عنصر خاکی نادر جادویی: Terbium

تربیوممتعلق به دسته زمین های نادر سنگین است که وفور کم در پوسته زمین در 1.1 ppm است.اکسید تربیومکمتر از 0.01 ٪ از کل زمین های نادر را تشکیل می دهد. حتی در نوع یون یون بالا yttrium سنگ معدن زمین سنگین سنگین با بالاترین محتوای Terbium ، محتوای Terbium فقط 1.1-1.2 ٪ از کل را تشکیل می دهدزمین نادر، نشان می دهد که متعلق به گروه "نجیب" استزمین نادرعناصر 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 است کهتربیوماستعداد 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 کشف کرداکسید yttriumوتy2O3. یدتیمبه نام روستای اتی در سوئد نامگذاری شده است. قبل از ظهور فناوری تبادل یونی ، Terbium به شکل خالص خود جدا نشده است.

ماساندر ابتدا تقسیم شداکسید yttriumبه سه بخش ، همه نامگذاری شده توسط سنگ معدن:اکسید yttrium, اکسید اربوموتاکسید تربیوم. اکسید تربیومدر ابتدا از یک قسمت صورتی تشکیل شده بود ، به دلیل عنصری که اکنون به آن معروف استجبهه. اکسید اربوم(از جمله آنچه ما اکنون Terbium می نامیم) در اصل یک قسمت بی رنگ در محلول بود. اکسید نامحلول این عنصر قهوه ای در نظر گرفته می شود.

کارگران بعدی مشاهده بی رنگ و بی رنگ را دشوار دانستند "اکسید اربوم"، اما قسمت صورتی محلول را نمی توان نادیده گرفت. بحث در مورد وجوداکسید اربومبارها و بارها ظهور کرده 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 دی سولفید یا سولفات پتاسیم استفاده می کنند تا دی اکسید سریم را از بین ببرنداکسید yttriumناخواسته چرخشتربیومبه Cerium حاوی رسوبات. در حال حاضر به عنوان 'شناخته شده استتربیوم'، فقط حدود 1 ٪ اصلیاکسید yttriumوجود دارد ، اما این برای انتقال یک رنگ زرد روشن بهاکسید yttriumبشر بنابراین ،تربیومیک جزء ثانویه است که در ابتدا آن را شامل می شود و توسط همسایگان فوری آن کنترل می شود ،گودولینوتدلهره.

پس از آن ، هر زمان دیگریزمین نادرعناصر از این مخلوط جدا شدند ، صرف نظر از نسبت اکسید ، نام Terbium حفظ شد تا اینکه سرانجام ، اکسید قهوه ای ازتربیومبه شکل خالص به دست 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

طرح الکترونیکی:

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

ترتیب الکترونیکی ازتربیوم[XE] 6S24F9 است. به طور معمول ، فقط سه الکترون می توانند قبل از اینکه بار هسته ای خیلی بزرگ شود ، بیشتر شود تا بیشتر یون شود. با این حال ، در موردتربیوم، نیمه پر شدهتربیومامکان یونیزاسیون بیشتر الکترون چهارم را در حضور یک اکسیدان بسیار قوی مانند گاز فلورین فراهم می کند.

فلزی

تربیومیک فلز نادر نقره ای نقره ای زمین با 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 عناصر اولیه لانتانید ، در هوا نسبتاً پایدار است. نهمین عنصر عناصر لانتانید ، Terbium ، یک فلز بسیار بارگذاری شده است که با آب برای تشکیل گاز هیدروژن واکنش نشان می دهد.

در طبیعت ،تربیومهرگز به عنوان یک عنصر رایگان ، که در مقادیر کمی در ماسه های تریوم تریوم فسفر و سنگ سیلیکون بریلیم Yttrium وجود دارد ، وجود ندارد.تربیومهمزیستی با سایر عناصر نادر زمین در ماسه مونازیت ، با میزان تربم 0.03 ٪. منابع دیگر عبارتند از: فسفات yttrium و طلای نادر زمین ، که هر دو مخلوط اکسیدهای حاوی 1 ٪ تربیم هستند.

کاربرد

کاربردتربیومبیشتر شامل زمینه های فناوری پیشرفته است که پروژه های پیشرفته و فشرده ای از فناوری و دانش و همچنین پروژه هایی با فواید 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. وتتربیومیک 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 فلزی آمورف برای ساخت دیسک های نوری مگنتو 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

زمین نادرتربیوممی تواند کیفیت محصولات زراعی را بهبود بخشد و میزان فتوسنتز را در یک محدوده غلظت خاصی افزایش دهد. مجتمع های تربیم فعالیت بیولوژیکی بالایی دارند و مجتمع های سه گانه ازتربیوم، TB (ALA) 3BENIM (CLO4) 3-3H2O ، اثرات ضد باکتریایی و باکتری های خوبی بر استافیلوکوکوس اورئوس ، باسیلوس subtilis و اشریشیا کولی با خواص ضد باکتریایی با طیف گسترده دارند. مطالعه این مجتمع ها جهت تحقیق جدیدی را برای داروهای باکتری کش مدرن ارائه می دهد.

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. در صورت تولد پودر فلورسنت قرمز رنگ تلویزیون نادر ، تقاضا را تحریک کرده استیدتیموتیونانی، سپس کاربرد و توسعه تربیم توسط زمین نادر سه پودر فلورسنت سبز رنگ اصلی 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 چراغ سبز را با طول موج 545 نانومتر ساطع کنند ، و تقریباً تمام پودرهای فلورسنت سبز نادر زمین استفاده می کنندتربیوم، به عنوان یک فعال کننده

پودر فلورسنت سبز مورد استفاده برای لوله های اشعه کاتد تلویزیون رنگی (CRT) همیشه به طور عمده مبتنی بر سولفید روی ارزان و کارآمد بوده است ، اما پودر تربیم همیشه به عنوان پودر رنگ سبز رنگ طرح مانند 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 ، پودرهای فلورسنت نادر زمین برای صفحه های حساسیت ایجاد شد ، مانندتربیوماکسید سولفید لانتانوم فعال شده ، اکسید برمید لانتانوم فعال شده با تربیم (برای صفحه های سبز) و اکسید سولفید سولفید Yttrium فعال شده با تربیم. در مقایسه با تنگستات کلسیم ، پودر فلورسنت زمین نادر زمین می تواند زمان تابش اشعه ایکس را برای بیماران 80 ٪ کاهش دهد ، وضوح فیلم های اشعه ایکس را بهبود بخشد ، طول عمر لوله های اشعه ایکس را افزایش داده و مصرف انرژی را کاهش دهد. 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 ٪).

تربیومهمچنین به عنوان یک فعال کننده در فسفر LED سفید که توسط Blue Light برای روشنایی نیمه هادی جدید هیجان زده است ، استفاده می شود. می توان از آن برای تولید فسفورهای کریستالی نوری 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 پودر فلورسنت سبز سولفید روی با رویتربیومبه عنوان فعال کننده. 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 قابل توجهی در مطالعه حاصل شده استزمین نادرفیلمهای نازک الکترولومینسانس پیچیده آلی ، هنوز هم شکاف خاصی از عملی وجود دارد ، و تحقیقات در مورد فیلم های نازک الکترولومینسانس پیچیده ارگانیک زمین نادر هنوز در عمق است.

از خصوصیات فلورسانس تربیم نیز به عنوان پروب های فلورسانس استفاده می شود. تعامل بین تربم لوکساسین (TB3+) و اسید deoxyribonucleic (DNA) با استفاده از طیف های فلورسانس و جذب ، مانند پروب فلورسانس تربیوم افلوکساسین (TB3+) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که پروب لوکساسین TB3+می تواند با مولکولهای DNA یک شیار را تشکیل دهد ، و اسید دئوکسییریبونوکلئیک می تواند به طور قابل توجهی فلورسانس سیستم TB3 Ofloxacin را افزایش دهد. بر اساس این تغییر ، اسید deoxyribonucleic را می توان تعیین کرد.

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 نازک آلیاژ فلزی فلزی آمورف برای ساخت دیسک های نوری مگنتو 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 تعمیق مداوم انقلاب فناوری جهانی ، مواد جدید کاربردی نادر زمین به سرعت در حال ظهور بودند. در سال 1984 ، دانشگاه ایالتی آیووا ، آزمایشگاه آمس وزارت انرژی ایالات متحده و مرکز تحقیقات سلاح های سطح نیروی دریایی ایالات متحده (که از آن پرسنل اصلی شرکت فناوری لبه بعدی (ET Rema) آمدند) برای تهیه یک ماده هوشمند جدید نادر زمین ، یعنی مواد مغذی مغز دیسپروسیم. این ماده هوشمند جدید از ویژگی های بسیار خوبی برای تبدیل سریع انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی برخوردار است. 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 ، با افزایش قابل توجه قدرت جامع ملی چین ، تقاضا برای دستیابی به یک استراتژی رقابتی نظامی قرن بیست و یکم و بهبود سطح تجهیزات قطعاً 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 ازتربیومآن را به یک عضو ضروری در بسیاری از مواد کاربردی و یک موقعیت غیر قابل تعویض در برخی از زمینه های کاربردی تبدیل کنید. 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 کم هزینه استفاده کنندآهن دیسپروزیمکبالت یا گادولینیوم کبالت تا حد امکان ؛ 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 آن تبدیل شده استتربیومبشر 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 استفاده از آن را ذخیره کنیمتربیومتا آنجا که ممکن است