Unsur Tanah Langka Ajaib: Terbium

Terbiumkagolong ing kategori heavy rare earths, kanthi kelimpahan kurang ing kerak bumi mung 1,1 ppm.Terbium oksidakurang saka 0,01% saka total langka bumi. Malah ing jinis ion yttrium dhuwur bijih tanah jarang abot kanthi kandungan terbium paling dhuwur, kandungan terbium mung 1,1-1,2% saka total.bumi langka, nuduhake yen kalebu kategori "bangsawan".bumi langkaunsur. Kanggo luwih saka 100 taun wiwit panemuan terbium ing 1843, kelangkaan lan regane wis nyegah aplikasi praktis kanggo dangu. Iku mung ing 30 taun kepungkurterbiumwis nuduhake bakat unik.

Nggoleki Sejarah

Kimiawan Swedia Carl Gustaf Mosander nemokake terbium ing taun 1843. Dheweke nemokake impurities ingyttrium oksidalanY2O3. Yttriumdijenengi miturut jeneng desa Itby ing Swedia. Sadurunge munculé teknologi ion exchange, terbium ora diisolasi ing wangun murni.

Mossander pisanan dibagiyttrium oksidadadi telung bagean, kabeh jenenge bijih:yttrium oksida, erbium oksida, lanterbium oksida. Terbium oksidaOriginally dumadi saka bagéan pink, amarga unsur saiki dikenal minangkaerbium. Erbium oksida(kalebu sing saiki kita sebut terbium) wiwitane minangka bagean tanpa warna ing solusi. Oksida sing ora larut saka unsur iki dianggep coklat.

Banjur para pekerja angel ndeleng sing cilik ora ana warna "erbium oksida", nanging bagean pink sing larut ora bisa diabaikan. Debat babagan oraneerbium oksidawis bola-bali muncul. Ing kekacauan kasebut, jeneng asli dibalik lan ijol-ijolan jeneng macet, mula bagian jambon kasebut pungkasane diarani minangka solusi sing ngemot erbium (ing solusi kasebut, jambon). Saiki dipercaya manawa para pekerja sing nggunakake natrium disulfida utawa kalium sulfat kanggo mbusak cerium dioksida sakayttrium oksidaora sengaja nguripaketerbiummenyang cerium ngemot precipitates. Saiki dikenal minangka 'terbium', mung udakara 1% saka aslineyttrium oksidasaiki, nanging iki cukup kanggo ngirim werna kuning cahya kanggoyttrium oksida. Mulane,terbiumminangka komponen sekunder sing wiwitane ngemot, lan dikontrol dening tetanggan langsung,gadoliniumlandysprosium.

Sawise, kapan liyanebumi langkaunsur dipisahake saka campuran iki, preduli saka proporsi oksida, jeneng terbium ditahan nganti pungkasan, oksida coklat sakaterbiumdijupuk ing wangun murni. Peneliti ing abad kaping 19 ora nggunakake teknologi fluoresensi ultraviolet kanggo mirsani nodul kuning utawa ijo padhang (III), nggawe terbium luwih gampang dikenali ing campuran utawa solusi sing padhet.

Konfigurasi elektron

Tata letak elektronik:

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

Susunan elektronik sakaterbiumiku [Xe] 6s24f9. Biasane, mung telung elektron sing bisa dicopot sadurunge muatan nuklir dadi gedhe banget kanggo diionisasi maneh. Nanging, ing kasus sakaterbium, setengah diisiterbiumngidini kanggo ionisasi luwih saka elektron papat ing ngarsane oksidan kuwat banget kayata gas fluorine.

logam

""

Terbiumyaiku logam langka bumi perak putih kanthi daktilitas, kateguhan, lan alus sing bisa dipotong nganggo piso. Titik lebur 1360 ℃, titik didih 3123 ℃, Kapadhetan 8229 4kg / m3. Dibandhingake karo unsur lantanida awal, iku relatif stabil ing udhara. Unsur kaping sanga saka unsur lantanida, terbium, yaiku logam sing muatane dhuwur sing bereaksi karo banyu dadi gas hidrogen.

Ing alam,terbiumora tau ditemokake minangka unsur bebas, ana ing jumlah cilik ing pasir thorium phosphorous cerium lan bijih silikon berilium yttrium.Terbiumurip bebarengan karo unsur bumi langka liyane ing wedhi monazite, kanthi umume 0,03% kandungan terbium. Sumber liya kalebu yttrium fosfat lan emas bumi langka, loro-lorone minangka campuran oksida sing ngemot nganti 1% terbium.

Aplikasi

Aplikasi sakaterbiumbiasane melu lapangan dhuwur-tech, kang teknologi intensif lan kawruh proyèk nglereni-pinggiran intensif, uga proyèk karo keuntungan ekonomi wujud, karo prospek pembangunan atraktif.

Wilayah aplikasi utama kalebu:

(1) Digunakake ing wangun campuran rare earths. Contone, digunakake minangka pupuk senyawa bumi langka lan aditif feed kanggo tetanèn.

(2) Activator kanggo bubuk ijo ing telung wêdakakêna fluoresensi utami. Bahan optoelektronik modern mbutuhake telung warna dhasar fosfor, yaiku abang, ijo, lan biru, sing bisa digunakake kanggo nyintesis macem-macem warna. lanterbiumminangka komponèn indispensable ing akeh wêdakakêna fluoresensi ijo kualitas dhuwur.

(3) Digunakake minangka bahan panyimpenan optik magneto. Film tipis logam transisi terbium logam amorf wis digunakake kanggo nggawe cakram optik magneto kinerja dhuwur.

(4) Manufaktur kaca optik magneto. Kaca rotasi Faraday sing ngemot terbium minangka bahan utama kanggo nggawe rotator, isolator, lan sirkulasi ing teknologi laser.

(5) Pangembangan lan pangembangan terbium dysprosium ferromagnetostrictive alloy (TerFenol) wis mbukak aplikasi anyar kanggo terbium.

Kanggo tetanèn lan peternakan

Rare earthterbiumbisa ningkatake kualitas tetanen lan ningkatake laju fotosintesis ing sawetara konsentrasi tartamtu. Kompleks terbium nduweni aktivitas biologi sing dhuwur, lan kompleks terner sakaterbium, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, nduweni efek antibakteri lan bakterisida sing apik ing Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis, lan Escherichia coli, kanthi sifat antibakteri spektrum sing amba. Sinau babagan kompleks kasebut nyedhiyakake arah riset anyar kanggo obat bakterisida modern.

Digunakake ing lapangan luminescence

Bahan optoelektronik modern mbutuhake telung warna dhasar fosfor, yaiku abang, ijo, lan biru, sing bisa digunakake kanggo nyintesis macem-macem warna. Lan terbium minangka komponen sing penting ing pirang-pirang bubuk fluoresensi ijo sing berkualitas tinggi. Yen lair saka werna bumi langka TV wêdakakêna neon abang wis stimulus dikarepake kanggoyttriumlaneuropium, banjur aplikasi lan pangembangan terbium wis disedhiyakake dening langka bumi telung werna utami wêdakakêna fluoresensi ijo kanggo lampu. Ing wiwitan taun 1980-an, Philips nemokke lampu neon hemat energi kompak pisanan ing donya lan kanthi cepet promosi global. Ion Tb3+ bisa mancarake cahya ijo kanthi dawane gelombang 545nm, lan meh kabeh bubuk neon ijo jarang digunakake.terbium, minangka aktivator.

Wêdakakêna fluoresensi ijo sing digunakake kanggo tabung sinar katoda TV warna (CRTs) mesthi adhedhasar seng sulfida sing murah lan efisien, nanging bubuk terbium tansah digunakake minangka bubuk ijo TV warna proyeksi, kayata Y2SiO5: Tb3 +, Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, lan LaOBr: Tb3+. Kanthi pangembangan televisi definisi dhuwur (HDTV) layar gedhe, bubuk fluoresensi ijo kanthi kinerja dhuwur kanggo CRT uga dikembangake. Contone, bubuk fluoresensi ijo hibrida wis dikembangake ing luar negeri, kalebu Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+, lan Y2SiO5: Tb3+, sing nduweni efisiensi luminescence sing apik banget ing kerapatan arus dhuwur.

Bubuk fluoresen sinar-X tradisional yaiku kalsium tungstat. Ing taun 1970-an lan 1980-an, bubuk neon bumi langka kanggo layar sensitisasi dikembangake, kayataterbium, lantanum sulfida oksida sing diaktifake, oksida lantanum bromida sing diaktifake (kanggo layar ijo), lan yttrium sulfida oksida sing diaktifake terbium. Dibandhingake karo kalsium tungstate, bubuk neon bumi langka bisa nyuda wektu iradiasi sinar-X kanggo pasien nganti 80%, nambah resolusi film sinar-X, ngluwihi umur tabung sinar-X, lan nyuda konsumsi energi. Terbium uga digunakake minangka aktivator bubuk neon kanggo layar peningkatan sinar-X medis, sing bisa ningkatake sensitivitas konversi sinar-X menyang gambar optik, nambah kejelasan film sinar-X, lan nyuda dosis paparan sinar X- sinar menyang awak manungsa (luwih saka 50%).

Terbiumuga digunakake minangka aktivator ing fosfor LED putih bungah dening cahya biru kanggo cahya semikonduktor anyar. Bisa digunakake kanggo ngasilake fosfor kristal optik magneto aluminium terbium, nggunakake dioda cahya biru minangka sumber cahya eksitasi, lan fluoresensi sing diasilake dicampur karo cahya eksitasi kanggo ngasilake cahya putih murni.

Bahan electroluminescent digawe saka terbium utamané kalebu seng sulfida bubuk fluoresensi ijo karoterbiumminangka aktivator. Ing iradiasi ultraviolet, kompleks organik terbium bisa ngetokake fluoresensi ijo sing kuwat lan bisa digunakake minangka bahan electroluminescent film tipis. Senajan kemajuan pinunjul wis digawe ing sinau sakabumi langkafilm lancip electroluminescent Komplek organik, isih ana longkangan tartamtu saka kepraktisan, lan riset ing film lan piranti lancip electroluminescent Komplek organik langka bumi isih ing ambane.

Karakteristik fluoresensi terbium uga digunakake minangka probe fluoresensi. Interaksi antara kompleks ofloxacin terbium (Tb3+) lan asam deoksiribonukleat (DNA) diteliti nggunakake spektrum fluoresensi lan serapan, kayata probe fluoresensi ofloxacin terbium (Tb3+). Asil kasebut nuduhake yen probe ofloxacin Tb3+ bisa mbentuk ikatan alur karo molekul DNA, lan asam deoksiribonukleat bisa ningkatake fluoresensi sistem ofloxacin Tb3+ kanthi signifikan. Adhedhasar owah-owahan iki, asam deoksiribonukleat bisa ditemtokake.

Kanggo bahan optik magneto

Bahan kanthi efek Faraday, uga dikenal minangka bahan magneto-optik, akeh digunakake ing laser lan piranti optik liyane. Ana rong jinis umum bahan optik magneto: kristal optik magneto lan kaca optik magneto. Antarane wong-wong mau, kristal magneto-optik (kayata yttrium wesi garnet lan terbium gallium garnet) duwe kaluwihan saka frekuensi operasi luwes lan stabilitas termal dhuwur, nanging lagi larang lan angel kanggo Pabrik. Kajaba iku, akeh kristal magneto-optik kanthi sudut rotasi Faraday dhuwur duwe panyerepan dhuwur ing sawetara gelombang cendhak, sing mbatesi panggunaane. Dibandhingake karo kristal optik magneto, kaca optik magneto nduweni kaluwihan transmisi dhuwur lan gampang digawe dadi blok utawa serat gedhe. Saiki, kacamata magneto-optik kanthi efek Faraday sing dhuwur utamane yaiku kacamata doped ion bumi langka.

Digunakake kanggo bahan panyimpenan magneto optik

Ing taun-taun pungkasan, kanthi pangembangan multimedia lan otomatisasi kantor kanthi cepet, panjaluk cakram magnetik kapasitas dhuwur anyar saya tambah akeh. Film tipis logam transisi terbium logam amorf wis digunakake kanggo nggawe cakram optik magneto kinerja dhuwur. Antarane wong-wong mau, film tipis alloy TbFeCo nduweni kinerja sing paling apik. Bahan magneto-optik adhedhasar Terbium wis diprodhuksi ing skala gedhe, lan cakram magneto-optik sing digawe saka bahan kasebut digunakake minangka komponen panyimpenan komputer, kanthi kapasitas panyimpenan tambah 10-15 kaping. Padha duwe kaluwihan saka kapasitas gedhe lan kacepetan akses cepet, lan bisa dibusak lan dilapisi puluhan ewu kaping nalika digunakake kanggo cakram optik Kapadhetan dhuwur. Iki minangka bahan penting ing teknologi panyimpenan informasi elektronik. Materi magneto-optik sing paling umum digunakake ing pita sing katon lan cedhak-infra merah yaiku kristal tunggal Terbium Gallium Garnet (TGG), yaiku bahan magneto-optik sing paling apik kanggo nggawe rotator lan isolator Faraday.

Kanggo kaca optik magneto

Kaca optik magneto Faraday nduweni transparansi lan isotropi sing apik ing wilayah sing katon lan inframerah, lan bisa mbentuk macem-macem bentuk kompleks. Iku gampang kanggo gawé produk gedhe-ukuran lan bisa digambar menyang serat optik. Mulane, nduweni prospek aplikasi sing wiyar ing piranti optik magneto kayata isolator optik magneto, modulator optik magneto, lan sensor saiki serat optik. Amarga momen magnetik sing gedhe lan koefisien panyerepan cilik ing jarak sing katon lan inframerah, ion Tb3+ wis dadi ion bumi langka sing umum digunakake ing kaca optik magneto.

Terbium dysprosium ferromagnetostrictive alloy

Ing pungkasan abad kaping 20, kanthi terus-terusan pendalaman revolusi teknologi donya, bahan aplikasi bumi langka anyar kanthi cepet muncul. Ing taun 1984, Universitas Negeri Iowa, Laboratorium Ames Departemen Energi AS, lan Pusat Riset Senjata Permukaan Angkatan Laut AS (saka ngendi personel utama saka Edge Technology Corporation (ET REMA) sing banjur diadegake) kolaborasi kanggo ngembangake piranti anyar sing langka. materi cerdas bumi, yaiku terbium dysprosium ferromagnetic magnetostrictive material. Materi cerdas anyar iki nduweni ciri sing apik banget kanggo ngowahi energi listrik dadi energi mekanik kanthi cepet. Transduser ing jero banyu lan elektro-akustik sing digawe saka bahan magnetostrictive raksasa iki wis kasil dikonfigurasi ing peralatan angkatan laut, speaker deteksi sumur minyak, sistem kontrol swara lan geter, lan eksplorasi segara lan sistem komunikasi lemah. Mulane, sanalika bahan magnetostrictive raksasa wesi terbium dysprosium lair, entuk perhatian sing nyebar saka negara-negara industri ing saindenging jagad. Edge Technologies ing Amerika Serikat wiwit mrodhuksi bahan magnetostrictive raksasa wesi terbium dysprosium ing taun 1989 lan dijenengi Terfenol D. Sabanjure, Swedia, Jepang, Rusia, Inggris, lan Australia uga ngembangake bahan magnetostrictive raksasa wesi terbium dysprosium.

Saka sajarah pangembangan materi iki ing Amerika Serikat, loro panemuan materi lan aplikasi monopoli awal langsung ana hubungane karo industri militer (kayata angkatan laut). Senajan departemen militèr lan pertahanan China mboko sithik ngiyataken pangerten materi iki. Nanging, kanthi nambah kekuwatan nasional China sing komprehensif, panjaluk kanggo nggayuh strategi kompetitif militer abad kaping 21 lan nambah level peralatan mesthi bakal banget. Mula, panggunaan bahan magnetostrictive raksasa wesi terbium dysprosium dening departemen pertahanan militer lan nasional bakal dadi kabutuhan sejarah.

Ing cendhak, akeh banget sifat sakaterbiumdadi anggota indispensable saka akeh bahan fungsional lan posisi irreplaceable ing sawetara lapangan aplikasi. Nanging, amarga rega terbium sing dhuwur, wong-wong wis sinau babagan cara nyegah lan nyuda panggunaan terbium supaya bisa nyuda biaya produksi. Contone, bahan magneto-optik bumi langka uga kudu nggunakake biaya murahwesi dysprosiumkobalt utawa gadolinium terbium kobalt sabisa; Coba kurangi kandungan terbium ing bubuk fluoresensi ijo sing kudu digunakake. Rega wis dadi faktor penting sing mbatesi panggunaan sing nyebarterbium. Nanging akeh bahan fungsional ora bisa ditindakake tanpa, mula kita kudu netepi prinsip "nggunakake baja sing apik ing bilah" lan nyoba nylametake panggunaanterbiumsabisa-bisa.

 


Wektu kirim: Oct-25-2023