테르븀무거운 카테고리에 속합니다.희토류, 지각의 존재비는 1.1ppm에 불과합니다. 산화테르븀은 전체 희토류의 0.01% 미만을 차지합니다. 테르븀 함량이 가장 높은 고이트륨 이온형 중희토광석에서도 테르븀 함량은 전체 희토류의 1.1~1.2%에 불과해 희토류 원소 중 '귀족' 범주에 속함을 나타낸다. 1843년 테르븀이 발견된 이후 100년 넘게 그 희소성과 가치로 인해 오랫동안 실용화되지 못했습니다. 테르븀이 그 독특한 재능을 보여준 것은 불과 30년밖에 되지 않습니다.
역사의 발견
스웨덴의 화학자 칼 구스타프 모산더(Carl Gustaf Mosander)는 1843년에 테르븀을 발견했습니다.이트륨(III) 산화물그리고Y2O3. 이트륨은 스웨덴 Ytterby 마을의 이름을 따서 명명되었습니다. 이온 교환 기술이 출현하기 전에는 테르븀이 순수한 형태로 분리되지 않았습니다.
Mosant는 처음에 이트륨(III) 산화물을 세 부분으로 나누었는데, 모두 광석의 이름을 따서 명명되었습니다: 이트륨(III) 산화물,에르븀(III) 산화물, 산화테르븀 등이 있다. 산화테르븀은 현재 에르븀으로 알려진 원소로 인해 원래 분홍색 부분으로 구성되었습니다. "에르븀(III) 산화물"(현재 테르븀이라고 부르는 것을 포함)은 원래 용액에서 본질적으로 무색 부분이었습니다. 이 원소의 불용성 산화물은 갈색으로 간주됩니다.
나중에 작업자들은 작은 무색의 "산화 에르븀(III)"을 거의 관찰할 수 없었지만 용해성 분홍색 부분은 무시할 수 없었습니다. 에르븀(III) 산화물의 존재에 대한 논쟁은 반복적으로 발생해 왔습니다. 혼돈 속에서 원래 이름이 바뀌고 이름 교환이 정체돼 결국 분홍색 부분이 에르븀이 포함된 용액으로 언급됐다(용액에서는 분홍색이었다). 이제 황산수소나트륨이나 황산칼륨을 사용하는 근로자는세륨(IV) 산화물이트륨(III) 산화물에서 의도치 않게 테르븀을 세륨을 함유한 퇴적물로 변화시킵니다. 현재 "테르븀"으로 알려진 원래 이트륨(III) 산화물의 약 1%만이 이트륨(III) 산화물에 황색을 띠는 색상을 전달하기에 충분합니다. 따라서 테르븀은 처음에 그것을 포함하고 있던 2차 성분이며 바로 이웃한 가돌리늄과 디스프로슘에 의해 통제됩니다.
이후 이 혼합물에서 다른 희토류 원소가 분리될 때마다 산화물의 비율에 관계없이 테르븀이라는 이름을 유지하다가 최종적으로 순수한 형태의 갈색 테르븀 산화물을 얻었습니다. 19세기 연구자들은 밝은 노란색이나 녹색 결절(III)을 관찰하기 위해 자외선 형광 기술을 사용하지 않았으므로 고체 혼합물이나 용액에서 테르븀을 더 쉽게 인식할 수 있었습니다.
전자 구성
전자 구성:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
테르븀의 전자 구성은 [Xe] 6s24f9입니다. 일반적으로 핵 전하가 너무 커져서 더 이상 이온화할 수 없게 되기 전에 3개의 전자만 제거할 수 있지만, 테르븀의 경우 반 충전된 테르븀은 불소 가스와 같은 매우 강한 산화제 존재 하에서 4번째 전자를 더 이온화할 수 있습니다.
테르븀(Terbium)은 칼로 자를 수 있는 연성, 인성, 부드러움을 지닌 은백색 희토류 금속입니다. 녹는점 1360 ℃, 끓는점 3123 ℃, 밀도 8229 4kg/m3. 초기 란타나이드에 비해 상대적으로 공중에서 안정하다. 란탄족 원소의 아홉 번째 원소인 테르븀은 강한 전기를 지닌 금속입니다. 물과 반응하여 수소를 생성합니다.
자연계에서 테르븀은 자유 원소로 발견된 적이 없으며, 그 중 소량은 포스포세륨 토륨 모래와 가돌리나이트에 존재합니다. 테르븀은 모나자이트 모래에 다른 희토류 원소와 공존하며 일반적으로 테르븀 함량은 0.03%입니다. 다른 출처는 Xenotime과 흑색 희귀 금광석이며, 둘 다 산화물 혼합물이며 최대 1%의 테르븀을 함유하고 있습니다.
애플리케이션
테르븀의 적용은 주로 기술 집약적이고 지식 집약적인 최첨단 프로젝트인 하이테크 분야뿐만 아니라 상당한 경제적 이익을 제공하고 매력적인 개발 전망을 지닌 프로젝트와 관련됩니다.
주요 응용 분야는 다음과 같습니다.
(1) 희토류를 혼합한 형태로 활용됩니다. 예를 들어, 희토류 복합 비료 및 농업용 사료 첨가제로 사용됩니다.
(2) 세 가지 1차 형광 분말의 녹색 분말용 활성화제. 현대의 광전자재료는 3가지 기본색인 적색, 녹색, 청색의 형광체를 사용해야 하며, 이를 사용하여 다양한 색상을 합성할 수 있습니다. 그리고 테르븀은 많은 고품질 녹색 형광 분말에 없어서는 안 될 성분입니다.
(3) 광자기저장재료로 사용된다. 비정질 금속 테르븀 전이 금속 합금 박막은 고성능 광자기 디스크를 제조하는 데 사용되었습니다.
(4) 자기광학유리를 제조한다. 테르븀을 함유한 패러데이 회전 유리는 레이저 기술에서 회전기, 절연체, 순환 장치를 제조하는 핵심 재료입니다.
(5) 테르븀 디스프로슘 강자성 변형 합금(TerFenol)의 개발 및 개발로 테르븀의 새로운 응용 분야가 열렸습니다.
농업 및 축산용
희토류 테르븀은 특정 농도 범위 내에서 작물의 품질을 향상시키고 광합성 속도를 높일 수 있습니다. 테르븀 복합체는 높은 생물학적 활성을 가지고 있습니다. 테르븀의 삼원 복합체인 Tb(Ala) 3BenIm(ClO4) 3 · 3H2O는 황색 포도상구균, 고초균 및 대장균에 대해 우수한 항균 및 살균 효과를 나타냅니다. 그들은 광범위한 항균 스펙트럼을 가지고 있습니다. 이러한 복합체에 대한 연구는 현대 살균 약물에 대한 새로운 연구 방향을 제시합니다.
발광 분야에 사용
현대의 광전자재료는 3가지 기본색인 적색, 녹색, 청색의 형광체를 사용해야 하며, 이를 사용하여 다양한 색상을 합성할 수 있습니다. 그리고 테르븀은 많은 고품질 녹색 형광 분말에 없어서는 안 될 성분입니다. 희토류 컬러TV 적색형광분말의 탄생으로 이트륨과 유로뮴 수요가 촉진됐다면, 램프용 희토류 삼원색 녹색 형광분말로 테르븀의 응용과 개발이 촉진됐다. 1980년대 초, 필립스는 세계 최초의 소형 에너지 절약형 형광등을 발명하여 전 세계적으로 빠르게 홍보했습니다. Tb3+ 이온은 545nm 파장의 녹색광을 방출할 수 있으며, 거의 모든 희토류 녹색 형광체는 테르븀을 활성화제로 사용합니다.
컬러 TV 브라운관(CRT)용 녹색 형광체는 예전부터 저렴하고 효율적인 황화아연을 기반으로 했지만 프로젝션 컬러 TV용 녹색 형광체로는 Y2SiO5 ∶ Tb3+, Y3( Al, Ga) 5O12 ∶ Tb3+ 및 LaOBr ∶ Tb3+. 대형 스크린 고화질 TV(HDTV)의 발전에 따라 CRT용 고성능 녹색 형광 분말도 개발되고 있습니다. 예를 들어, 해외에서는 높은 전류 밀도에서 우수한 발광 효율을 갖는 Y3(Al,Ga)5O12:Tb3+, LaOCl:Tb3+, Y2SiO5:Tb3+로 구성된 하이브리드 녹색 형광 분말이 개발된 바 있다.
전통적인 X선 형광 분말은 텅스텐산칼슘입니다. 1970~80년대에는 테르븀 활성황 란타늄 산화물, 테르븀 활성 브롬 란타늄 산화물(그린 스크린용), 테르븀 활성 황 이트륨(III) 산화물 등 화면 강화용 희토류 형광체가 개발됐다. 텅스텐산칼슘과 비교하면, 희토류 형광 분말은 환자의 X선 조사 시간을 80% 단축하고 X선 필름의 해상도를 향상시키며, 엑스레이 튜브의 수명을 연장하고 에너지 소비를 줄입니다. 테르븀은 의료용 X선 강화 스크린용 형광 분말 활성화제로도 사용됩니다. 이를 통해 X선을 광학 이미지로 변환하는 감도를 크게 향상시키고 X선 필름의 선명도를 높이며 X선 노출량을 크게 줄일 수 있습니다. 인체에 대한 광선(50% 이상).
테르븀은 새로운 반도체 조명용 청색광에 의해 여기되는 백색 LED 형광체의 활성화제로도 사용됩니다. 청색 발광 다이오드를 여기 광원으로 사용하여 테르븀 알루미늄 마그네토 광학 결정 형광체를 생산하는 데 사용할 수 있으며, 생성된 형광은 여기광과 혼합되어 순수한 백색광을 생성합니다.
테르븀으로 만들어진 전기발광 재료는 주로 테르븀을 활성화제로 사용하는 황화아연 녹색 형광체를 포함합니다. 자외선 조사 하에서 테르븀의 유기 복합체는 강한 녹색 형광을 방출할 수 있으며 박막 전기발광 재료로 사용될 수 있습니다. 희토류 유기복합 전계발광박막 연구에서 상당한 진전이 있었음에도 불구하고, 아직 실용화와는 어느 정도 격차가 있어 희토류 유기복합 전계발광박막 및 소자에 대한 연구는 여전히 심도깊다.
테르븀의 형광 특성은 형광 프로브로도 사용됩니다. 예를 들어, Ofloxacin terbium(Tb3+) 형광 프로브는 Ofloxacin terbium(Tb3+) 복합체와 DNA(DNA) 사이의 상호 작용을 형광 스펙트럼 및 흡수 스펙트럼으로 연구하는 데 사용되었으며, 이는 Ofloxacin Tb3+ 프로브가 DNA 분자와 결합하는 홈을 형성할 수 있음을 나타냅니다. DNA는 Ofloxacin Tb3+시스템의 형광을 크게 향상시킬 수 있습니다. 이 변화에 따라 DNA를 결정할 수 있습니다.
자기광학재료용
자기광학 재료라고도 알려진 패러데이 효과가 있는 재료는 레이저 및 기타 광학 장치에 널리 사용됩니다. 자기광학 재료에는 자기광학 결정체와 자기광학 유리라는 두 가지 일반적인 유형이 있습니다. 그 중 광자기 결정(예: 이트륨 철 석류석, 테르븀 갈륨 석류석)은 작동 주파수 조정이 가능하고 열 안정성이 높다는 장점이 있지만 가격이 비싸고 제조가 어렵습니다. 또한 패러데이 회전각이 높은 많은 자기광학 결정체는 단파장 범위에서 흡수율이 높아 사용이 제한됩니다. 자기광학결정에 비해 자기광학유리는 투과율이 높고 큰 블록이나 섬유로 만들기 쉽다는 장점이 있다. 현재 패러데이 효과가 높은 광자기 유리는 주로 희토류 이온 도핑 유리입니다.
자기광학저장재료에 사용
최근 멀티미디어 및 사무 자동화의 급속한 발전으로 새로운 대용량 자기디스크에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 비정질 금속 테르븀 전이 금속 합금 필름은 고성능 광자기 디스크를 제조하는 데 사용되었습니다. 그 중에서 TbFeCo 합금박막의 성능이 가장 좋습니다. 테르븀(Terbium) 기반 광자기 재료는 대규모로 생산되었으며, 이를 이용해 만든 광자기 디스크는 컴퓨터 저장 부품으로 사용되며 저장 용량이 10~15배 증가했습니다. 대용량과 빠른 액세스 속도가 장점이며, 고밀도 광디스크에 사용하면 수만번 닦고 코팅할 수 있다는 장점이 있다. 이는 전자 정보 저장 기술의 중요한 재료입니다. 가시광선 및 근적외선 대역에서 가장 일반적으로 사용되는 자기광학 재료는 TGG(테르븀 갈륨 가넷) 단결정으로, 패러데이 회전기와 절연체를 만드는데 가장 적합한 자기광학 재료입니다.
자기광학유리용
패러데이 자기 광학 유리는 가시광선 및 적외선 영역에서 우수한 투명성과 등방성을 가지며 다양한 복잡한 모양을 형성할 수 있습니다. 대형 제품 생산이 용이하고 광섬유에 인발될 수 있다. 따라서 광자기 절연체, 광자기 변조기 및 광섬유 전류 센서와 같은 광자기 장치에 광범위한 응용 가능성을 가지고 있습니다. 가시광선 및 적외선 범위에서 큰 자기 모멘트와 작은 흡수 계수로 인해 Tb3+ 이온은 자기 광학 유리에서 희토류 이온으로 일반적으로 사용됩니다.
테르븀 디스프로슘 강자성 변형 합금
20세기 말, 세계 과학기술 혁명이 심화되면서 새로운 희토류 응용재료가 급속히 등장하고 있다. 1984년 미국 아이오와 주립대학교, 미국 에너지부 산하 에임스 연구소, 미 해군 수상무기연구센터(나중에 설립된 American Edge Technology Company(ET REMA)의 주요 인력은 센터)는 새로운 희토류 스마트 소재, 즉 테르븀 디스프로슘 철 거대 자기변형 소재를 공동 개발했습니다. 이 새로운 스마트 소재는 전기 에너지를 빠르게 기계 에너지로 변환하는 탁월한 특성을 가지고 있습니다. 이 거대한 자기변형 재료로 만들어진 수중 및 전기 음향 변환기는 해군 장비, 유정 탐지 스피커, 소음 및 진동 제어 시스템, 해양 탐사 및 지하 통신 시스템에 성공적으로 구성되었습니다. 따라서 테르븀 디스프로슘 철거대자왜재료는 탄생하자마자 세계 산업화된 나라들로부터 폭넓은 주목을 받았다. 미국의 Edge Technologies는 1989년부터 테르븀 디스프로슘 철 거대 자기변형 재료를 생산하기 시작했으며 이를 Terfenol D라고 명명했습니다. 이후 스웨덴, 일본, 러시아, 영국 및 호주에서도 테르븀 디스프로슘 철 거대 자기왜곡 재료를 개발했습니다.
미국에서 이 재료가 개발된 역사를 볼 때, 이 재료의 발명과 초기 독점 응용은 모두 군사 산업(예: 해군)과 직접적인 관련이 있습니다. 중국의 군사 및 국방부는 이 자료에 대한 이해를 점차 강화하고 있습니다. 그러나 중국의 종합국력이 크게 증가한 이후에는 21세기 군사경쟁전략의 실현과 장비수준 향상의 요구가 매우 시급할 것이다. 따라서 군사 및 국방 부서에서 테르븀 디스프로슘 철 거대 자기 변형 재료를 널리 사용하는 것은 역사적 필요성이 될 것입니다.
간단히 말해서, 테르븀의 많은 우수한 특성으로 인해 테르븀은 많은 기능성 재료에서 없어서는 안 될 구성원이며 일부 응용 분야에서는 대체할 수 없는 위치를 차지합니다. 그러나 테르븀의 높은 가격으로 인해 사람들은 생산 비용을 줄이기 위해 테르븀 사용을 피하고 최소화하는 방법을 연구해 왔습니다. 예를 들어, 희토류 자기광학 재료도 가능한 한 저가의 디스프로슘 철 코발트나 가돌리늄 테르븀 코발트를 사용해야 한다. 반드시 사용해야 하는 녹색 형광 분말의 테르븀 함량을 줄여보세요. 가격은 테르븀의 광범위한 사용을 제한하는 중요한 요소가 되었습니다. 하지만 많은 기능성 소재는 테르븀 없이는 할 수 없기 때문에 “칼날에 좋은 강철을 사용한다”는 원칙을 고수하고 테르븀의 사용을 최대한 아끼려고 노력해야 합니다.
게시 시간: 2023년 7월 5일