Terbiopertence á categoría de pesadosterras raras, cunha baixa abundancia na codia terrestre en só 1,1 ppm.O óxido de terbio representa menos do 0,01% do total de terras raras.Mesmo no mineral pesado de terras raras de tipo itrio con maior contido de terbio, o contido de terbio só representa o 1,1-1,2% do total de terras raras, o que indica que pertence á categoría "nobre" de elementos de terras raras.Durante máis de 100 anos desde o descubrimento do terbio en 1843, a súa escaseza e valor impediron durante moito tempo a súa aplicación práctica.Só nos últimos 30 anos o terbio demostrou o seu talento único.
Descubrindo a Historia
O químico sueco Carl Gustaf Mosander descubriu o terbio en 1843. Atopou as súas impurezas enÓxido de itrio (III).eY2O3.Yttrium recibe o nome da aldea de Ytterby en Suecia.Antes da aparición da tecnoloxía de intercambio iónico, o terbio non estaba illado na súa forma pura.
Mosant dividiu por primeira vez o óxido de itrio (III) en tres partes, todas chamadas así por minerais: óxido de itrio (III),Óxido de erbio (III)., e óxido de terbio.O óxido de terbio estaba composto orixinalmente por unha parte rosa, debido ao elemento que agora se coñece como erbio.O "óxido de erbio (III)" (incluíndo o que agora chamamos terbio) era orixinalmente a parte esencialmente incolora da solución.O óxido insoluble deste elemento considérase marrón.
Os traballadores posteriores dificilmente puideron observar o pequeno "óxido de erbio (III)" incoloro, pero a parte rosa soluble non se podía ignorar.Os debates sobre a existencia do óxido de erbio (III) xurdiron repetidamente.No caos, o nome orixinal foi invertido e o intercambio de nomes quedou atascado, polo que a parte rosa finalmente mencionouse como unha solución que contén erbio (na solución era rosa).Agora crese que os traballadores que usan bisulfato de sodio ou sulfato de potasio tomanÓxido de cerio (IV).de óxido de itrio (III) e sen querer transformar o terbio nun sedimento que contén cerio.Só preto do 1% do óxido de itrio (III) orixinal, agora coñecido como "terbio", é suficiente para pasar unha cor amarela ao óxido de itrio (III).Polo tanto, o terbio é un compoñente secundario que inicialmente o contiña, e está controlado polos seus veciños inmediatos, o gadolinio e o disprosio.
Despois, sempre que desta mestura se separaban outros elementos de terras raras, independentemente da proporción do óxido, mantívose o nome de terbio ata que finalmente se obtivo o óxido marrón de terbio en estado puro.Os investigadores do século XIX non usaron a tecnoloxía de fluorescencia ultravioleta para observar nódulos amarelos ou verdes brillantes (III), o que facilitaba o recoñecemento do terbio en mesturas ou solucións sólidas.
Configuración electrónica
Configuración electrónica:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
A configuración electrónica do terbio é [Xe] 6s24f9.Normalmente, só se poden eliminar tres electróns antes de que a carga nuclear sexa demasiado grande para ser ionizada máis, pero no caso do terbio, o terbio semi-cheo permite que o cuarto electrón se ionize aínda máis en presenza de oxidantes moi fortes como o gas flúor.
O terbio é un metal branco prateado de terras raras con ductilidade, dureza e suavidade que se pode cortar cun coitelo.Punto de fusión 1360 ℃, punto de ebulición 3123 ℃, densidade 8229 4 kg/m3.En comparación co lantánido primitivo, é relativamente estable no aire.Como noveno elemento do lantánido, o terbio é un metal cunha forte electricidade.Reacciona coa auga para formar hidróxeno.
Na natureza, o terbio nunca se atopou como un elemento libre, unha pequena cantidade do cal existe na area de fosfocerio torio e gadolinita.O terbio coexiste con outros elementos de terras raras na area monacita, cun contido xeralmente de 0,03% de terbio.Outras fontes son Xenotime e minerais de ouro raro negro, ambos son mesturas de óxidos e conteñen ata un 1% de terbio.
Aplicación
A aplicación do terbio implica principalmente campos de alta tecnoloxía, que son proxectos de vangarda intensivos en tecnoloxía e coñecemento, así como proxectos con importantes beneficios económicos, con perspectivas de desenvolvemento atractivas.
As principais áreas de aplicación inclúen:
(1) Utilizado en forma de mesturas de terras raras.Por exemplo, úsase como fertilizante composto de terras raras e aditivo alimentario para a agricultura.
(2) Activador para po verde en tres po fluorescentes primarios.Os materiais optoelectrónicos modernos requiren o uso de tres cores básicas de fósforo, a saber, vermello, verde e azul, que se poden usar para sintetizar varias cores.E o terbio é un compoñente indispensable en moitos po fluorescentes verdes de alta calidade.
(3) Usado como material de almacenamento óptico magneto.Empregáronse películas finas de aleación de metal de transición de terbio de metal 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 a fabricación de rotadores, illantes e circuladores en tecnoloxía láser.
(5) O desenvolvemento e desenvolvemento da aliaxe ferromagnetoestrictiva de terbio disprosio (TerFenol) abriu novas aplicacións para o terbio.
Para a agricultura e a gandaría
O terbio de terras raras pode mellorar a calidade dos cultivos e aumentar a taxa de fotosíntese dentro dun determinado intervalo de concentración.Os complexos de terbio teñen unha 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 destes complexos proporciona unha nova dirección de investigación para os fármacos bactericidas modernos.
Usado no campo da luminiscencia
Os materiais optoelectrónicos modernos requiren o uso de tres cores básicas de fósforo, a saber, vermello, verde e azul, que se poden usar para sintetizar varias cores.E o terbio é un compoñente indispensable en moitos po fluorescentes verdes de alta calidade.Se o nacemento do po fluorescente vermello da TV en cor de terras raras estimulou a demanda de itrio e europio, entón a aplicación e desenvolvemento de terbio foron promovidos por po fluorescente verde de tres cores primarias de terras raras para lámpadas.A principios dos anos 80, Philips inventou a primeira lámpada fluorescente compacta de aforro enerxético do mundo e promoveua rapidamente a nivel mundial.Os ións Tb3+ poden emitir luz verde cunha lonxitude de onda de 545 nm, e case todos os fósforos verdes de terras raras usan terbio como activador.
O fósforo verde para o tubo de raios catódicos de TV en cor (CRT) sempre estivo baseado en sulfuro de zinc, que é barato e eficiente, pero o po de terbio sempre se utilizou como fósforo verde para a televisión en cor de proxección, incluíndo Y2SiO5 ∶ Tb3+, Y3 ( Al, Ga) 5O12 ∶ Tb3+ e LaOBr ∶ Tb3+.Co desenvolvemento da televisión de alta definición de pantalla grande (HDTV), tamén se están a desenvolver po fluorescente verde 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 luminiscencia a alta densidade de corrente.
O po fluorescente de raios X tradicional é o tungstato de calcio.Nas décadas de 1970 e 1980, desenvolvéronse fósforos de terras raras para pantallas intensificadoras, como xofre activado con terbio, óxido de lantano, bromo activado por terbio, óxido de lantano (para pantallas verdes), xofre activado por terbio, óxido de itrio (III), etc. En comparación co volframio de calcio, O po fluorescente de terras raras pode reducir o tempo de irradiación de 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 médicos, o que pode mellorar moito a sensibilidade da conversión de raios X en imaxes ópticas, mellorar a claridade das películas de raios X e reducir en gran medida a dose de exposición de raios X. raios ao corpo humano (máis do 50%).
O terbio tamén se usa como activador no fósforo LED branco excitado pola luz azul para a iluminación de novos semicondutores.Pódese usar para producir fósforos de cristal óptico magneto de aluminio de 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 electroluminiscentes feitos de terbio inclúen principalmente fósforo verde de sulfuro de zinc co terbio como activador.Baixo a irradiación ultravioleta, os complexos orgánicos de terbio poden emitir unha forte fluorescencia verde e poden usarse como materiais electroluminiscentes de película fina.Aínda que se logrou un progreso significativo no estudo das películas finas electroluminiscentes de complexos orgánicos de terras raras, aínda hai unha certa brecha na práctica, e a investigación sobre películas e dispositivos electroluminiscentes de complexos orgánicos de terras raras aínda está en profundidade.
As características de fluorescencia do terbio tamén se usan como sondas de fluorescencia.Por exemplo, a sonda de fluorescencia de ofloxacina terbio (Tb3+) utilizouse para estudar a interacción entre o complexo de ofloxacina terbio (Tb3+) e o ADN (ADN) mediante o espectro de fluorescencia e o espectro de absorción, o que indica que a sonda de ofloxacina Tb3+ pode formar un suco de unión coas moléculas de ADN. e o ADN pode mellorar significativamente a fluorescencia do sistema Ofloxacina Tb3+.En base a este cambio, pódese determinar o ADN.
Para materiais magneto ópticos
Os materiais con efecto Faraday, tamén coñecidos como materiais magneto-ópticos, son amplamente utilizados en láseres e outros dispositivos ópticos.Hai dous tipos comúns de materiais magneto ópticos: cristais magneto ópticos e vidro magneto óptico.Entre eles, os cristais magneto-ópticos (como o granate de ferro de itrio e o granate de terbio galio) teñen as vantaxes dunha frecuencia de operación axustable e unha alta estabilidade térmica, pero son caros e difíciles de fabricar.Ademais, moitos cristais magneto-ópticos con alto ángulo de rotación de Faraday teñen unha alta absorción no rango de onda curta, o que limita o seu uso.En comparación cos cristais magneto ópticos, o vidro magneto óptico ten a vantaxe dunha alta transmitancia e é fácil de converter en grandes bloques ou fibras.Na actualidade, os lentes magneto-ópticos con alto efecto Faraday son principalmente lentes dopados con ións de terras raras.
Usado para materiais de almacenamento magneto óptico
Nos últimos anos, co rápido desenvolvemento da multimedia e da ofimática, a demanda de novos discos magnéticos de alta capacidade foi aumentando.As películas de aleación de metal de transición de terbio de metal amorfo utilizáronse para fabricar discos magneto-ópticos de alto rendemento.Entre eles, a película fina de aliaxe TbFeCo ten o mellor rendemento.Producíronse a gran escala materiais magneto-ópticos a base de terbio, e os discos magneto-ópticos feitos con eles utilízanse como compoñentes de almacenamento de ordenadores, aumentando a capacidade de almacenamento entre 10 e 15 veces.Teñen as vantaxes dunha gran capacidade e unha velocidade de acceso rápida 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 magneto-óptico máis utilizado nas bandas visibles e do infravermello próximo é o monocristal de terbio galio granate (TGG), que é o mellor material magneto-óptico para fabricar rotadores e illantes de Faraday.
Para vidro óptico magneto
O vidro óptico magneto de Faraday ten unha boa transparencia e isotropía nas rexións visible e infravermella e pode formar varias formas complexas.Producir produtos de gran tamaño é doado e pódense incorporar a fibras ópticas.Polo tanto, ten amplas perspectivas de aplicación en dispositivos magneto-ópticos como illadores magneto-ópticos, moduladores magneto-ópticos e sensores de corrente de fibra óptica.Debido ao seu gran momento magnético e ao seu pequeno coeficiente de absorción no rango visible e infravermello, os ións Tb3+ convertéronse en ións de terras raras de uso común en lentes magnetoópticos.
Aliaxe ferromagnetoestrictiva de terbio disprosio
A finais do século XX, coa profundización da revolución científica e tecnolóxica mundial, os novos materiais aplicados de terras raras están xurdindo rapidamente.En 1984, a Universidade Estatal de Iowa dos Estados Unidos, o Laboratorio de Ames do Departamento de Enerxía dos Estados Unidos e o Centro de Investigación de Armas de Superficie da Mariña dos Estados Unidos (o persoal principal da empresa estadounidense Edge Technology Company (ET REMA) establecida máis tarde procedía de o centro) desenvolveron conxuntamente un novo material intelixente de terras raras, é dicir, un material magnetostrictivo xigante de ferro de terbio disprosio.Este novo material Smart ten as excelentes características de converter rapidamente a enerxía eléctrica en enerxía mecánica.Os transdutores subacuáticos e electroacústicos feitos con este material magnetoestrictivo xigante configuráronse con éxito en equipos navais, altofalantes de detección de pozos de petróleo, sistemas de control de ruído e vibración e sistemas de exploración oceánica e comunicación subterránea.Polo tanto, tan pronto como naceu o material magnetostrictivo xigante de ferro de terbio disprosio, recibiu unha ampla atención dos países industrializados de todo o mundo.Edge Technologies nos Estados Unidos comezou a producir materiais magnetostrictivos de ferro de terbio disprosio xigante en 1989 e chamounos Terfenol D. Posteriormente, Suecia, Xapón, Rusia, Reino Unido e Australia tamén desenvolveron materiais magnetostrictivos de ferro de terbio disprosio xigante.
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 reforzando gradualmente a súa comprensión deste material.Non obstante, despois de que o Poder Nacional Integral de China aumentara significativamente, os requisitos para realizar a estratexia militar competitiva no século XXI e mellorar o nivel de equipamento serán certamente moi urxentes.Polo tanto, o uso xeneralizado de materiais magnetostrictivos xigantes de ferro de terbio disprosio por parte dos departamentos militares e de defensa nacional será unha necesidade histórica.
En resumo, as moitas excelentes propiedades do terbio fan que sexa un membro indispensable de moitos materiais funcionais e unha posición insubstituíble nalgúns campos de aplicación.Non obstante, debido ao elevado prezo do terbio, a xente estuda como evitar e minimizar o uso do terbio para reducir os custos de produción.Por exemplo, os materiais magneto-ópticos de terras raras tamén deberían usar cobalto de ferro disprosio de baixo custo ou cobalto de gadolinio terbio na medida do 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 terbio.Pero 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 de terbio na medida do posible.
Hora de publicación: 05-07-2023