Terbiopertence á categoría de pesadoterras raras, cunha abundancia baixa na codia terrestre a só 1,1 ppm. O óxido de terbio representa menos do 0,01% das terras raras totais. Incluso no mineral de terra raras de alto tipo Yttrium con maior contido de terbio, o contido de terbio só representa o 1,1-1,2% da terra rara total, o que indica que pertence á categoría "nobre" de elementos da terra rara. Durante máis de 100 anos desde o descubrimento de Terbium en 1843, a súa escaseza e valor impediron a súa aplicación práctica durante moito tempo. É só nos últimos 30 anos que Terbium demostrou o seu talento único。
Descubrindo a historia
O químico sueco Carl Gustaf Mosander descubriu a Terbium en 1843. Atopou as súas impurezasÓxido de ytrio (III)eY2O3. Yttrium leva o nome da aldea de Ytterby en Suecia. Antes da aparición da tecnoloxía de intercambio iónico, Terbium non estaba illado na súa forma pura.
Mosant dividiu por primeira vez o óxido de yttrium (III) en tres partes, todo chamado por minerais: óxido de yttrium (iii),Óxido de erbio (III), e óxido de terbio. O óxido de terbio estaba orixinalmente composto por unha parte rosa, debido ao elemento agora coñecido como Erbium. "Erbium (III) óxido" (incluído o que agora chamamos Terbium) era orixinalmente a parte esencialmente incolora da solución. O óxido insoluble deste elemento considérase marrón.
Os traballadores posteriores dificilmente puideron observar o pequeno óxido "erbium (III) incoloro", pero non se podía ignorar a parte rosa soluble. Os debates sobre a existencia de óxido de erbio (III) xurdiron repetidamente. No caos, o nome orixinal foi revertido e o intercambio de nomes quedou atrapado, polo que a parte rosa foi mencionada como unha solución que contiña Erbium (na solución, era rosa). Crese agora que os traballadores que usan bisulfato sódico ou sulfato de potasio tomanÓxido de cerio (IV)Fóra do óxido de Yttrium (III) e converte sen intención o terbio nun sedimento que contén cerio. Só preto do 1% do óxido orixinal de Yttrium (III), agora coñecido como "terbio", é suficiente para pasar unha cor amarelada ao óxido de Yttrium (III). Polo tanto, Terbium é un compoñente secundario que o contiña inicialmente e está controlado polos seus veciños inmediatos, gadolinio e disprosio.
Despois, sempre que outros elementos da terra rara se separaron desta mestura, independentemente da proporción do óxido, o nome de terbio mantívose ata que finalmente, o óxido marrón de terbio obtívose de forma pura. Os investigadores do século XIX non utilizaron a tecnoloxía de fluorescencia ultravioleta para observar nódulos amarelos ou verdes brillantes (III), facilitando que o terbio se recoñeza en mesturas ou solucións sólidas.
Configuración de electróns
Configuración de electróns:
1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D10 4P6 5S2 4D10 5P6 6S2 4F9
A configuración de electróns de terbio é [XE] 6S24F9. Normalmente, só se poden eliminar tres electróns antes de que a carga nuclear se faga demasiado grande para ser ionizada máis, pero no caso de terbio, o terbio semi cheo permite que o cuarto electrón se ioniza aínda máis en presenza de oxidantes moi fortes como o gas de fluor.
Terbium é un metal de terra rara branca de prata con ductilidade, dureza e suavidade que se pode cortar cun coitelo. Punto de fusión 1360 ℃, punto de ebulición 3123 ℃, densidade 8229 4kg/m3. En comparación co lantán precoz, é relativamente estable no aire. Como noveno elemento de Lanthanide, Terbium é un metal con forte electricidade. Reacciona coa auga para formar hidróxeno.
Na natureza, o terbio nunca se atopou como un elemento libre, unha pequena cantidade da cal existe en area de torio de fosfocería e gadolinita. Terbium convive con outros elementos de terra rara en area de monazita, cun contido en terbio xeralmente do 0,03%. Outras fontes son os minerais de ouro raros xenotas e negros, ambos mesturados de óxidos e conteñen ata un 1% de terbio.
Aplicación
A aplicación de Terbium implica principalmente campos de alta tecnoloxía, que son proxectos de vangarda intensiva en tecnoloxía e de coñecemento, así como proxectos con importantes beneficios económicos, con atractivas perspectivas de desenvolvemento.
As principais áreas de aplicación inclúen:
(1) utilizado en forma de terras raras mixtas. Por exemplo, úsase como fertilizante composto de terra rara e aditivo para a agricultura.
(2) Activador para po verde en tres polvos fluorescentes primarios. Os materiais optoelectrónicos modernos requiren o uso de tres cores básicas de fósfores, é dicir, vermello, verde e azul, que se pode usar para sintetizar varias cores. E Terbium é un compoñente indispensable en moitos po fluorescentes de alta calidade.
(3) usado como material de almacenamento óptico Magneto. Utilizáronse películas de aliaxe de metal de transición de terbio amorfo para fabricar discos magneto-ópticos de alto rendemento.
(4) Fabricación de vidro óptico Magneto. O vidro rotatorio de Faraday que contén terbio é un material clave para os rotadores de fabricación, illantes e circuladores en tecnoloxía láser.
(5) O desenvolvemento e desenvolvemento da aleación ferromagnetostrictiva do disprosio de terbio (terfenol) abriu novas aplicacións para Terbium.
Para a agricultura e a gandería
Terbium de terra rara pode mellorar a calidade dos cultivos e aumentar a taxa de fotosíntese dentro dun determinado rango de concentración. Os complexos de terbio teñen alta actividade biolóxica. Os complexos ternarios de terbio, TB (ALA) 3benim (CLO4) 3 · 3H2O, teñen bos efectos antibacterianos e bactericidas sobre Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis e Escherichia coli. Teñen un amplo espectro antibacteriano. O estudo de tales complexos proporciona unha nova dirección de investigación para os medicamentos bactericidas modernos.
Usado no campo da luminiscencia
Os materiais optoelectrónicos modernos requiren o uso de tres cores básicas de fósfores, é dicir, vermello, verde e azul, que se pode usar para sintetizar varias cores. E Terbium é un compoñente indispensable en moitos po fluorescentes de alta calidade. Se o nacemento de po de cor vermella en cor vermella en cor vermella estimulou a demanda de yttrium e europium, entón a aplicación e o desenvolvemento de terbio foron promovidos por Rare Terra Tres primeiras cor verde en po verde para lámpadas. A principios dos anos 80, Philips inventou a primeira lámpada fluorescente de aforro de enerxía compacta do mundo e promoveuna rapidamente a nivel mundial. Os ións TB3+poden emitir luz verde cunha lonxitude de onda de 545 nm, e case todos os fósfores verdes da terra rara usan o terbio como activador.
O fósforo verde para o tubo de raios cátodos de TV en cor (CRT) sempre se baseou en sulfuro de cinc, que é barato e eficiente, pero o po de terbio sempre se usou como fósforo verde para a cor de proxección TV, incluído Y2SIO5 ∶ TB3+, Y3 (Al, GA) 5O12 ∶ TB3+e LaOBR ∶ TB3+. Co desenvolvemento de televisión de alta definición de gran pantalla (HDTV), tamén se están a desenvolver polvos fluorescentes de alto rendemento para CRT. Por exemplo, desenvolveuse un po fluorescente híbrido verde no estranxeiro, composto por Y3 (AL, GA) 5O12: TB3+, LAOCL: TB3+e Y2SIO5: TB3+, que teñen unha excelente eficiencia de luminiscencia a alta densidade de corrente.
O po fluorescente tradicional de raios X é o tungstate de calcio. Nos anos 70 e 1980, desenvolvéronse fósfores de terra rara para pantallas de intensificación, como o óxido de lantán de xofre activado por terbio, o óxido de lantán de bromo activado con terbio (para pantallas verdes), terbio activado con riqueza yttrium (iii), etc. A irradiación de raios X para os pacientes nun 80%, mellorar a resolución de películas de raios X, ampliar a vida útil dos tubos de raios X e reducir o consumo de enerxía. Terbium tamén se usa como activador de po fluorescente para pantallas de mellora de raios X médicos, o que pode mellorar enormemente a sensibilidade da conversión de raios X en imaxes ópticas, mellorar a claridade das películas de raios X e reducir enormemente a dose de exposición de raios X ao corpo humano (por máis dun 50%).
O terbio tamén se usa como activador no fósforo LED branco excitado pola luz azul para a nova iluminación de semicondutores. Pódese usar para producir fósfores de cristal óptico de aluminio terbio, empregando diodos emisores de luz azul como fontes de luz de excitación, e a fluorescencia xerada mestúrase coa luz de excitación para producir luz branca pura.
Os materiais electroluminescentes feitos de terbio inclúen principalmente fósforo verde de sulfuro de cinc con terbio como activador. Baixo a irradiación ultravioleta, os complexos orgánicos de terbio poden emitir unha forte fluorescencia verde e poden usarse como materiais electroluminescentes de película fina. Aínda que se avanzaron significativamente no estudo das películas finas electroluminescentes complexas de complexo orgánico da Terra rara, aínda hai unha certa fenda da práctica e a investigación sobre películas e dispositivos delgados electroluminescentes de complexo orgánico de terra rara aínda está en profundidade.
As características de fluorescencia do terbio tamén se usan como sondas de fluorescencia. Por exemplo, a sonda de fluorescencia de terbio (TB3+) de Ofloxacin utilizouse para estudar a interacción entre o complexo de terbio de ofloxacina (TB3+) e o ADN (ADN) por espectro de fluorescencia e o espectro de absorción, indicando que a licenza e o dna canesten o canalizan a licenza de dna, e o dna, e o dna pode que o dna poida Sistema Ofloxacin TB3+. Con base neste cambio, pódese determinar o ADN.
Para materiais ópticos magneto
Os materiais con efecto Faraday, tamén coñecidos como materiais magneto-ópticos, son amplamente empregados en láseres e outros dispositivos ópticos. Hai dous tipos comúns de materiais ópticos magneto: cristais ópticos magneto e vidro óptico Magneto. Entre eles, os cristais magneto-ópticos (como o granate de ferro de yttrium e o granate de galio de terbio) teñen as vantaxes da frecuencia de funcionamento axustable e da alta estabilidade térmica, pero son caras e difíciles de fabricar. Ademais, moitos cristais magneto-ópticos con alto ángulo de rotación de Faraday teñen unha alta absorción no rango de ondas curtas, o que limita o seu uso. En comparación cos cristais ópticos magneto, o vidro óptico Magneto ten a vantaxe dunha alta transmisión e é fácil de converter en grandes bloques ou fibras. Na actualidade, as lentes magneto-ópticas con alto efecto Faraday son principalmente as lentes dopadas de ións da terra rara.
Usado para materiais de almacenamento óptico Magneto
Nos últimos anos, co rápido desenvolvemento de multimedia e automatización de oficinas, a demanda de novos discos magnéticos de alta capacidade foi aumentando. As películas de aliaxe de metal de transición de terbio de metal amorfo utilizáronse para fabricar discos magneto-ópticos de alto rendemento. Entre eles, a película fina de aleación TBFECO ten a mellor actuación. Producíronse materiais de magneto-óptica baseados no terbio a gran escala, e os discos magneto-ópticos feitos deles úsanse como compoñentes de almacenamento de computadores, coa capacidade de almacenamento aumentou 10-15 veces. Teñen as vantaxes de gran capacidade e velocidade de acceso rápido e pódense limpar e revestir decenas de miles de veces cando se usan para discos ópticos de alta densidade. Son materiais importantes na tecnoloxía electrónica de almacenamento de información. O material magneto-óptico máis usado nas bandas visibles e de infravermello próximo é o granate de Gallium Gallium Terbium (TGG), que é o mellor material magneto-óptico para facer rotadores e illantes de Faraday.
Para vidro óptico magneto
O vidro óptico de Faraday Magneto ten unha boa transparencia e isotropía nas rexións visibles e infravermellas e pode formar varias formas complexas. É fácil producir produtos de gran tamaño e pódese atraer en fibras ópticas. Polo tanto, ten amplas perspectivas de aplicacións en dispositivos ópticos Magneto como illantes ópticos Magneto, moduladores ópticos Magneto e sensores de corrente de fibra óptica. Debido ao seu gran momento magnético e un pequeno coeficiente de absorción no rango visible e infravermello, os ións TB3+convertéronse en ións de terra raros comúnmente en lentes ópticos magneto.
Aleación ferromagnetostrictiva de terbio disprosio
A finais do século XX, co afondamento da revolución científica e tecnolóxica mundial, os novos materiais aplicados á Terra rara están xurdindo rapidamente. En 1984, a Universidade Estatal de Iowa dos Estados Unidos, o laboratorio de Ames do Departamento de Enerxía dos Estados Unidos dos Estados Unidos e o Centro de Investigación de Armas de Superficie da Mariña dos Estados Unidos (o persoal principal da posterior establecido American Edge Technology (ET REMA) procedía do centro) desenvolveu conxuntamente un novo material intelixente de terras raras, concretamente material magnetostritivo de terbio de terbio terbio. Este novo material intelixente ten as excelentes características de converter rapidamente a enerxía eléctrica en enerxía mecánica. Os transductores submarinos e electroacústicos realizados con este material xigante magnetostrictivo configuráronse con éxito en equipos navais, altofalantes de detección de pozos de aceite, sistemas de control de ruído e vibracións e sistemas de exploración de océanos e sistemas de comunicación subterráneos. Polo tanto, en canto naceu o material magnetostrictivo xigante de ferro de terbio, recibiu unha atención xeneralizada por países industrializados de todo o mundo. As tecnoloxías de Edge nos Estados Unidos comezaron a producir materiais magnetostrictivos xigantes de ferro de disprosio de terbio en 1989 e nomeáronlles Terfenol D. Posteriormente, Suecia, Xapón, Rusia, Reino Unido e Australia tamén desenvolveron materiais magnetstritivos xigantes de ferro de terbio.
A partir da historia do desenvolvemento deste material nos Estados Unidos, tanto a invención do material como as súas primeiras aplicacións monopolísticas están directamente relacionadas coa industria militar (como a Mariña). Aínda que os departamentos militares e de defensa de China están a fortalecer gradualmente a súa comprensión deste material. Non obstante, despois de que aumentou significativamente significativamente o poder nacional de China, os requisitos para realizar a estratexia competitiva militar no século XXI e mellorar o nivel de equipos serán certamente moi urxentes. Polo tanto, o uso xeneralizado dos materiais magnetostrictivos xigantes de ferro de terbio por departamentos de defensa militar e nacional será unha necesidade histórica.
En resumo, as moitas excelentes propiedades de Terbium convérteno nun membro indispensable de moitos materiais funcionais e unha posición insubstituíble nalgúns campos de aplicación. Non obstante, debido ao elevado prezo de Terbium, a xente estivo estudando como evitar e minimizar o uso de Terbium para reducir os custos de produción. Por exemplo, os materiais magneto-ópticos da terra rara tamén deben usar cobalto de ferro de disprosio de baixo custo ou cobalto de terbio de gadolinio o máximo posible; Intente reducir o contido de terbio no po fluorescente verde que se debe usar. O prezo converteuse nun factor importante que restrinxe o uso xeneralizado de Terbium. Pero moitos materiais funcionais non poden prescindir del, polo que temos que adherirse ao principio de "usar bo aceiro na lámina" e tratar de aforrar o uso do terbio o máximo posible.
Tempo de publicación: xul-05-2023