テルビウム重希土類元素のカテゴリーに属し、地殻中の含有量はわずか 1.1 ppm と低い。酸化テルビウムテルビウムは希土類元素全体の0.01%未満を占める。テルビウム含有量が最も高い高イットリウムイオン型重希土類元素鉱石でも、テルビウム含有量は希土類元素全体の1.1～1.2%に過ぎない。希土類これは、それが「高貴な」カテゴリーに属することを示している。希土類1843年にテルビウムが発見されて以来100年以上にわたり、その希少性と高価さゆえに実用化は長らく阻まれてきました。実用化が実現したのはここ30年ほどのことです。テルビウム独自の才能を発揮しました。
歴史の発見
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た。彼はその不純物を酸化イットリウムそしてイットリウム. イットリウムスウェーデンのイトビー村にちなんで名付けられました。イオン交換技術が登場する以前は、テルビウムは純粋な形で単離されていませんでした。
モッサンデルは最初に分割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いましたが、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元素を含む）は、もともと溶液中では無色の成分でした。この元素の不溶性酸化物は茶色とされています。
その後の研究者たちは、小さな無色の「酸化エルビウム「しかし、可溶性のピンク色の部分は無視できない。酸化エルビウム何度も現れました。混乱の中で、元の名称が逆転し、名前の交換が行き詰まったため、ピンク色の部分は最終的にエルビウムを含む溶液として言及されました（溶液中ではピンク色でした）。現在では、二硫化ナトリウムや硫酸カリウムを使って二酸化セリウムを除去する作業員が、酸化イットリウム意図せず回転するテルビウムセリウムを含む沈殿物に変化する。現在は「テルビウム'、オリジナルの約1％のみ酸化イットリウム存在しますが、これは淡い黄色を透過するのに十分です酸化イットリウム。 したがって、テルビウム元々はそれを包含していた二次的な構成要素であり、そのすぐ隣の構成要素によって制御されている。ガドリニウムそしてジスプロシウム.
その後、他の希土類この混合物から元素が分離され、酸化物の割合に関係なく、テルビウムの名前は最終的に茶色の酸化物になるまで保持されました。テルビウム純粋な形で得られました。19世紀の研究者は、明るい黄色または緑色のノジュール（III）を観察するために紫外線蛍光技術を使用しませんでした。そのため、テルビウムは固体混合物または溶液中でより容易に認識できました。
電子配置
電子レイアウト:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
電子的な配置テルビウム[Xe] 6s24f9である。通常、原子核の電荷が大きくなりすぎてそれ以上イオン化できなくなる前に、電子を3つだけ除去することができる。しかし、テルビウム、半分満たされた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は、4 番目の電子のさらなるイオン化が可能になります。
金属
テルビウム延性、靭性、そしてナイフで切れるほどの柔らかさを持つ銀白色の希土類金属です。融点は1360℃、沸点は3123℃、密度は8229・4kg/m³です。初期のランタノイド元素と比較して、空気中で比較的安定しています。ランタノイド元素の9番目の元素であるテルビウムは、高電荷の金属であり、水と反応して水素ガスを生成します。
自然界では、テルビウム自由元素として発見されたことは一度もありませんが、リン、セリウム、トリウム、砂、シリコン、ベリリウム、イットリウム鉱石に少量存在します。テルビウムモナザイト砂には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。その他の供給源としては、リン酸イットリウムや希土類金などがあり、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
の応用テルビウムほとんどはハイテク分野で、技術集約型、知識集約型の最先端プロジェクトであるとともに、大きな経済的利益を生み、魅力的な開発の見通しがあるプロジェクトです。
主な応用分野は次のとおりです。
（1）混合希土類元素として利用される。例えば、農業用の希土類複合肥料や飼料添加物として利用される。
（2）三原色蛍光粉末の緑色粉末用活性剤。現代の光電子材料では、赤、緑、青の三原色蛍光体の使用が求められ、これらを用いて様々な色を合成することができる。テルビウム多くの高品質緑色蛍光粉末に欠かせない成分です。
（３）光磁気記録材料としての応用。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利用されている。
（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、サーキュレータの製造に重要な材料です。
（５）テルビウムジスプロシウム強磁性合金（TerFenol）の開発と発展により、テルビウムの新たな用途が開拓されました。
農業および畜産向け
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有し、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・殺菌効果を示し、広範囲の抗菌スペクトルを有しています。これらの錯体の研究は、現代の殺菌薬の新たな研究方向を示しています。
発光分野で使用
現代の光電子材料は、赤、緑、青の3つの基本色の蛍光体を必要とし、これらを用いて様々な色を合成します。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。希土類元素のテレビ用赤色蛍光粉末の誕生は、その需要を刺激しました。イットリウムそしてユーロピウムその後、テルビウムの応用開発は、ランプ用希土類三原色緑色蛍光粉末によって促進されました。1980年代初頭、フィリップスは世界初の小型省エネ蛍光ランプを発明し、急速に世界的に普及させました。Tb3+イオンは545nmの波長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に使用されています。テルビウム活性剤として。
カラーテレビのブラウン管（CRT）用緑色蛍光粉末は、これまで安価で高効率な硫化亜鉛を主成分としてきましたが、投影型カラーテレビ用緑色蛍光粉末としては、Y2SiO5:Tb3+、Y3(Al, Ga)5O12:Tb3+、LaOBr:Tb3+などのテルビウム粉末が広く用いられてきました。大画面ハイビジョンテレビ（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+を組み合わせた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ます。
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、増感紙用の希土類蛍光粉末が開発されました。テルビウム、活性化硫化ランタン酸化物、テルビウム活性化臭化ランタン酸化物（グリーンスクリーン用）、テルビウム活性化硫化イットリウム酸化物など。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することができます。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剤としても使用され、X線を光学画像に変換する感度を大幅に向上させ、X線フィルムの鮮明度を向上させ、人体へのX線被曝量を大幅に削減します（50％以上）。
テルビウムまた、新しい半導体照明用の青色光励起白色LED蛍光体の活性剤としても使用されています。青色発光ダイオードを励起光源として用いたテルビウムアルミニウム磁気光学結晶蛍光体の製造にも使用でき、発生した蛍光を励起光と混合することで純粋な白色光を生成します。
テルビウムから作られた発光材料には、主に硫化亜鉛緑色蛍光粉末があり、テルビウムテルビウムを活性剤として用いる。紫外線照射下では、テルビウムの有機錯体は強い緑色蛍光を発し、薄膜EL材料として利用できる。テルビウムの研究は大きく進歩しているが、希土類有機複合発光薄膜については、実用化まではまだ一定のギャップがあり、希土類有機複合発光薄膜およびデバイスの研究は依然として深いところにあります。
テルビウムの蛍光特性は蛍光プローブとしても用いられています。オフロキサシンテルビウム（Tb3+）錯体とデオキシリボ核酸（DNA）との相互作用を、オフロキサシンテルビウム（Tb3+）の蛍光プローブを用いた蛍光および吸収スペクトルを用いて研究しました。その結果、オフロキサシンTb3+プローブはDNA分子と結合する溝を形成し、デオキシリボ核酸はオフロキサシンTb3+系の蛍光を著しく増強することが示されました。この変化に基づいて、デオキシリボ核酸を定量することができます。
磁気光学材料用
ファラデー効果を持つ材料は、磁気光学材料とも呼ばれ、レーザーなど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種類があります。その中でも、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、動作周波数の調整が可能で、熱安定性が高いなどの利点がありますが、高価で製造が難しいという難点があります。また、ファラデー回転角の高い磁気光学結晶の多くは、短波長域での吸収が大きいため、用途が限られています。磁気光学結晶と比較して、磁気光学ガラスは透過率が高く、大型ブロックやファイバーに加工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、主に希土類イオンドープガラスです。
磁気光記憶材料に使用される
近年、マルチメディアやオフィスオートメーションの急速な発展に伴い、新しい大容量磁気ディスクの需要が高まっています。高性能光磁気ディスクの製造には、アモルファス金属テルビウム遷移金属合金薄膜が用いられています。その中でも、TbFeCo合金薄膜は最も優れた性能を有しています。テルビウム系磁気光学材料は大量生産されており、それらから作られた磁気光学ディスクはコンピュータのストレージ部品として用いられ、ストレージ容量は10～15倍に増加しています。大容量と高速アクセスの利点を持ち、高密度光ディスクに使用する場合、数万回のワイピングとコーティングが可能です。電子情報ストレージ技術における重要な材料です。可視光線および近赤外域で最も一般的に使用されている磁気光学材料は、テルビウムガリウムガーネット（TGG）単結晶であり、ファラデー回転子や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、可視光および赤外域において優れた透明性と等方性を有し、様々な複雑な形状を形成できます。大型製品の製造が容易で、光ファイバーへの線引きも可能です。そのため、磁気光アイソレータ、磁気光変調器、光ファイバー電流センサーなどの磁気光学デバイスへの幅広い応用が期待されています。Tb3+イオンは、可視光および赤外域における磁気モーメントが大きく吸収係数が小さいことから、磁気光学ガラスにおいて広く用いら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、世界の技術革命が継続的に深化するにつれ、新たな希土類応用材料が急速に登場しました。1984年、アイオワ州立大学、米国エネルギー省エイムズ研究所、そして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）の主要メンバーが出身する米国海軍水上兵器研究センターが協力し、新たな希土類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を開発しました。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迅速に変換する優れた特性を備えています。この巨大磁歪材料で作られた水中および電気音響変換器は、海軍装備、油井探査スピーカー、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に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広く注目を集めました。 1989年に米国のEdge Technologies社が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と命名しました。その後、スウェーデン、日本、ロシア、イギリス、オーストラリアでもテルビウムジスプロシウム鉄巨大磁歪材料が開発されました。
米国におけるこの材料の開発の歴史を振り返ると、この材料の発明と初期の独占的応用は、いずれも軍事産業（海軍など）と直接関係している。中国の軍事・国防部門は徐々にこの材料への理解を深めているものの、中国の総合的な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への要求は間違いなく非常に切迫したものとなるだろう。したがって、軍事・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利用は、歴史的な必然となるだろう。
つまり、テルビウムテルビウムは多くの機能性材料に不可欠な要素であり、一部の応用分野では代替不可能な位置を占めています。しかし、テルビウムは高価なため、生産コストを削減するためにテルビウムの使用を回避または最小限に抑える方法が研究されています。例えば、希土類磁気光学材料にも低コストのテルビウムが使用されるべきです。ジスプロシウム鉄コバルトまたはガドリニウムテルビウムコバルトを可能な限り使用すること。使用しなければならない緑色蛍光粉末中のテルビウム含有量を減らすように努めること。価格が、テルビウムの普及を制限する重要な要因となっている。テルビウムしかし、多くの機能性材料はそれなしでは機能しないので、「刃には良質の鋼を使う」という原則を守り、鋼の使用を節約するよう努めなければなりません。テルビウム可能な限り。
投稿日時: 2023年10月25日