عنصر خاکی نادر جادویی: Terbium

تربیوممتعلق به دسته سنگین استزمین های نادر، با فراوانی کم در پوسته زمین فقط در 1.1 ppm. اکسید تربیم کمتر از 0.01 ٪ از کل زمین های نادر را تشکیل می دهد. حتی در نوع یون یونی بالا yttrium سنگ معدن زمین نادر با بالاترین محتوای تربیم ، محتوای Terbium فقط 1.1-1.2 ٪ از کل زمین نادر را تشکیل می دهد ، نشان می دهد که متعلق به دسته "نجیب" عناصر خاکی نادر است. بیش از 100 سال از زمان کشف Terbium در سال 1843 ، کمبود و ارزش آن از کاربرد عملی آن برای مدت طولانی جلوگیری کرده است. فقط در 30 سال گذشته Terbium استعداد منحصر به فرد خود را نشان داده است

کشف تاریخ

شیمیدان سوئدی ، کارل گوستاف موساندر در سال 1843 تربیم را کشف کرد. او ناخالصی های خود را در آن پیدا کرداکسید yttrium (iii)وتy2O3بشر Yttrium به نام روستای Ytterby در سوئد نامگذاری شده است. قبل از ظهور فناوری تبادل یونی ، Terbium به شکل خالص خود جدا نشده است.

MoSant برای اولین بار اکسید yttrium (iii) را به سه قسمت تقسیم کرد ، که همه آنها به نام سنگ معدن نامگذاری شده اند: yttrium (iii) اکسید ،اکسید اربیوم (iii)، و اکسید تربیم. اکسید تربیم در ابتدا از یک قسمت صورتی تشکیل شده بود ، به دلیل عنصری که اکنون به عنوان Erbium شناخته می شود. "Erbium (iii) اکسید" (از جمله آنچه اکنون ما آن را Terbium می نامیم) در اصل قسمت اساساً بی رنگ در محلول بود. اکسید نامحلول این عنصر قهوه ای در نظر گرفته می شود.

کارگران بعدی به سختی می توانند "اکسید erbium (iii)" بی رنگ و بی رنگ را مشاهده کنند ، اما قسمت صورتی محلول را نمی توان نادیده گرفت. مباحث مربوط به وجود اکسید اربیم (III) به طور مکرر بوجود آمده است. در هرج و مرج ، نام اصلی معکوس شد و مبادله نام ها گیر افتاد ، بنابراین قسمت صورتی در نهایت به عنوان راه حل حاوی Erbium (در محلول صورتی بود) ذکر شد. اکنون اعتقاد بر این است که کارگرانی که از سدیم بیسولفات یا سولفات پتاسیم استفاده می کننداکسید سریم (IV)از اکسید yttrium (iii) خارج شده و ناخواسته تربیم را به یک رسوب حاوی سریم تبدیل می کند. فقط حدود 1 ٪ از اکسید اصلی Yttrium (III) ، که اکنون به عنوان "Terbium" شناخته می شود ، برای عبور یک رنگ زرد مایل به اکسید (III) کافی است. بنابراین ، Terbium یک مؤلفه ثانویه است که در ابتدا آن را حاوی آن است و توسط همسایگان فوری آن ، گادولینیوم و دیسپروزیوم کنترل می شود.

پس از آن ، هر زمان که سایر عناصر نادر زمین از این مخلوط جدا می شدند ، صرف نظر از نسبت اکسید ، نام تربیم حفظ می شد تا اینکه سرانجام ، اکسید قهوه ای تربیم به شکل خالص بدست آمد. محققان در قرن نوزدهم از فناوری فلورسانس ماوراء بنفش برای رعایت گره های زرد یا سبز روشن (III) استفاده نکردند ، و این امر باعث می شود که تربیم در مخلوط ها یا محلول های جامد تشخیص داده شود.
پیکربندی الکترون

پیکربندی الکترون:

1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D10 4P6 5S2 4D10 5P6 6S2 4F9

پیکربندی الکترون Terbium [XE] 6S24F9 است. به طور معمول ، فقط سه الکترون می تواند قبل از اینکه بار هسته ای بیش از حد بزرگ شود برای یونیزه شدن بیشتر برداشته شود ، اما در مورد تربیم ، تربیم نیمه پر شده اجازه می دهد تا الکترونی چهارم در حضور اکسیدان های بسیار قوی مانند گاز فلور بیشتر یونیزه شود.

فلز تربیوم

Terbium یک فلزی زمین نادر نقره ای است که دارای انعطاف پذیری ، چقرمگی و نرمی است که با چاقو می توان آن را برش داد. نقطه ذوب 1360 ℃ ، نقطه جوش 3123 ℃ ، چگالی 8229 4kg/m3. در مقایسه با لانتانید اولیه ، در هوا نسبتاً پایدار است. به عنوان نهمین عنصر لانتانید ، Terbium یک فلز با برق قوی است. برای تشکیل هیدروژن با آب واکنش نشان می دهد.

در طبیعت ، تربیم هرگز یک عنصر رایگان پیدا نشده است که مقدار کمی از آنها در ماسه فسفوکریم توریم و گادولینیت وجود دارد. Terbium با سایر عناصر نادر زمین در ماسه مونازیت همزیستی است ، با میزان تربیم به طور کلی 0.03 ٪. منابع دیگر سنگ معدن زنوتیم و سیاه و سفید نادر طلایی هستند که هر دو مخلوط اکسیدها هستند و حاوی 1 ٪ تربیم هستند.

کاربرد

استفاده از Terbium بیشتر شامل زمینه های پیشرفته است که پروژه های پیشرفته و فشرده ای از فناوری و دانش و همچنین پروژه هایی با مزایای اقتصادی قابل توجه و دارای چشم انداز توسعه جذاب هستند.

مناطق اصلی برنامه شامل موارد زیر است:

(1) به شکل زمین های نادر مخلوط استفاده شده است. به عنوان مثال ، از آن به عنوان یک کود کمیاب ترکیب زمین و افزودنی خوراک برای کشاورزی استفاده می شود.

(2) فعال کننده پودر سبز در سه پودر فلورسنت اولیه. مواد نوری مدرن نیاز به استفاده از سه رنگ اساسی فسفر ، یعنی قرمز ، سبز و آبی دارند که می تواند برای سنتز رنگ های مختلف استفاده شود. و Terbium یک مؤلفه ضروری در بسیاری از پودرهای فلورسنت سبز با کیفیت بالا است.

(3) به عنوان یک ماده ذخیره سازی نوری مگنتو استفاده می شود. فیلمهای نازک آلیاژ فلزی تربیم آمورف برای ساخت دیسک های مغناطیسی با کارایی بالا استفاده شده است.

(4) ساخت شیشه نوری مگنتو. شیشه چرخشی Faraday حاوی Terbium یک ماده اصلی برای تولید روتاتورها ، انزوا کننده ها و گردش دهنده ها در فناوری لیزر است.

(5) توسعه و توسعه آلیاژ فرومغناطیس تربیم دیسپروسیوم (Terfenol) برنامه های جدیدی را برای تربیم باز کرده است.

برای کشاورزی و دامداری

Terbium نادر زمین می تواند کیفیت محصولات زراعی را بهبود بخشد و میزان فتوسنتز را در محدوده غلظت خاصی افزایش دهد. مجتمع های تربیم فعالیت بیولوژیکی بالایی دارند. مجتمع های سه گانه Terbium ، Tb (Ala) 3benim (CLO4) 3 · 3H2O ، اثرات ضد باکتریایی و باکتری های خوبی بر استافیلوکوکوس اورئوس ، باسیلوس subtilis و اشرشیاکلی دارند. آنها طیف ضد باکتریایی گسترده ای دارند. مطالعه چنین مجتمع ها جهت تحقیق جدیدی را برای داروهای باکتری کش مدرن فراهم می کند.

در زمینه لومینسانس استفاده می شود

مواد نوری مدرن نیاز به استفاده از سه رنگ اساسی فسفر ، یعنی قرمز ، سبز و آبی دارند که می تواند برای سنتز رنگ های مختلف استفاده شود. و Terbium یک مؤلفه ضروری در بسیاری از پودرهای فلورسنت سبز با کیفیت بالا است. اگر تولد پودر فلورسنت قرمز رنگ به رنگ خاکی نادر تقاضا برای Yttrium و Europium را تحریک کند ، آنگاه کاربرد و توسعه تربیم توسط زمین نادر سه پودر فلورسنت سبز رنگ اولیه برای لامپ ها ترویج شده است. در اوایل دهه 1980 ، فیلیپس اولین لامپ فلورسنت صرفه جویی در مصرف انرژی جهان را اختراع کرد و به سرعت آن را در سطح جهان ارتقا داد. یونهای TB3+می توانند با طول موج 545 نانومتر از چراغ سبز ساطع کنند و تقریباً تمام فسفورهای سبز نادر زمین از تربیم به عنوان یک فعال کننده استفاده می کنند.

فسفر سبز برای لوله اشعه کاتد تلویزیون رنگی (CRT) همیشه بر اساس سولفید روی ساخته شده است ، که ارزان و کارآمد است ، اما پودر Terbium همیشه به عنوان فسفر سبز برای تلویزیون رنگی طرح ریزی ، از جمله Y2SIO5 ∶ TB3+، Y3 (AL ، GA) 5O12 ∶ TB3+و Laobr ∶ Tb3+استفاده شده است. با توسعه تلویزیون با کیفیت بالا (HDTV) صفحه نمایش بزرگ ، پودرهای فلورسنت سبز با کارایی بالا برای CRT ها نیز توسعه می یابند. به عنوان مثال ، یک پودر فلورسنت سبز ترکیبی در خارج از کشور توسعه یافته است ، متشکل از Y3 (AL ، GA) 5O12: TB3+، LAOCL: TB3+و Y2SIO5: TB3+، که دارای راندمان لومینسانس عالی در چگالی جریان بالا هستند.

پودر فلورسنت اشعه ایکس سنتی تونگستات کلسیم است. در دهه 1970 و 1980 ، فسفورهای نادر زمین برای تشدید صفحه نمایش ایجاد شد ، مانند اکسید لانتنوم گوگرد فعال شده با تربیم ، اکسید لانتانوم برمین فعال شده با تربیوم (برای صفحه نمایش های سبز) ، تربیم فعال شده با سولفور Yttrium (III) Timiation-Timiations-timiations ، و غیره. 80 ٪ ، وضوح فیلم های اشعه ایکس را بهبود بخشید ، طول عمر لوله های اشعه ایکس را افزایش داده و مصرف انرژی را کاهش دهید. Terbium همچنین به عنوان یک فعال کننده پودر فلورسنت برای صفحه های پیشرفته اشعه ایکس پزشکی مورد استفاده قرار می گیرد ، که می تواند حساسیت تبدیل اشعه ایکس را به تصاویر نوری بهبود بخشد ، وضوح فیلم های اشعه ایکس را بهبود بخشد و دوز قرار گرفتن در معرض اشعه ایکس را به بدن انسان کاهش دهد (بیش از 50 ٪).

Terbium همچنین به عنوان یک فعال کننده در فسفر LED سفید که توسط نور آبی برای نورپردازی نیمه هادی جدید هیجان زده است ، استفاده می شود. از این ماده می توان برای تولید فسفورهای کریستالی مگنتو آلومینیوم آلومینیوم استفاده کرد ، با استفاده از دیودهای ساطع کننده نور آبی به عنوان منابع نوری تحریک ، و فلورسانس تولید شده با نور تحریک مخلوط می شود تا نور سفید خالص تولید کند.

مواد الکترولومینسانس ساخته شده از تربیم به طور عمده شامل فسفر سبز سولفید روی با تربیم به عنوان فعال کننده است. تحت تابش ماوراء بنفش ، مجتمع های آلی تربیم می توانند فلورسانس سبز قوی را ساطع کنند و می تواند به عنوان مواد الکترولومینسانس فیلم نازک استفاده شود. اگرچه پیشرفت چشمگیری در مطالعه فیلم های نازک الکترولومینسانس پیچیده ارگانیک زمین نادر حاصل شده است ، اما هنوز هم شکاف خاصی از عملی وجود دارد و تحقیقات در مورد فیلم های نازک الکترولومینیستی پیچیده ارگانیک زمین نادر هنوز در عمق است.

از خصوصیات فلورسانس تربیم نیز به عنوان پروب های فلورسانس استفاده می شود. For example, Ofloxacin terbium (Tb3+) fluorescence probe was used to study the interaction between Ofloxacin terbium (Tb3+) complex and DNA (DNA) by fluorescence spectrum and absorption spectrum, indicating that Ofloxacin Tb3+probe can form a groove binding with DNA molecules, and DNA can significantly enhance the fluorescence of Ofloxacin سیستم TB3+. بر اساس این تغییر ، DNA قابل تعیین است.

برای مواد نوری مگنتو

موادی با اثر فارادی ، که به عنوان مواد مغناطیسی نیز شناخته می شوند ، در لیزرها و سایر دستگاه های نوری به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند. دو نوع متداول از مواد نوری مگنتو وجود دارد: کریستال های نوری مگنتو و شیشه نوری مگنتو. در میان آنها ، کریستال های مگنتو نوری (مانند گارنت آهن Yttrium و گالیم گالیم تربیم) مزایای فرکانس عملیاتی قابل تنظیم و پایداری حرارتی بالا را دارند ، اما ساخت آنها گران و دشوار است. علاوه بر این ، بسیاری از کریستال های مگنتو نوری با زاویه چرخش فارادی بالا در محدوده موج کوتاه جذب بالایی دارند که استفاده از آنها را محدود می کند. در مقایسه با کریستال های نوری مگنتو ، شیشه نوری مگنتو مزیت انتقال زیاد را دارد و به راحتی در بلوک ها یا الیاف بزرگ ساخته می شود. در حال حاضر ، لیوان های مگنتو نوری با اثر فرارادی بالا عمدتا عینک دوپ شده یونی خاکی هستند.

برای مواد ذخیره سازی نوری مگنتو استفاده می شود

در سالهای اخیر ، با توسعه سریع اتوماسیون چندرسانه ای و اداری ، تقاضا برای دیسک های مغناطیسی جدید با ظرفیت بالا در حال افزایش است. فیلمهای آلیاژ فلزی انتقال فلزی آمورف برای ساخت دیسک های مگنتو نوری با کارایی بالا استفاده شده است. در میان آنها ، فیلم نازک آلیاژ Tbfeco بهترین عملکرد را دارد. مواد مغناطیس نوری مبتنی بر Terbium در مقیاس بزرگ تولید شده است و دیسک های مغناطیسی نوری که از آنها ساخته شده است به عنوان اجزای ذخیره سازی رایانه استفاده می شوند و ظرفیت ذخیره سازی 10-15 بار افزایش یافته است. آنها مزایای ظرفیت زیاد و سرعت دسترسی سریع را دارند و می توانند در هنگام استفاده از دیسک های نوری با چگالی بالا ، ده ها هزار بار از بین بروند. آنها مواد مهمی در فناوری ذخیره سازی اطلاعات الکترونیکی هستند. متداول ترین مواد مغناطیس نوری در نوارهای مرئی و نزدیک مادون قرمز ، کریستال تک گالیم گالیم گالیم (TGG) است که بهترین مواد مغناطیسی نوری برای ساخت روتاتورها و جدا کننده های فارادی است.

برای شیشه نوری مگنتو

شیشه نوری Faraday Magneto در مناطق قابل مشاهده و مادون قرمز شفافیت و ایزوتروپی خوبی دارد و می تواند شکل های پیچیده مختلفی را تشکیل دهد. تولید محصولات با اندازه بزرگ آسان است و می تواند به الیاف نوری کشیده شود. بنابراین ، چشم انداز کاربرد گسترده ای در دستگاه های نوری مگنتو مانند جداکننده های نوری مگنتو ، تعدیل کننده های نوری مگنتو و سنسورهای جریان فیبر نوری دارد. با توجه به لحظه بزرگ مغناطیسی و ضریب جذب کوچک در محدوده مرئی و مادون قرمز ، یونهای TB3+معمولاً از یونهای خاکی نادر در عینک نوری مگنتو استفاده می شوند.

آلیاژ فرومغناطیس تربیم دیسپروزیوم

در اواخر قرن بیستم ، با عمیق تر شدن انقلاب علمی و فناوری جهان ، مواد جدید کاربردی نادر زمین به سرعت در حال ظهور هستند. در سال 1984 ، دانشگاه ایالتی آیووا در ایالات متحده ، آزمایشگاه آمس از وزارت انرژی ایالات متحده ایالات متحده و مرکز تحقیقات سلاح های سطح نیروی دریایی ایالات متحده (پرسنل اصلی شرکت فناوری Edge Edge بعدی (ET Rema) از مرکز تهیه شده است) به طور مشترک یک ماده هوشمند جدید نادر زمین ، یعنی Terbium Dysprosium Iron Giniant Magnetostrictive را تهیه کرد. این ماده هوشمند جدید ویژگی های بسیار خوبی برای تبدیل سریع انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی دارد. مبدل های زیر آب و الکترو آکوستیک ساخته شده از این ماده مغناطیسی غول پیکر با موفقیت در تجهیزات دریایی ، بلندگوهای تشخیص چاه روغن ، سیستم های کنترل سر و صدا و لرزش ، و اکتشاف اقیانوس و سیستم های ارتباطی زیرزمینی پیکربندی شده اند. بنابراین ، به محض تولد مواد مغناطیسی غول آهن Terbium Dysprosium ، توجه گسترده ای را از کشورهای صنعتی در سراسر جهان به خود جلب کرد. فن آوری های Edge در ایالات متحده تولید مواد مغناطیسی غول پیکر آهن Terbium Dysprosium را در سال 1989 آغاز کردند و آنها را Terfenol D. نامگذاری کردند. متعاقباً ، سوئد ، ژاپن ، روسیه ، انگلستان و همچنین مواد مغناطیسی غول آهن تربیم دیسپروزیوم را تولید کردند.

از تاریخ توسعه این ماده در ایالات متحده ، هم اختراع مواد و هم برنامه های اولیه انحصار آن به طور مستقیم با صنعت نظامی (مانند نیروی دریایی) مرتبط است. اگرچه ادارات نظامی و دفاعی چین به تدریج درک آنها از این ماده را تقویت می کنند. با این حال ، پس از افزایش قدرت جامع ملی چین ، الزامات برای تحقق استراتژی رقابتی نظامی در قرن بیست و یکم و بهبود سطح تجهیزات مطمئناً بسیار فوری خواهد بود. بنابراین ، استفاده گسترده از مواد مغناطیسی غول پیکر آهن Terbium Dysprosium توسط ادارات نظامی و دفاعی ملی یک ضرورت تاریخی خواهد بود.

به طور خلاصه ، بسیاری از خواص عالی Terbium آن را به عضویت ضروری بسیاری از مواد کاربردی و موقعیت غیر قابل تعویض در برخی از زمینه های کاربردی تبدیل می کند. با این حال ، به دلیل قیمت بالای تربیم ، مردم در حال مطالعه چگونگی جلوگیری و به حداقل رساندن استفاده از تربیم به منظور کاهش هزینه های تولید هستند. به عنوان مثال ، مواد نادر مگنتو نوری زمین نیز باید از کبالت آهن دیسپروزیوم کم هزینه یا کبالت گادولینیوم تاربیم تا حد ممکن استفاده کنند. سعی کنید محتوای Terbium را در پودر فلورسنت سبز که باید استفاده شود ، کاهش دهید. قیمت به یک عامل مهم در محدود کردن استفاده گسترده از Terbium تبدیل شده است. اما بسیاری از مواد عملکردی بدون آن نمی توانند انجام دهند ، بنابراین ما باید به اصل "استفاده از فولاد خوب روی تیغه" پایبند باشیم و سعی کنیم تا حد ممکن استفاده از تربیم را ذخیره کنیم.