Terbiopertence á categoría de terras raras pesadas, cunha baixa abundancia na codia terrestre de só 1,1 ppm.Óxido de terbiorepresenta menos do 0,01 % do total de terras raras. Mesmo no mineral de terras raras pesadas de tipo alto en ións de itrio co maior contido de terbio, o contido de terbio só representa o 1,1-1,2 % do totalterras raras, indicando que pertence á categoría "nobre" deterras raraselementos. Durante máis de 100 anos desde o descubrimento do terbio en 1843, a súa escaseza e valor impediron a súa aplicación práctica durante moito tempo. Só nos últimos 30 anos queterbiomostrou o seu talento único.
Descubrindo a historia
O químico sueco Carl Gustaf Mosander descubriu o terbio en 1843. Descubriu as súas impurezas enóxido de itrioeY2O3. Itriorecibe o nome da aldea de Itby en Suecia. Antes da aparición da tecnoloxía de intercambio iónico, o terbio non se illaba na súa forma pura.
Mossander dividiuse primeiroóxido de itrioen tres partes, todas elas chamadas por minerais:óxido de itrio, óxido de erbio, eóxido de terbio. Óxido de terbioestaba composto orixinalmente por unha parte rosa, debido ao elemento que agora se coñece comoerbio. Óxido de erbio(incluíndo o que hoxe chamamos terbio) era orixinalmente unha parte incolora en solución. O óxido insoluble deste elemento considérase marrón.
Posteriormente, os traballadores tiveron dificultades para observar diminutos "incoloros"óxido de erbio", pero a parte rosa soluble non se pode ignorar. O debate sobre a existencia deóxido de erbioxurdiu repetidamente. No caos, o nome orixinal foi invertido e o intercambio de nomes quedou atascado, polo que a parte rosa foi finalmente mencionada como unha solución que contiña erbio (na solución, era rosa). Agora crese que os traballadores que usan disulfuro de sodio ou sulfato de potasio para eliminar o dióxido de cerio deóxido de itrioxirar sen quererterbioen precipitados que conteñen cerio. Actualmente coñecido como'terbio', só arredor do 1% do orixinalóxido de itrioestá presente, pero isto é suficiente para transmitir unha cor amarela clara aóxido de itrioPolo tanto,terbioé un compoñente secundario que inicialmente o contiña e está controlado polos seus veciños inmediatos,gadolinioedisprosio.
Despois, sempre que outrasterras raraselementos separáronse desta mestura, independentemente da proporción do óxido, o nome de terbio mantívose ata que finalmente, o óxido marrón deterbioobtívose en forma pura. Os investigadores do século XIX non empregaban a tecnoloxía de fluorescencia ultravioleta para observar nódulos (III) amarelos ou verdes brillantes, o que facilitaba o recoñecemento do terbio en mesturas ou solucións sólidas.
Configuración electrónica
Maquetación electrónica:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
A disposición electrónica deterbioé [Xe] 6s24f9. Normalmente, só se poden eliminar tres electróns antes de que a carga nuclear se volva demasiado grande para ser ionizada máis. Non obstante, no caso deterbio, o semicheoterbiopermite unha maior ionización do cuarto electrón en presenza dun oxidante moi forte como o gas flúor.
Metal
Terbioé un metal de terras raras de cor branca prateada con ductilidade, dureza e brandura que se pode cortar cun coitelo. Punto de fusión 1360 ℃, punto de ebulición 3123 ℃, densidade 8229 4 kg/m3. En comparación cos primeiros elementos lantánidos, é relativamente estable no aire. O noveno elemento dos elementos lantánidos, o terbio, é un metal altamente cargado que reacciona coa auga para formar gas hidróxeno.
Na natureza,terbioNunca se atopou que sexa un elemento libre, presente en pequenas cantidades na area de fósforo, cerio, torio e no mineral de silicio, berilio e itrio.Terbiocoexiste con outros elementos de terras raras na area monacita, cun contido xeral de terbio do 0,03 %. Outras fontes inclúen o fosfato de itrio e o ouro de terras raras, ambos os cales son mesturas de óxidos que conteñen ata un 1 % de terbio.
Aplicación
A aplicación deterbioimplica principalmente campos de alta tecnoloxía, que son proxectos de vangarda intensivos en tecnoloxía e coñecemento, así como proxectos con beneficios económicos significativos e perspectivas de desenvolvemento atractivas.
As principais áreas de aplicación inclúen:
(1) Utilízase en forma de terras raras mesturadas. Por exemplo, úsase como fertilizante composto de terras raras e aditivo para pensos agrícolas.
(2) Activador para po verde en tres pos fluorescentes primarios. Os materiais optoelectrónicos modernos requiren o uso de tres cores básicas de fósforo, concretamente vermello, verde e azul, que se poden usar para sintetizar varias cores. Eterbioé un compoñente indispensable en moitos pos fluorescentes verdes de alta calidade.
(3) Emprégase como material de almacenamento magnetoóptico. As películas finas de aliaxe de metal de transición de terbio e metal amorfo empregáronse para fabricar discos magnetoópticos de alto rendemento.
(4) Fabricación de vidro magnetoóptico. O vidro rotatorio de Faraday que contén terbio é un material clave para a fabricación de rotadores, illadores e circuladores na tecnoloxía láser.
(5) O desenvolvemento e a elaboración da aliaxe ferromagnetostritiva de terbio-disprosio (TerFenol) abriu novas aplicacións para o terbio.
Para a agricultura e a gandería
Terras rarasterbiopode mellorar a calidade das colleitas e aumentar a taxa de fotosíntese dentro dun certo rango de concentración. Os complexos de terbio teñen unha alta actividade biolóxica e os complexos ternarios deterbio, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, teñen bos efectos antibacterianos e bactericidas sobre Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis e Escherichia coli, con propiedades antibacterianas de amplo espectro. O estudo destes complexos proporciona unha nova dirección de investigación para os fármacos bactericidas modernos.
Usado no campo da luminescencia
Os materiais optoelectrónicos modernos requiren o uso de tres cores básicas de fósforo, concretamente vermello, verde e azul, que se poden empregar para sintetizar varias cores. E o terbio é un compoñente indispensable en moitos pos fluorescentes verdes de alta calidade. Se o nacemento do po fluorescente vermello para televisións en cor de terras raras estimulou a demanda deitrioeeuropio, entón a aplicación e o desenvolvemento do terbio foron promovidos polo po fluorescente verde de tres cores primarias de terras raras para lámpadas. A principios da década de 1980, Philips inventou a primeira lámpada fluorescente compacta de aforro de enerxía 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 pos fluorescentes verdes de terras raras usanterbio, como activador.
O po fluorescente verde empregado para os tubos de raios catódicos (CRT) de televisión en cor sempre se baseou principalmente en sulfuro de zinc barato e eficiente, pero o po de terbio sempre se empregou como po verde para proxeccións de televisións en cor, como o Y2SiO5:Tb3+, o Y3 (Al, Ga)5O12:Tb3+ e o LaOBr:Tb3+. Co desenvolvemento da televisión de alta definición (HDTV) de pantalla grande, tamén se están a desenvolver pos fluorescentes verdes de alto rendemento para CRT. Por exemplo, desenvolveuse no estranxeiro un po fluorescente verde híbrido, composto por Y3 (Al, Ga)5O12:Tb3+, LaOCl:Tb3+ e Y2SiO5:Tb3+, que teñen unha excelente eficiencia de luminescencia a alta densidade de corrente.
O po fluorescente de raios X tradicional é o tungstato de calcio. Nas décadas de 1970 e 1980, desenvolvéronse pos fluorescentes de terras raras para pantallas de sensibilización, comoterbio,óxido de sulfuro de lantano activado, óxido de bromuro de lantano activado por terbio (para pantallas verdes) e óxido de sulfuro de itrio activado por terbio. En comparación co tungstato de calcio, o po fluorescente de terras raras pode reducir o tempo de irradiación con raios X para os pacientes nun 80 %, mellorar a resolución das películas de raios X, prolongar a vida útil dos tubos de raios X e reducir o consumo de enerxía. O terbio tamén se usa como activador de po fluorescente para pantallas de mellora de raios X médicas, o que pode mellorar considerablemente a sensibilidade da conversión de raios X en imaxes ópticas, mellorar a claridade das películas de raios X e reducir considerablemente a dose de exposición aos raios X para o corpo humano (en máis do 50 %).
Terbiotamén se usa como activador no fósforo LED branco excitado por luz azul para a nova iluminación de semicondutores. Pode usarse para producir fósforos de cristal magnetoóptico de aluminio e terbio, utilizando díodos 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 po fluorescente verde de sulfuro de zinc conterbiocomo activador. Baixo 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 fixeron progresos significativos no estudo deterras raraspelículas delgadas electroluminescentes complexas orgánicas, aínda existe unha certa brecha coa practicidade, e a investigación sobre películas delgadas e dispositivos electroluminescentes complexos orgánicos de terras raras aínda está en profundidade.
As características de fluorescencia do terbio tamén se empregan como sondas de fluorescencia. Estudouse a interacción entre o complexo de ofloxacina e terbio (Tb3+) e o ácido desoxirribonucleico (ADN) mediante espectros de fluorescencia e absorción, como a sonda de fluorescencia de ofloxacina e terbio (Tb3+). Os resultados mostraron que a sonda de ofloxacina Tb3+ pode formar un suco que se une ás moléculas de ADN e que o ácido desoxirribonucleico pode mellorar significativamente a fluorescencia do sistema de ofloxacina Tb3+. Con base neste cambio, pódese determinar o ácido desoxirribonucleico.
Para materiais magnetoópticos
Os materiais con efecto Faraday, tamén coñecidos como materiais magnetoópticos, úsanse amplamente en láseres e outros dispositivos ópticos. Existen dous tipos comúns de materiais magnetoópticos: cristais magnetoópticos e vidro magnetoóptico. Entre eles, os cristais magnetoópticos (como o granate de ferro-itrio e o granate de terbio-galio) teñen as vantaxes dunha frecuencia de funcionamento axustable e unha alta estabilidade térmica, pero son caros e difíciles de fabricar. Ademais, moitos cristais magnetoópticos con ángulos de rotación de Faraday elevados teñen unha alta absorción no rango de onda curta, o que limita o seu uso. En comparación cos cristais magnetoópticos, o vidro magnetoóptico ten a vantaxe dunha alta transmitancia e é fácil de transformar en bloques ou fibras grandes. Na actualidade, os vidro magnetoópticos con alto efecto Faraday son principalmente vidro dopado con ións de terras raras.
Usado para materiais de almacenamento magnetoóptico
Nos últimos anos, co rápido desenvolvemento da automatización multimedia e da oficina, a demanda de novos discos magnéticos de alta capacidade foi aumentando. As películas finas de aliaxe de metal de transición de terbio amorfo utilizáronse para fabricar discos magnetoópticos de alto rendemento. Entre eles, a película fina de aliaxe TbFeCo ten o mellor rendemento. Os materiais magnetoópticos baseados en terbio producíronse a grande escala e os discos magnetoópticos feitos con eles utilízanse como compoñentes de almacenamento informático, cunha capacidade de almacenamento aumentada entre 10 e 15 veces. Teñen as vantaxes dunha gran capacidade e unha rápida velocidade de acceso, e pódense limpar e revestir decenas de miles de veces cando se usan para discos ópticos de alta densidade. Son materiais importantes na tecnoloxía de almacenamento de información electrónica. O material magnetoóptico máis utilizado nas bandas visible e infravermella próxima é o monocristal de granate de terbio-galio (TGG), que é o mellor material magnetoóptico para fabricar rotadores e illadores de Faraday.
Para vidro magnetoóptico
O vidro magnetoóptico de Faraday ten boa transparencia e isotropía nas rexións visible e infravermella, e pode formar varias formas complexas. É doado producir produtos de gran tamaño e pódese estirar en fibras ópticas. Polo tanto, ten amplas perspectivas de aplicación en dispositivos magnetoópticos como illantes magnetoópticos, moduladores magnetoópticos e sensores de corrente de fibra óptica. Debido ao seu gran momento magnético e pequeno coeficiente de absorción no rango visible e infravermello, os ións Tb3+ convertéronse en ións de terras raras de uso común en cristais magnetoópticos.
Liga ferromagnetoestrictiva de terbio e disprosio
A finais do século XX, coa profundación continua da revolución tecnolóxica mundial, xurdiron rapidamente novos materiais para aplicacións de terras raras. En 1984, a Universidade Estatal de Iowa, o Laboratorio Ames do Departamento de Enerxía dos Estados Unidos e o Centro de Investigación de Armas de Superficie da Armada dos Estados Unidos (do que proviña o persoal principal da posteriormente establecida Edge Technology Corporation (ET REMA)) colaboraron para desenvolver un novo material intelixente de terras raras, concretamente o material magnetostritivo ferromagnético de terbio disprosio. Este novo material intelixente ten excelentes características para converter rapidamente a enerxía eléctrica en enerxía mecánica. Os transdutores subacuáticos e electroacústicos feitos deste material magnetostritivo xigante configuráronse con éxito en equipos navais, altofalantes de detección de pozos de petróleo, sistemas de control de ruído e vibracións e sistemas de comunicación subterráneos e de exploración oceánica. Polo tanto, en canto naceu o material magnetostritivo xigante de terbio disprosio ferro, recibiu unha ampla atención dos países industrializados de todo o mundo. Edge Technologies nos Estados Unidos comezou a producir materiais magnetostritivos xigantes de terbio disprosio ferro en 1989 e chamounos Terfenol D. Posteriormente, Suecia, Xapón, Rusia, o Reino Unido e Australia tamén desenvolveron materiais magnetostritivos xigantes de terbio disprosio ferro.
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 da China están a fortalecer gradualmente a súa comprensión deste material. Non obstante, coa mellora significativa da forza nacional integral da China, a demanda de lograr unha estratexia competitiva militar do século XXI e mellorar os niveis de equipamento será definitivamente moi urxente. Polo tanto, o uso xeneralizado de materiais magnetostritivos xigantes de terbio-disprosio-ferro por parte dos departamentos militares e de defensa nacional será unha necesidade histórica.
En resumo, as moitas propiedades excelentes deterbioconvérteno nun membro indispensable de moitos materiais funcionais e nunha posición irremplazable nalgúns campos de aplicación. Non obstante, debido ao alto prezo do terbio, a xente estivo estudando como evitar e minimizar o seu uso para reducir os custos de produción. Por exemplo, os materiais magnetoópticos de terras raras tamén deberían usar materiais de baixo custoferro disprosiocobalto ou gadolinio terbio cobalto na medida do posible; Tentar reducir o contido de terbio no po fluorescente verde que se debe usar. O prezo converteuse nun factor importante que restrinxe o uso xeneralizado deterbioPero moitos materiais funcionais non poden prescindir del, polo que temos que adherirnos ao principio de "usar bo aceiro na lámina" e tentar aforrar o uso deterbiotanto como sexa posible.
Data de publicación: 25 de outubro de 2023