Terbioapartenas al la kategorio de pezajraraj teroj, kun malalta abundeco en la terkrusto je nur 1.1 ppm. Terbia oksido konsistigas malpli ol 0.01% de la totalaj raraj teroj. Eĉ en la peza rara tero kun alta itrio-jona enhavo kun la plej alta terbia enhavo, la terbia enhavo konsistigas nur 1.1-1.2% de la totala rara tero, indikante ke ĝi apartenas al la "nobla" kategorio de rarateraj elementoj. Dum pli ol 100 jaroj ekde la malkovro de terbio en 1843, ĝia malabundeco kaj valoro longe malhelpis ĝian praktikan aplikon. Nur en la pasintaj 30 jaroj terbio montris sian unikan talenton.
Malkovrante Historion
La sveda kemiisto Carl Gustaf Mosander malkovris terbion en 1843. Li trovis ĝiajn malpuraĵojn enYttrium(III) oksidokajY2O3Itrio estas nomita laŭ la vilaĝo Ytterby en Svedio. Antaŭ la apero de jona interŝanĝa teknologio, terbio ne estis izolita en sia pura formo.
Mosant unue dividis Yttrium(III) oksidon en tri partojn, ĉiuj nomitaj laŭ ercoj: Yttrium(III) oksido,Erbio(III) oksido, kaj terbia oksido. Terbia oksido origine konsistis el rozkolora parto, pro la elemento nun konata kiel erbio. "Erbio(III) oksido" (inkluzive de tio, kion ni nun nomas terbio) origine estis la esence senkolora parto en la solvaĵo. La nesolvebla oksido de ĉi tiu elemento estas konsiderata bruna.
Pli postaj laboristoj apenaŭ povis observi la malgrandan senkoloran "erbium(III) oksidon", sed la solvebla rozkolora parto ne povis esti ignorata. Debatoj pri la ekzisto de erbium(III) oksido ekestis plurfoje. En la kaoso, la originala nomo estis inversigita kaj la interŝanĝo de nomoj blokiĝis, do la rozkolora parto estis fine menciita kiel solvaĵo enhavanta erbion (en la solvaĵo, ĝi estis rozkolora). Nun oni kredas, ke laboristoj, kiuj uzas natrian bisulfaton aŭ kalian sulfaton, prenas...Cerio(IV) oksidoel Yttrio(III) oksido kaj pretervole transformi terbion en sedimenton enhavantan cerion. Nur ĉirkaŭ 1% de la originala Yttrio(III) oksido, nun konata kiel "terbio", sufiĉas por transdoni flavecan koloron al Yttrio(III) oksido. Tial, terbio estas sekundara komponanto, kiu komence enhavis ĝin, kaj ĝi estas kontrolata de siaj tujaj najbaroj, gadolinio kaj disprozio.
Poste, kiam ajn aliaj rarateraj elementoj estis apartigitaj el ĉi tiu miksaĵo, sendepende de la proporcio de la oksido, la nomo terbio estis konservita ĝis fine, la bruna oksido de terbio estis akirita en pura formo. Esploristoj en la 19-a jarcento ne uzis ultraviolan fluoreskan teknologion por observi brile flavajn aŭ verdajn nodetojn (III), faciligante la rekonon de terbio en solidaj miksaĵoj aŭ solvaĵoj.
Elektrona konfiguracio
Elektrona konfiguracio:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
La elektrona konfiguracio de terbio estas [Xe]₆₆s²₄f₆. Normale, nur tri elektronoj povas esti forigitaj antaŭ ol la nuklea ŝargo fariĝas tro granda por esti plue jonigita, sed ĉe terbio, duonplena terbio permesas al la kvara elektrono esti plue jonigita en la ĉeesto de tre fortaj oksidantoj kiel ekzemple fluora gaso.
Terbio estas arĝentblanka rara tera metalo kun duktileco, dureco kaj moleco, kiun oni povas tranĉi per tranĉilo. Fandopunkto 1360 ℃, bolpunkto 3123 ℃, denseco 8229 4kg/m³. Kompare kun la fruaj lantanidoj, ĝi estas relative stabila en la aero. Kiel la naŭa elemento de lantanidoj, terbio estas metalo kun forta elektro. Ĝi reagas kun akvo por formi hidrogenon.
En la naturo, terbio neniam estis trovita kiel libera elemento, malgranda kvanto de kiu ekzistas en fosfoceria, toria sablo kaj Gadolinito. Terbio kunekzistas kun aliaj raraj teraj elementoj en monazita sablo, kun ĝenerale 0.03%-a terbia enhavo. Aliaj fontoj estas ksenotimo kaj nigraj raraj oraj ercoj, kiuj ambaŭ estas miksaĵoj de oksidoj kaj enhavas ĝis 1% da terbio.
Apliko
La apliko de terbio plejparte implikas altteknologiajn kampojn, kiuj estas teknologie intensaj kaj sciointensaj pintnivelaj projektoj, same kiel projektojn kun signifaj ekonomiaj avantaĝoj, kun allogaj disvolviĝaj perspektivoj.
La ĉefaj aplikaj areoj inkluzivas:
(1) Uzata en la formo de miksitaj raraj teroj. Ekzemple, ĝi estas uzata kiel raratera sterkaĵo kaj furaĝaldonaĵo por agrikulturo.
(2) Aktiviganto por verda pulvoro en tri primaraj fluoreskaj pulvoroj. Modernaj optoelektronikaj materialoj postulas la uzon de tri bazaj koloroj de fosforoj, nome ruĝa, verda kaj blua, kiuj povas esti uzataj por sintezi diversajn kolorojn. Kaj terbio estas nemalhavebla komponanto en multaj altkvalitaj verdaj fluoreskaj pulvoroj.
(3) Uzata kiel magneto-optika stoka materialo. Maldikaj filmoj el amorfaj terbiaj transirmetalaj alojoj estas uzataj por fabriki alt-efikecajn magneto-optikajn diskojn.
(4) Fabrikado de magnetoptika vitro. La rotacia vitro de Faraday enhavanta terbion estas ŝlosila materialo por fabrikado de rotaciiloj, izolatoroj kaj cirkuliloj en laserteknologio.
(5) La disvolviĝo kaj evoluigo de terbia disprosia feromagnetostriktiva alojo (TerFenol) malfermis novajn aplikojn por terbio.
Por agrikulturo kaj bredado
Raratera terbio povas plibonigi la kvaliton de kultivaĵoj kaj pliigi la rapidecon de fotosintezo ene de certa koncentriĝintervalo. Terbiaj kompleksoj havas altan biologian aktivecon. Ternaraj kompleksoj de terbio, Tb(Ala)3BenIm(ClO4)3·3H2O, havas bonajn antibakteriajn kaj baktericidajn efikojn kontraŭ Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis kaj Escherichia coli. Ili havas larĝan antibakterian spektron. La studo de tiaj kompleksoj provizas novan esplordirekton por modernaj baktericidaj medikamentoj.
Uzata en la kampo de luminesko
Modernaj optoelektronikaj materialoj postulas la uzon de tri bazaj koloroj de fosforoj, nome ruĝa, verda kaj blua, kiuj povas esti uzataj por sintezi diversajn kolorojn. Kaj terbio estas nemalhavebla komponanto en multaj altkvalitaj verdaj fluoreskaj pulvoroj. Se la naskiĝo de raratera ruĝa fluoreska pulvoro por koloraj televidiloj stimulis la postulon je itrio kaj eŭropio, tiam la apliko kaj disvolviĝo de terbio estis antaŭenigitaj per raratera tri-primara koloro verda fluoreska pulvoro por lampoj. Komence de la 1980-aj jaroj, Philips inventis la unuan kompaktan energiŝparan fluoreskan lampon en la mondo kaj rapide reklamis ĝin tutmonde. Tb3+-jonoj povas elsendi verdan lumon kun ondolongo de 545 nm, kaj preskaŭ ĉiuj rarateraj verdaj fosforoj uzas terbion kiel aktiviganton.
La verda fosforo por katodradiaj tuboj (CRT) de kolora televido ĉiam baziĝis sur zinka sulfido, kiu estas malmultekosta kaj efika, sed la terbia pulvoro ĉiam estis uzata kiel la verda fosforo por projekcia kolora televido, inkluzive de Y2SiO5 ∶ Tb3+, Y3 (Al, Ga)5O12 ∶ Tb3+ kaj LaOBr ∶ Tb3+. Kun la disvolviĝo de grand-ekrana altdifina televido (HDTV), ankaŭ alt-efikecaj verdaj fluoreskaj pulvoroj por CRT-oj estas disvolvataj. Ekzemple, hibrida verda fluoreska pulvoro estis disvolvita eksterlande, konsistanta el Y3 (Al, Ga)5O12:Tb3+, LaOCl:Tb3+, kaj Y2SiO5:Tb3+, kiuj havas bonegan lumineskan efikecon ĉe alta kurentdenseco.
La tradicia rentgen-fluoreska pulvoro estas kalcia volframo. En la 1970-aj kaj 1980-aj jaroj, rarateraj fosforoj por intensigi ekranojn estis evoluigitaj, kiel ekzemple terbio-aktivigita sulfuro lantana oksido, terbio-aktivigita bromo lantana oksido (por verdaj ekranoj), terbio-aktivigita sulfuro itrio(III) oksido, ktp. Kompare kun kalcia volframo, raratera fluoreska pulvoro povas redukti la tempon de rentgen-surradiado por pacientoj je 80%, plibonigi la distingivon de rentgen-filmoj, plilongigi la vivdaŭron de rentgen-tuboj kaj redukti energikonsumon. Terbio ankaŭ estas uzata kiel fluoreska pulvora aktivigilo por medicinaj rentgen-plibonigaj ekranoj, kiu povas multe plibonigi la sentemon de rentgen-konverto en optikajn bildojn, plibonigi la klarecon de rentgen-filmoj kaj multe redukti la eksponan dozon de rentgen-radioj al la homa korpo (je pli ol 50%).
Terbio ankaŭ estas uzata kiel aktivigilo en la blanka LED-fosforo ekscitita per blua lumo por nova duonkonduktaĵa lumigado. Ĝi povas esti uzata por produkti terbiajn aluminiajn magneto-optikajn kristalajn fosforojn, uzante bluajn lum-elsendantajn diodojn kiel ekscitajn lumfontojn, kaj la generita fluoresko estas miksita kun la ekscita lumo por produkti puran blankan lumon.
La elektrolumineskaj materialoj faritaj el terbio ĉefe inkluzivas zinkan sulfidan verdan fosforon kun terbio kiel aktivigilo. Sub ultraviola surradiado, organikaj kompleksoj de terbio povas elsendi fortan verdan fluoreskon kaj povas esti uzataj kiel maldikaj filmaj elektrolumineskaj materialoj. Kvankam signifa progreso estis farita en la studo de rarateraj organikaj kompleksaj elektrolumineskaj maldikaj filmoj, ankoraŭ ekzistas ia breĉo de praktikeco, kaj esplorado pri rarateraj organikaj kompleksaj elektrolumineskaj maldikaj filmoj kaj aparatoj ankoraŭ estas profunda.
La fluoreskaj karakterizaĵoj de terbio ankaŭ estas uzataj kiel fluoreskaj sondiloj. Ekzemple, la fluoreska sondilo de Ofloksacino-terbio (Tb3+) estis uzata por studi la interagadon inter la komplekso de Ofloksacino-terbio (Tb3+) kaj DNA (DNA) per fluoreska spektro kaj sorba spektro, indikante ke la Ofloksacino-Tb3+ sondilo povas formi sulkon ligante sin kun DNA-molekuloj, kaj DNA povas signife plifortigi la fluoreskon de la Ofloksacino-Tb3+ sistemo. Surbaze de ĉi tiu ŝanĝo, DNA povas esti determinita.
Por magneto-optikaj materialoj
Materialoj kun Faraday-efiko, ankaŭ konataj kiel magneto-optikaj materialoj, estas vaste uzataj en laseroj kaj aliaj optikaj aparatoj. Ekzistas du komunaj tipoj de magneto-optikaj materialoj: magneto-optikaj kristaloj kaj magneto-optika vitro. Inter ili, magneto-optikaj kristaloj (kiel ekzemple itrio-fera grenato kaj terbio-galia grenato) havas la avantaĝojn de alĝustigebla funkcia frekvenco kaj alta termika stabileco, sed ili estas multekostaj kaj malfacile fabrikeblaj. Krome, multaj magneto-optikaj kristaloj kun alta Faraday-rotacia angulo havas altan sorbadon en la mallonga onda gamo, kio limigas ilian uzon. Kompare kun magneto-optikaj kristaloj, magneto-optika vitro havas la avantaĝon de alta transmitanco kaj facile transformeblas en grandajn blokojn aŭ fibrojn. Nuntempe, magneto-optikaj vitroj kun alta Faraday-efiko estas ĉefe rarateraj jonoj dopitaj vitroj.
Uzata por magnetaj optikaj stokadmaterialoj
En la lastaj jaroj, kun la rapida disvolviĝo de multmedia kaj oficeja aŭtomatigo, la postulo je novaj altkapacitaj magnetaj diskoj kreskas. Filmoj el amorfa metalo terbio-transira metalalojo estas uzataj por fabriki alt-efikecajn magneto-optikajn diskojn. Inter ili, la maldika filmo el alojo TbFeCo havas la plej bonan rendimenton. Terbio-bazitaj magneto-optikaj materialoj estas produktitaj grandskale, kaj magneto-optikaj diskoj faritaj el ili estas uzataj kiel komputilaj memorkomponentoj, kun memorkapacito pliigita je 10-15-oblo. Ili havas la avantaĝojn de granda kapacito kaj rapida alirrapideco, kaj povas esti viŝitaj kaj kovritaj dekojn da miloj da fojoj kiam uzataj por alt-densecaj optikaj diskoj. Ili estas gravaj materialoj en elektronika informa memorteknologio. La plej ofte uzata magneto-optika materialo en la videblaj kaj preskaŭ-infraruĝaj bendoj estas la unu-kristala Terbio-Galiuma Grenato (TGG), kiu estas la plej bona magneto-optika materialo por fari Faraday-rotacilojn kaj izoliloj.
Por magneto-optika vitro
Faraday-magnetooptika vitro havas bonan travideblecon kaj izotropion en la videblaj kaj infraruĝaj regionoj, kaj povas formi diversajn kompleksajn formojn. Ĝi estas facile produktebla grand-dimensiajn produktojn kaj povas esti tirita en optikajn fibrojn. Tial, ĝi havas larĝajn aplikajn perspektivojn en magnetooptikaj aparatoj kiel magnetooptikaj izoliloj, magnetooptikaj modulatoroj kaj fibrooptikaj kurentsensiloj. Pro sia granda magneta momento kaj malgranda sorba koeficiento en la videbla kaj infraruĝa gamo, Tb3+-jonoj fariĝis ofte uzataj rarateraj jonoj en magnetooptikaj vitroj.
Terbia disprozia feromagnetostriktiva alojo
Fine de la 20-a jarcento, kun la profundiĝo de la monda scienca kaj teknologia revolucio, novaj rarateraj aplikataj materialoj rapide aperas. En 1984, la Ŝtata Universitato de Iovao de Usono, la Laboratorio Ames de la Usona Departemento pri Energio kaj la Esplorcentro pri Surfacaj Armiloj de la Usona Mararmeo (la ĉefa personaro de la poste establita Amerika Randa Teknologia Kompanio (ET REMA) venis de la centro) komune evoluigis novan rarateran inteligentan materialon, nome terbian disprosian feran gigantan magnetostriktivan materialon. Ĉi tiu nova inteligenta materialo havas la bonegajn karakterizaĵojn rapide konverti elektran energion en mekanikan energion. La subakvaj kaj elektro-akustikaj transduktiloj faritaj el ĉi tiu giganta magnetostriktiva materialo estis sukcese agorditaj en mararmea ekipaĵo, naftoputo-detektaj laŭtparoliloj, bruo- kaj vibradkontrolsistemoj, kaj oceanesploraj kaj subteraj komunikaj sistemoj. Tial, tuj kiam la terbian disprosian feran gigantan magnetostriktivan materialon naskiĝis, ĝi ricevis vastan atenton de industriigitaj landoj tra la mondo. Edge Technologies en Usono komencis produkti terbiajn disprosiajn ferajn gigantajn magnetostriktivajn materialojn en 1989 kaj nomis ilin Terfenol D. Poste, Svedio, Japanio, Rusio, Britio kaj Aŭstralio ankaŭ evoluigis terbiajn disprosiajn ferajn gigantajn magnetostriktivajn materialojn.
El la historio de la disvolviĝo de ĉi tiu materialo en Usono, kaj la invento de la materialo kaj ĝiaj fruaj monopolaj aplikoj estas rekte rilataj al la milita industrio (kiel ekzemple la mararmeo). Kvankam la ĉinaj militaj kaj defendaj departementoj iom post iom plifortigas sian komprenon pri ĉi tiu materialo. Tamen, post kiam la Ampleksa Nacia Potenco de Ĉinio signife pliiĝis, la postuloj por realigi la militan konkurencivan strategion en la 21-a jarcento kaj plibonigi la nivelon de ekipaĵo certe estos tre urĝaj. Tial, la ĝeneraligita uzo de terbiaj disprosiaj feraj gigantaj magnetostriktivaj materialoj fare de la militaj kaj naciaj defendaj departementoj estos historia neceso.
Mallonge, la multaj bonegaj ecoj de terbio igas ĝin nemalhavebla membro de multaj funkciaj materialoj kaj neanstataŭigeblan pozicion en iuj aplikaj kampoj. Tamen, pro la alta prezo de terbio, homoj studis kiel eviti kaj minimumigi la uzon de terbio por redukti produktokostojn. Ekzemple, rarateraj magneto-optikaj materialoj ankaŭ devus uzi malaltkostan disprosian feran kobalton aŭ gadolinian terbian kobalton kiel eble plej multe; Provu redukti la enhavon de terbio en la verda fluoreska pulvoro, kiun oni devas uzi. Prezo fariĝis grava faktoro, kiu limigas la ĝeneraligitan uzon de terbio. Sed multaj funkciaj materialoj ne povas rezigni pri ĝi, do ni devas aliĝi al la principo "uzi bonan ŝtalon sur la klingo" kaj provi ŝpari la uzon de terbio kiel eble plej multe.
Afiŝtempo: 05-07-2023