Magescht selten Äerdelement: Terbium

Terbiumgehéiert zu der Kategorie vun de schwéiere seltenen Äerdmetaller, mat enger gerénger Heefegkeet an der Äerdkuuscht vun nëmmen 1,1 ppm.Terbiumoxidmécht manner wéi 0,01% vun der gesamter seltener Äerd aus. Och am schwéiere seltenen Äerderz mat héijem Yttriumionengehalt an dem héchsten Terbiumgehalt mécht den Terbiumgehalt nëmmen 1,1-1,2% vun der gesamterrar Äerd, wat drop hiweist, datt et zu der Kategorie "adelhaft" gehéiertrar ÄerdElementer. Zënter iwwer 100 Joer, zënter der Entdeckung vum Terbium am Joer 1843, hunn seng Raritéit a säi Wäert seng praktesch Uwendung laang Zäit verhënnert. Eréischt an de leschten 30 Joer, dattTerbiumhuet säin eenzegaartegt Talent bewisen.

Geschicht entdecken

De schweedesche Chemiker Carl Gustaf Mosander huet Terbium am Joer 1843 entdeckt. Hie huet seng Onreinheeten anYttriumoxidanY2O3. Yttriumass nom Duerf Itby a Schweden benannt. Virum Entstoe vun der Ionenaustauschtechnologie gouf Terbium net a senger reiner Form isoléiert.

Mossander huet fir d'éischt gedeeltYttriumoxidan dräi Deeler, all no Äerzer benannt:Yttriumoxid, Erbiumoxid, anTerbiumoxid. Terbiumoxidwar ursprénglech aus engem rosa Deel zesummegesat, wéinst dem Element, dat haut bekannt ass alsErbium. Erbiumoxid(inklusiv dat wat mir haut Terbium nennen) war ursprénglech e faarflosen Deel a Léisung. Den onléislechen Oxid vun dësem Element gëtt als brong ugesinn.

Spéider hunn d'Aarbechter et schwéier fonnt, kleng faarflos "Erbiumoxid„, awer den opléisleche rosa Deel kann net ignoréiert ginn. D'Debatt iwwer d'Existenz vunErbiumoxidass ëmmer erëm opgedaucht. Am Chaos gouf den ursprénglechen Numm ëmgedréit an den Austausch vun den Nimm ass bliwwen, sou datt den rosa Deel schliisslech als eng Léisung mat Erbium ernimmt gouf (an der Léisung war et rosa). Et gëtt elo ugeholl, datt Aarbechter, déi Natriumdisulfid oder Kaliumsulfat benotzen, fir Cerdioxid aus ... ze entfernenYttriumoxidongewollt dréinenTerbiumzu Ceriumhaltege Nidderschléi. Aktuell bekannt als 'Terbium', nëmmen ongeféier 1% vum OriginalYttriumoxidass präsent, awer dëst ass genuch fir eng hellgiel Faarf iwwerdroenYttriumoxidDofir,Terbiumass eng sekundär Komponent, déi et ufanks enthalen huet, an et gëtt vun senge direkten Noperen kontrolléiert,GadoliniumanDysprosium.

Duerno, wann ëmmer anerrar ÄerdElementer goufen aus dëser Mëschung getrennt, onofhängeg vum Undeel vum Oxid, den Numm Terbium gouf behalen, bis schliisslech dat brongt Oxid vunTerbiumgouf a purer Form kritt. Fuerscher am 19. Joerhonnert hunn d'Ultraviolett-Fluoreszenztechnologie net benotzt fir hellgiel oder gréng Knëppchen (III) ze beobachten, wat et méi einfach gemaach huet, Terbium a feste Mëschungen oder Léisungen z'erkennen.

Elektronekonfiguratioun

Elektronescht Layout:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9

Déi elektronesch Uerdnung vunTerbiumass [Xe] 6s24f9. Normalerweis kënnen nëmmen dräi Elektrone ewechgeholl ginn, ier d'Nuklearladung ze grouss gëtt fir weider ioniséiert ze ginn. Wéi och ëmmer, am Fall vunTerbium, déi hallef gefëlltTerbiumerlaabt eng weider Ioniséierung vum véierte Elektron a Präsenz vun engem ganz staarken Oxidatiounsmëttel wéi Fluorgas.

Metall

Terbiumass e sëlwerwäisses seltenen Äerdmetall mat Dektilitéit, Zähheet a Weichheet, dat mat engem Messer geschnidden ka ginn. Schmelzpunkt 1360 ℃, Kachpunkt 3123 ℃, Dicht 8229 4 kg/m3. Am Verglach mat fréie Lanthanid-Elementer ass et relativ stabil an der Loft. Dat néngt Element vun de Lanthanid-Elementer, Terbium, ass e Metall mat héijer Ladung, dat mat Waasser reagéiert fir Waasserstoffgas ze bilden.

An der Natur,Terbiumass ni als fräit Element fonnt ginn, dat a klenge Quantitéiten a Phosphor-Cer-Thorium-Sand a Silizium-Beryllium-Yttrium-Ärz präsent ass.Terbiumkoexistéiert mat anere seltenen Äerdelementer am Monazitsand, mat engem Terbiumgehalt vun allgemeng 0,03%. Aner Quelle sinn Yttriumphosphat a selten Äerdgold, béid Mëschunge vun Oxiden, déi bis zu 1% Terbium enthalen.

Applikatioun

D'Applikatioun vunTerbiumEt betrëfft haaptsächlech High-Tech-Beräicher, dat sinn technologieintensiv a wëssensintensiv Spëtzeprojeten, souwéi Projeten mat bedeitende wirtschaftleche Virdeeler a mat attraktiven Entwécklungsperspektiven.

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 Basisfaarwe vu Phosphor, nämlech rout, gréng a blo, déi benotzt kënne ginn fir verschidde Faarwen ze synthetiséieren. AnTerbiumass eng onverzichtbar Komponent a ville qualitativ héichwäertege grénge fluoreszente Pulveren.

(3) Als magnetooptescht Späichermaterial benotzt. Dënn Schichten aus amorphen Metall-Terbium-Iwwergangsmetalllegierungen goufen benotzt fir héich performant magnetooptesch 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 ÄerdTerbiumkënnen d'Qualitéit vu Kulturen verbesseren an d'Geschwindegkeet vun der Fotosynthese bannent engem bestëmmte Konzentratiounsberäich erhéijen. D'Komplexe vun Terbium hunn eng héich biologesch Aktivitéit, an déi ternär Komplexe vunTerbium, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, hunn eng gutt antibakteriell an bakterizid Wierkung op Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis an Escherichia coli, mat antibakteriellen Eegeschafte mat engem breede Spektrum. D'Studie vun dëse 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 fluoreszente Pulveren. Wann d'Entstoe vu seltenen Äerdmetaller Faarffernseh rout fluoreszent Pulver d'Nofro no ... stimuléiert huetYttriumanEuropium, duerno goufen d'Uwendung an d'Entwécklung vun Terbium duerch d'Selten-Erd-Dräi-Primärfaarf-Gréng-Fluoreszenzpulver fir Lampen gefördert. An den fréien 1980er Joren huet Philips déi éischt kompakt energiespuerend Fluoreszenzlampe vun der Welt erfonnt a se séier weltwäit vermaart. Tb3+-Ionen kënnen gréngt Liicht mat enger Wellelängt vu 545 nm ausstrahlen, a bal all Selten-Erd-Gréng-Fluoreszenzpulver benotzenTerbium, als Aktivator.

Dat gréngt fluoreszent Pulver, dat fir Kathodenstrahlröhren (CRT) fir Faarffernseher benotzt gëtt, baséiert ëmmer haaptsächlech op bëllegem an effizienten Zinksulfid, awer Terbiumpulver gouf ëmmer als gréngt Pulver fir Projektiounsfaarffernseher benotzt, wéi Y2SiO5:Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12:Tb3+ a LaOBr:Tb3+. Mat der Entwécklung vum Groussbildschierm-High-Definition-Fernsehen (HDTV) ginn och héichperformant gréng fluoreszent Pulver fir CRT entwéckelt. Zum Beispill gouf am Ausland en hybride gréngt fluoreszent Pulver 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 Äerdmetallfluoreszent Pulver fir Sensibiliséierungsscreens entwéckelt, wéi z.B.Terbium,aktivéiert Lanthansulfidoxid, Terbiumaktivéiert Lanthanbromidoxid (fir gréng Schiirme) an Terbiumaktivéiert Yttriumsulfidoxid. Am Verglach mat Kalziumwolframat kann selten Äerdmetallfluoreszent 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 fluoreszenten Pulveraktivator 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%).

Terbiumgëtt och als Aktivator am wäissen LED-Phosphor benotzt, deen duerch blo Liicht fir nei Hallefleederbeliichtung ugereegt gëtt. Et kann benotzt ginn fir Terbiumaluminium-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 Zinksulfidgréngt fluoreszent Pulver matTerbiumals Aktivator. Ënner ultravioletter Bestrahlung kënnen organesch Komplexe vun Terbium eng staark gréng Fluoreszenz ausstralen a kënnen als dënnfilmeg elektrolumineszent Materialien benotzt ginn. Obwuel bedeitend Fortschrëtter an der Studie vunrar Äerdorganesche komplex elektrolumineszent Dënnschichten, gëtt et nach ëmmer eng gewëssen Lück zur Praxis, an d'Fuerschung iwwer organesche komplex elektrolumineszent Dënnschichten an Apparater vun seltenen Äerdtypen ass nach ëmmer amgaang.

D'Fluoreszenzcharakteristike vum Terbium ginn och als Fluoreszenzsonden benotzt. D'Interaktioun tëscht dem Ofloxacin-Terbium (Tb3+) Komplex an Desoxyribonukleinsäure (DNA) gouf mat Hëllef vu Fluoreszenz- an Absorptiounsspektren ënnersicht, wéi zum Beispill d'Fluoreszenzsonde vum Ofloxacin-Terbium (Tb3+). D'Resultater hunn gewisen, datt d'Ofloxacin-Tb3+-Sond eng Groove-Bindung mat DNA-Moleküle ka bilden, an datt Desoxyribonukleinsäure d'Fluoreszenz vum Ofloxacin-Tb3+-System däitlech erhéije kann. Op Basis vun dëser Ännerung kann Desoxyribonukleinsäure 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 héije Faraday-Rotatiounswénkelen 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 héijem Faraday-Effekt haaptsächlech mat seltenen Äerdionen dotiéiert Glaser.

Benotzt fir magnetooptesch Späichermaterialien

An de leschte Joren, mat der schneller Entwécklung vu Multimedia an der Büroautomatiséierung, ass d'Nofro fir nei Magnéitscheiwen mat héijer Kapazitéit eropgaang. Amorph Metall-Terbium-Iwwergangsmetalllegierung-Dënnschichten goufen benotzt fir héich performant Magnéito-optesch Scheiwen ze produzéieren. Dorënner huet den TbFeCo-Legierung-Dënnschicht 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 héichdichteg optesch Scheiwen 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 kontinuéierlecher Verdéiwung vun der weltwäiter technologescher Revolutioun, sinn nei Materialien fir d'Applikatioun vu seltenen Äerdmetaller séier opgetrueden. Am Joer 1984 hunn d'Iowa State University, den Ames Laboratory vum US Department of Energy an den US Navy Surface Weapons Research Center (aus deem d'Haaptpersonal vun der spéider gegrënnter Edge Technology Corporation (ET REMA) koum) zesummegeschafft fir en neit intelligent Material aus seltenen Äerdmetaller z'entwéckelen, nämlech Terbiumdysprosium ferromagnetescht magnetostriktivt Material. Dëst neit intelligent Material huet exzellent Eegeschafte fir d'schnell Ëmwandlung vun elektrescher Energie a mechanesch Energie. Déi ënnerwaasser- an elektroakustesch Transduceren aus dësem risege magnetostriktive Material goufen erfollegräich a Marineausrüstung, Uelegbuerendetekterungslautsprecher, Geräisch- a Vibratiounskontrollsystemer, souwéi Ozeanerfuerschungs- a ënnerierdesche Kommunikatiounssystemer konfiguréiert. Dofir, soubal dat risegt magnetostriktivt Material aus Terbiumdysprosium Eisen 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 eraus, 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. Wéinst der bedeitender Verbesserung vun der nationaler Stäerkt vu China wäert d'Nofro fir eng militäresch Konkurrenzstrategie vum 21. Joerhonnert an d'Verbesserung vun der Ausrüstung definitiv 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 vunTerbiummaachen et zu engem onverzichtbare Bestanddeel vu ville funktionelle Materialien an eng onverzichtbar Positioun a verschiddene Beräicher vun Uwendungen. Wéinst dem héije Präis vum Terbium hunn d'Leit awer ënnersicht, wéi een de Gebrauch vun Terbium vermeide kann a miniméiere kann, fir d'Produktiounskäschten ze reduzéieren. Zum Beispill sollten och magneto-optesch Materialien aus seltenen Äerdmetaller bëlleg benotzt ginn.Dysprosium EisenKobalt oder Gadolinium-Terbium-Kobalt sou vill wéi méiglech; Versicht den Inhalt vun Terbium am grénge fluoreszente Pulver ze reduzéieren, deen benotzt muss ginn. De Präis ass zu engem wichtege Faktor ginn, deen déi verbreet Notzung vunTerbiumMee vill funktionell Materialien kënnen net ouni auskommen, dofir musse mir eis un de Prinzip halen, "gudden Stol op der Klingen ze benotzen" a probéieren, de Gebrauch vun ... ze spueren.Terbiumsou vill wéi méiglech.