テルビウム重希土類のカテゴリーに属し、地球の地殻中に存在する量はわずか 1.1 ppm です。酸化テルビウムレアアース全体に占める割合は0.01%未満です。テルビウムの含有量が最も多い高イットリウムイオン型重希土類鉱石でも、テルビウムの含有量は全体の1.1～1.2％に過ぎません。希土類の「高貴な」カテゴリーに属することを示しています。希土類要素。 1843年にテルビウムが発見されて以来、100年以上にわたり、その希少性と価値のため、長らく実用化が妨げられてきました。それはここ30年ほどのことですが、テルビウム独特の才能を発揮した。
歴史を発見する
スウェーデンの化学者カール グスタフ モサンダーは 1843 年にテルビウムを発見しました。彼はその不純物を発見しました。酸化イットリウムそしてY2O3. イットリウム名前はスウェーデンのイトビー村にちなんで命名されました。イオン交換技術が出現する前は、テルビウムは純粋な形で分離されていませんでした。
モッサンダーが最初に分裂した酸化イットリウム3 つの部分に分かれており、すべて鉱石にちなんで名付けられています。酸化イットリウム, 酸化エルビウム、 そして酸化テルビウム. 酸化テルビウム元々はピンク色の部分で構成されており、現在ではエルビウム. 酸化エルビウム（現在テルビウムと呼ばれるものを含む）は、もともと溶液中では無色の部分でした。この元素の不溶性酸化物は茶色と考えられます。
その後の作業者たちは、小さな無色のものを観察するのが難しいことに気づきました。」酸化エルビウム」とありますが、可溶性のピンク色の部分は無視できません。の存在をめぐる議論酸化エルビウム繰り返し登場してきました。混乱の中で元の名前が逆転し、名前の交換が行き詰まったため、最終的にピンクの部分はエルビウムを含む溶液として言及されました（溶液ではピンクでした）。現在では、作業員が二硫化ナトリウムまたは硫酸カリウムを使用して二酸化セリウムを除去していると考えられています。酸化イットリウム思わず向きを変えるテルビウムセリウムを含む沈殿物になります。現在は「」として知られていますテルビウム'、オリジナルの約 1% のみ酸化イットリウムが存在しますが、これは明るい黄色を透過させるのに十分です。酸化イットリウム。したがって、テルビウムこれは最初に含まれていた二次コンポーネントであり、そのすぐ隣のコンポーネントによって制御されます。ガドリニウムそしてジスプロシウム.
その後、それ以外のときはいつでも、希土類酸化物の割合に関係なく、この混合物から元素が分離され、最終的に褐色の酸化物が生成されるまでテルビウムの名前は維持されました。テルビウム純粋な形で得られた。 19 世紀の研究者は、明るい黄色や緑色の小塊 (III) を観察するのに紫外蛍光技術を使用しなかったため、テルビウムは固体混合物または溶液中で認識されやすくなりました。
電子配置
電子レイアウト:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
電子的なアレンジメントは、テルビウム[Xe] 6s24f9 です。通常、核電荷が大きくなりすぎてさらにイオン化できなくなる前に、除去できる電子は 3 つだけです。ただし、次の場合は、テルビウム、半充填テルビウムフッ素ガスなどの非常に強力な酸化剤の存在下で、第 4 電子のさらなるイオン化が可能になります。
金属
テルビウム銀白色の希土類金属で、延性、靭性、そしてナイフで切れる柔らかさを備えています。融点1360℃、沸点3123℃、密度8229 4kg/m3。初期のランタニド元素と比較して、空気中で比較的安定です。ランタニド元素の 9 番目の元素であるテルビウムは、水と反応して水素ガスを生成する高度に帯電した金属です。
自然界では、テルビウムリン・セリウム・トリウム砂やシリコン・ベリリウム・イットリウム鉱石中に少量存在する遊離元素であることはこれまで発見されていません。テルビウムモナザイト砂中に他の希土類元素と共存しており、テルビウム含有量は通常 0.03% です。他の原料にはリン酸イットリウムや希土類金があり、どちらも最大 1% のテルビウムを含む酸化物の混合物です。
応用
の応用テルビウムそのほとんどは、技術集約的かつ知識集約的な最先端のプロジェクトであるハイテク分野と、大きな経済的利益をもたらし、魅力的な開発の見通しを備えたプロジェクトに関係しています。
主な応用分野は次のとおりです。
(1) 混合レアアースの形で利用される。例えば、農業用のレアアース配合肥料や飼料添加物として使用されています。
(2) 3 つの主要な蛍光粉末の緑色粉末の活性剤。最新のオプトエレクトロニクス材料では、さまざまな色を合成するために使用できる 3 つの基本色の蛍光体、つまり赤、緑、青の使用が必要です。そしてテルビウム多くの高品質の緑色蛍光粉末に不可欠な成分です。
(3) 光磁気記憶材料として使用されます。アモルファス金属テルビウム遷移金属合金薄膜は、高性能光磁気ディスクの製造に使用されてきました。
(4) 磁気光学ガラスの製造。テルビウムを含むファラデー回転ガラスは、レーザー技術における回転子、アイソレータ、サーキュレータを製造するための重要な材料です。
(5) テルビウム・ジスプロシウム強磁歪合金（TerFenol）の開発・開発により、テルビウムの新たな用途が開拓されました。
農業および畜産用
希土類テルビウム特定の濃度範囲内で作物の品質を向上させ、光合成速度を高めることができます。テルビウムの錯体は高い生物活性を持ち、テルビウムの三元錯体はテルビウム、Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O は、黄色ブドウ球菌、枯草菌、大腸菌に対して優れた抗菌効果と殺菌効果を持ち、広範囲の抗菌特性を備えています。これらの複合体の研究は、現代の殺菌剤に新しい研究の方向性をもたらします。
発光分野で使用される
最新のオプトエレクトロニクス材料では、さまざまな色を合成するために使用できる 3 つの基本色の蛍光体、つまり赤、緑、青の使用が必要です。そしてテルビウムは、多くの高品質の緑色蛍光粉末に不可欠な成分です。レアアースカラーテレビ用赤色蛍光粉の誕生で需要が刺激されれば、イットリウムそしてユーロピウムその後、ランプ用希土類三原色緑色蛍光粉によりテルビウムの応用開発が進められてきました。 1980 年代初頭、フィリップスは世界初の小型省エネ蛍光灯を発明し、すぐに世界中に広めました。 Tb3+イオンは波長545nmの緑色光を発することができ、ほとんどすべての希土類緑色蛍光粉末はテルビウム、活性化剤として。
カラー テレビの陰極線管 (CRT) に使用される緑色蛍光粉末は、主に安価で効率的な硫化亜鉛をベースとしていますが、プロジェクション カラー テレビの緑色粉末としては常にテルビウム粉末が使用されてきました。たとえば、Y2SiO5: Tb3+、Y3 (Al、 Ga) 5O12: Tb3+、LaOBr: Tb3+。大画面高精細テレビ (HDTV) の発展に伴い、CRT 用の高性能緑色蛍光粉末も開発されています。例えば、海外では、Y3(Al,Ga)5O12:Tb3+、LaOCl:Tb3+、Y2SiO5:Tb3+からなるハイブリッド緑色蛍光粉末が開発されており、高電流密度での発光効率に優れている。
従来の X 線蛍光粉末はタングステン酸カルシウムです。 1970 年代から 1980 年代にかけて、次のような増感スクリーン用の希土類蛍光粉末が開発されました。テルビウム、活性化硫化酸化ランタン、テルビウム活性化臭化酸化ランタン（グリーンスクリーン用）、テルビウム活性化酸化イットリウム。タングステン酸カルシウムと比較して、希土類蛍光粉末は患者の X 線照射時間を 80% 短縮し、X 線フィルムの解像度を向上させ、X 線管の寿命を延ばし、エネルギー消費を削減します。テルビウムは、医療用 X 線増強スクリーンの蛍光粉末活性化剤としても使用されており、これにより X 線の光学画像への変換感度が大幅に向上し、X 線フィルムの鮮明度が向上し、X 線の被曝線量を大幅に低減できます。人体への放射線の影響（50％以上）。
テルビウム新しい半導体照明用の青色光で励起される白色 LED 蛍光体の活性化剤としても使用されます。励起光源として青色発光ダイオードを使用し、テルビウムアルミニウム磁気光学結晶蛍光体の製造に使用でき、生成された蛍光が励起光と混合されて純白色光が生成されます。
テルビウムから作られたエレクトロルミネセンス材料には、主に硫化亜鉛緑色蛍光粉末が含まれています。テルビウム活性剤として。紫外線照射下で、テルビウムの有機錯体は強い緑色の蛍光を発することができ、薄膜エレクトロルミネセンス材料として使用できます。研究では大きな進歩が見られましたが、希土類有機錯体エレクトロルミネッセンス薄膜は、実用化にはまだ一定のギャップがあり、希土類有機錯体エレクトロルミネッセンス薄膜およびデバイスの研究はまだ深まっています。
テルビウムの蛍光特性は蛍光プローブとしても使用されます。オフロキサシン テルビウム (Tb3+) 複合体とデオキシリボ核酸 (DNA) の間の相互作用は、オフロキサシン テルビウム (Tb3+) の蛍光プローブなどの蛍光および吸収スペクトルを使用して研究されました。結果は、オフロキサシン Tb3+ プローブが DNA 分子と結合して溝を形成することができ、デオキシリボ核酸がオフロキサシン Tb3+ システムの蛍光を大幅に増強できることを示しました。この変化に基づいてデオキシリボ核酸を決定することができます。
磁気光学材料用
ファラデー効果を有する材料は磁気光学材料としても知られ、レーザーやその他の光学デバイスに広く使用されています。磁気光学材料には、磁気光学結晶と磁気光学ガラスの 2 つの一般的なタイプがあります。中でも、磁気光学結晶（イットリウム鉄ガーネットやテルビウムガリウムガーネットなど）は、動作周波数が調整可能で熱安定性が高いという利点がありますが、高価で製造が困難です。さらに、ファラデー回転角が大きい磁気光学結晶の多くは短波長領域での吸収が大きいため、その使用が制限されます。磁気光学ガラスは、磁気光学結晶に比べて透過率が高く、大きなブロックやファイバーにしやすいという利点があります。現在、ファラデー効果の高い磁気光学ガラスは、希土類イオンをドープしたガラスが主流である。
光磁気記録材料に使用される
近年、マルチメディアやOAの急速な発展に伴い、新たな大容量磁気ディスクの需要が高まっています。アモルファス金属テルビウム遷移金属合金薄膜は、高性能光磁気ディスクの製造に使用されてきました。その中でもTbFeCo合金薄膜が最も優れた性能を持っています。テルビウムベースの光磁気材料は大規模に生産されており、それから作られた光磁気ディスクはコンピュータの記憶装置コンポーネントとして使用され、記憶容量は 10 ～ 15 倍に増加します。大容量でアクセス速度が速いという利点があり、高密度光ディスクに使用すると数万回のワイピングやコーティングが可能です。これらは電子情報記憶技術における重要な材料です。可視および近赤外帯域で最も一般的に使用される磁気光学材料はテルビウム ガリウム ガーネット (TGG) 単結晶で、ファラデー回転子およびアイソレータの製造に最適な磁気光学材料です。
磁気光学ガラス用
ファラデー磁気光学ガラスは、可視領域および赤外領域において良好な透明性と等方性を有しており、さまざまな複雑な形状を形成することができます。大型製品の製造が容易であり、光ファイバーへの線引きも可能です。したがって、光磁気アイソレータ、光磁気変調器、光ファイバ電流センサーなどの光磁気デバイスへの幅広い応用の可能性があります。 Tb3+ イオンは、磁気モーメントが大きく、可視および赤外領域での吸収係数が小さいため、磁気光学ガラスで一般的に使用される希土類イオンとなっています。
テルビウム・ジスプロシウム強磁歪合金
20 世紀末、世界的な技術革命の継続的な深化に伴い、新しいレアアース応用材料が急速に登場しました。 1984 年、アイオワ州立大学、米国エネルギー省のエイムズ研究所、および米国海軍水上兵器研究センター (後に設立されたエッジ テクノロジー コーポレーション (ET REMA) の主要な人材はそこから来ています) が協力して、新しいレアな兵器を開発しました。地球インテリジェント材料、すなわちテルビウム ジスプロシウム強磁性磁歪材料。この新しいインテリジェント材料は、電気エネルギーを機械エネルギーに素早く変換する優れた特性を持っています。この巨大な磁歪材料で作られた水中および電気音響トランスデューサは、海軍機器、油井検出スピーカー、騒音および振動制御システム、海洋探査および地下通信システムでうまく構成されています。そのため、テルビウム・ジスプロシウム鉄巨大磁歪材料は誕生するやいなや、世界中の先進国から大きな注目を集めました。米国の Edge Technologies は 1989 年にテルビウム ジスプロシウム鉄巨大磁歪材料の生産を開始し、これを Terfenol D と名付けました。その後、スウェーデン、日本、ロシア、英国、オーストラリアもテルビウム ジスプロシウム鉄巨大磁歪材料を開発しました。
米国におけるこの材料の開発の歴史から、この材料の発明とその初期の独占的用途は両方とも軍事産業（海軍など）に直接関連しています。中国の軍部と国防省はこの資料に対する理解を徐々に強めているが。しかし、中国の総合国力が大幅に向上するにつれ、21世紀の軍事競争戦略の実現と装備レベルの向上が急務となることは間違いない。したがって、軍および国防部門によるテルビウム ジスプロシウム鉄巨大磁歪材料の広範な使用は歴史的必然となるでしょう。
一言で言えば、多くの優れた特性テルビウム多くの機能性材料に不可欠な部材であり、一部の応用分野ではかけがえのない地位を占めています。しかし、テルビウムの価格が高いため、生産コストを削減するためにテルビウムの使用を避け、最小限に抑える方法が研究されてきました。例えば、希土類磁気光学材料も低コストのものを使用する必要があります。ジスプロシウム鉄可能な限りコバルトまたはガドリニウム・テルビウム・コバルト。使用する必要がある緑色蛍光粉末中のテルビウムの含有量を減らすようにしてください。価格は、製品の普及を制限する重要な要因となっています。テルビウム。しかし、多くの機能性材料はそれなしでは成り立ちません。そのため、「刃には良質な鋼を使用する」という原則を遵守し、使用量を節約するように努める必要があります。テルビウムできるだけ。
投稿日時: 2023 年 10 月 25 日