichertechnologie. Dat am meeschte verbreet magneto-optescht Material am visuellen an am noen Infraroutband ass den Terbium-Gallium-Granat (TGG)-Eenkristall, deen dat bescht magneto-optescht Material fir d'Fabrikatioun vu Faraday-Rotatoren an -Isolatoren ass.
Fir magnetooptescht Glas
Faraday Magnetglas huet eng gutt Transparenz an Isotropie am visuellen an Infraroutberäich a kann verschidde komplex Formen bilden. Et ass einfach, grouss Produkter ze produzéieren a kann a Faseren gezunn ginn. Dofir huet et breet Uwendungsperspektiven a magneto-opteschen Apparater wéi magneto-optesch Isolatoren, magneto-optesch Modulatoren a Glasfaserstroumsensoren. Wéinst sengem grousse Magnéitmoment a sengem klenge Absorptiounskoeffizient am visuellen an Infraroutberäich sinn Tb3+-Ionen zu heefeg benotzte seltenen Äerdionen a magneto-optesche Brëller ginn.
Terbium Dysprosium Ferromagnetostriktiv Legierung
Um Enn vum 20. Joerhonnert, mat der Verdéiwung vun der weltwäiter wëssenschaftlecher an technologescher Revolutioun, sinn nei selten Äerd-Uwendungsmaterialien séier entstanen. Am Joer 1984 hunn d'Iowa State University vun den USA, den Ames Laboratory vum United States Department of Energy vun den USA an den US Navy Surface Weapons Research Center (d'Haaptpersonal vun der spéider gegrënnter American Edge Technology Company (ET REMA) koum aus dem Zentrum) zesummen en neit selten Äerd-Smart-Material entwéckelt, nämlech Terbium-Dysprosium-Eisen-Risen-Magnetostriktivt Material. Dëst neit Smart-Material huet déi exzellent Eegeschafte fir elektresch Energie séier a mechanesch Energie ëmzewandelen. Déi ënnerwaasser- an elektroakustesch Transduceren aus dësem risege magnetostriktiven Material goufen erfollegräich a Marineausrüstung, Uelegbuerendetekterungslautsprecher, Geräisch- a Vibratiounskontrollsystemer, souwéi Ozeanerfuerschungs- a ënnerierdesche Kommunikatiounssystemer konfiguréiert. Dofir, soubal dat magnetostriktivt Terbium-Dysprosium-Eisen-Risen-Material gebuer gouf, huet et vill Opmierksamkeet vun den industrialiséierte Länner weltwäit kritt. Edge Technologies an den USA huet 1989 ugefaangen, magnetostriktiv Materialien aus Terbiumdysprosium-Eisenrisen ze produzéieren an se Terfenol D genannt. Duerno hunn Schweden, Japan, Russland, Groussbritannien an Australien och magnetostriktiv Materialien aus Terbiumdysprosium-Eisenrisen entwéckelt.
Aus der Geschicht vun der Entwécklung vun dësem Material an den USA sinn souwuel d'Erfindung vum Material wéi och seng fréi monopolistesch Uwendungen direkt mat der Militärindustrie (wéi der Marine) verbonnen. Och wann d'Militär- a Verteidegungsministère vu China hiert Verständnis vun dësem Material lues a lues verstäerken. Nodeems d'Chinesesch Vollmuecht awer däitlech zougeholl huet, wäerten d'Ufuerderunge fir d'Ëmsetzung vun der militärescher Konkurrenzstrategie am 21. Joerhonnert an d'Verbesserung vum Ausrüstungsniveau sécherlech ganz dringend sinn. Dofir wäert déi verbreet Notzung vun Terbiumdysprosium-Eisenrise-magnetostriktiven Materialien duerch Militär- a Verteidegungsministère eng historesch Noutwennegkeet sinn.
Kuerz gesot, déi vill exzellent Eegeschafte vum Terbium maachen et zu engem onverzichtbare Bestanddeel vu ville funktionelle Materialien an zu enger onverzichtbarer Positioun a verschiddene Beräicher vun der Uwendung. Wéinst dem héije Präis vum Terbium gouf awer ënnersicht, wéi een den Asaz vun Terbium vermeide kann a miniméiere kann, fir d'Produktiounskäschten ze reduzéieren. Zum Beispill sollten och magneto-optesch Materialien aus seltenen Äerdmetaller sou vill wéi méiglech bëlleg Dysprosium-Eisen-Kobalt oder Gadolinium-Terbium-Kobalt benotzen; probéiert den Terbiumgehalt am grénge fluoreszente Pulver, deen benotzt muss ginn, ze reduzéieren. De Präis ass zu engem wichtege Faktor ginn, deen déi verbreet Notzung vun Terbium limitéiert. Awer vill funktionell Materialien kënnen net ouni auskommen, dofir musse mir eis un de Prinzip halen, "gudde Stol um Blat ze benotzen" a probéieren, den Asaz vun Terbium sou vill wéi méiglech ze spueren.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 05. Juli 2023