Terbipertany a la categoria de pesatsterres rares, amb una baixa abundància a l'escorça terrestre amb només 1,1 ppm. L'òxid de terbi representa menys del 0,01% del total de terres rares. Fins i tot en el mineral pesat de terres rares de tipus alt itri amb el contingut més alt de terbi, el contingut de terbi només representa l'1,1-1,2% del total de terres rares, cosa que indica que pertany a la categoria "noble" d'elements de terres rares. Durant més de 100 anys des del descobriment del terbi el 1843, la seva escassetat i valor han impedit la seva aplicació pràctica durant molt de temps. Només en els últims 30 anys el terbi ha demostrat el seu talent únic.
Descobrint la Història
El químic suec Carl Gustaf Mosander va descobrir el terbi el 1843. Va trobar les seves impureses aÒxid d'itri (III).iY2O3. Yttrium rep el nom del poble d'Ytterby a Suècia. Abans de l'aparició de la tecnologia d'intercanvi iònic, el terbi no estava aïllat en la seva forma pura.
Mosant va dividir per primera vegada l'òxid d'itri (III) en tres parts, totes amb el nom de minerals: òxid d'itri (III),Òxid d'erbi (III)., i òxid de terbi. L'òxid de terbi es componia originàriament d'una part rosa, a causa de l'element que ara es coneix com a erbi. "L'òxid d'erbi (III)" (incloent el que ara anomenem terbi) era originalment la part essencialment incolora de la solució. L'òxid insoluble d'aquest element es considera marró.
Els treballadors posteriors difícilment van poder observar el petit "òxid d'erbi (III)" incolor, però la part rosa soluble no es va poder ignorar. Els debats sobre l'existència de l'òxid d'erbi (III) han sorgit repetidament. En el caos, el nom original es va invertir i l'intercanvi de noms es va quedar enganxat, de manera que la part rosa es va esmentar finalment com una solució que contenia erbi (a la solució, era rosa). Ara es creu que els treballadors que utilitzen bisulfat de sodi o sulfat de potassi prenenÒxid de ceri (IV).de l'òxid d'itri (III) i sense voler convertir el terbi en un sediment que conté ceri. Només un 1% de l'òxid d'itri (III) original, ara conegut com "terbi", és suficient per passar un color groguenc a l'òxid d'itri (III). Per tant, el terbi és un component secundari que el contenia inicialment, i està controlat pels seus veïns immediats, el gadolini i el disprosi.
Posteriorment, sempre que d'aquesta mescla es separaven altres elements de terres rares, independentment de la proporció de l'òxid, es va mantenir el nom de terbi fins que finalment es va obtenir l'òxid marró de terbi en estat pur. Els investigadors del segle XIX no van utilitzar la tecnologia de fluorescència ultraviolada per observar nòduls grocs o verds brillants (III), cosa que va facilitar que el terbi fos reconegut en mescles o solucions sòlides.
Configuració electrònica
Configuració electrònica:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
La configuració electrònica del terbi és [Xe] 6s24f9. Normalment, només es poden eliminar tres electrons abans que la càrrega nuclear sigui massa gran per ser ionitzada encara més, però en el cas del terbi, el terbi semiomple permet que el quart electró s'ionitzi encara més en presència d'oxidants molt forts com el gas fluor.
El terbi és un metall de terres rares de color blanc platejat amb ductilitat, duresa i suavitat que es pot tallar amb un ganivet. Punt de fusió 1360 ℃, punt d'ebullició 3123 ℃, densitat 8229 4kg/m3. En comparació amb els primers lantànids, és relativament estable a l'aire. Com a novè element del lantànid, el terbi és un metall amb una forta electricitat. Reacciona amb l'aigua per formar hidrogen.
A la natura, mai s'ha trobat que el terbi sigui un element lliure, una petita quantitat del qual existeix a la sorra de tori fosfoceri i gadolinita. El terbi coexisteix amb altres elements de terres rares a la sorra monazita, amb un contingut generalment del 0,03% de terbi. Altres fonts són Xenotime i minerals d'or rars negres, tots dos són mescles d'òxids i contenen fins a un 1% de terbi.
Aplicació
L'aplicació del terbi implica majoritàriament camps d'alta tecnologia, que són projectes d'avantguarda intensius en tecnologia i coneixements, així com projectes amb importants beneficis econòmics, amb perspectives de desenvolupament atractives.
Les principals àrees d'aplicació inclouen:
(1) S'utilitza en forma de terres rares mixtes. Per exemple, s'utilitza com a fertilitzant compost de terres rares i additiu per a pinsos per a l'agricultura.
(2) Activador de pols verda en tres pols fluorescents primàries. Els materials optoelectrònics moderns requereixen l'ús de tres colors bàsics de fòsfors, és a dir, vermell, verd i blau, que es poden utilitzar per sintetitzar diversos colors. I el terbi és un component indispensable en moltes pols fluorescents verdes d'alta qualitat.
(3) S'utilitza com a material d'emmagatzematge òptic magneto. S'han utilitzat pel·lícules primes d'aliatge de metall de transició de terbi de metall amorf per fabricar discos magneto-òptics d'alt rendiment.
(4) Fabricació de vidre òptic magneto. El vidre rotatori de Faraday que conté terbi és un material clau per a la fabricació de rotadors, aïllants i circuladors en tecnologia làser.
(5) El desenvolupament i desenvolupament de l'aliatge ferromagnetoestrictiu de terbi disprosi (TerFenol) ha obert noves aplicacions per al terbi.
Per a l'agricultura i la ramaderia
El terbi de terres rares pot millorar la qualitat dels cultius i augmentar la taxa de fotosíntesi dins d'un determinat rang de concentració. Els complexos de terbi tenen una alta activitat biològica. Els complexos ternaris de terbi, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3 · 3H2O, tenen bons efectes antibacterians i bactericides sobre Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis i Escherichia coli. Tenen un ampli espectre antibacterià. L'estudi d'aquests complexos proporciona una nova direcció d'investigació per als fàrmacs bactericides moderns.
S'utilitza en el camp de la luminescència
Els materials optoelectrònics moderns requereixen l'ús de tres colors bàsics de fòsfors, és a dir, vermell, verd i blau, que es poden utilitzar per sintetitzar diversos colors. I el terbi és un component indispensable en moltes pols fluorescents verdes d'alta qualitat. Si el naixement de la pols fluorescent vermella de TV de color de terres rares ha estimulat la demanda d'itri i europi, aleshores l'aplicació i el desenvolupament de terbi s'han promogut per la pols fluorescent verda de tres colors primaris de terres rares per a làmpades. A principis de la dècada de 1980, Philips va inventar la primera làmpada fluorescent compacta d'estalvi d'energia del món i ràpidament la va promocionar a nivell mundial. Els ions Tb3 + poden emetre llum verda amb una longitud d'ona de 545 nm, i gairebé tots els fòsfors verds de terres rares utilitzen terbi com a activador.
El fòsfor verd per al tub de raigs catòdics de TV en color (CRT) sempre s'ha basat en sulfur de zinc, que és barat i eficient, però la pols de terbi sempre s'ha utilitzat com a fòsfor verd per a la televisió en color de projecció, inclòs Y2SiO5 ∶ Tb3+, Y3 ( Al, Ga) 5O12 ∶ Tb3+ i LaOBr ∶ Tb3+. Amb el desenvolupament de la televisió d'alta definició de pantalla gran (HDTV), també s'estan desenvolupant pols fluorescents verdes d'alt rendiment per a CRT. Per exemple, s'ha desenvolupat una pols fluorescent verda híbrida a l'estranger, que consisteix en Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+ i Y2SiO5: Tb3+, que tenen una excel·lent eficiència de luminescència a alta densitat de corrent.
La pols fluorescent de raigs X tradicional és el tungstat de calci. A les dècades de 1970 i 1980 es van desenvolupar fòsfors de terres rares per a pantalles intensificadores, com ara sofre activat amb terbi, òxid de lantà, brom activat amb terbi, òxid de lantà (per a pantalles verdes), sofre activat amb terbi, òxid d'itri (III), etc. En comparació amb el tungstat de calci, La pols fluorescent de terres rares pot reduir el temps d'irradiació de raigs X per als pacients 80%, millora la resolució de les pel·lícules de raigs X, allarga la vida útil dels tubs de raigs X i redueix el consum d'energia. El terbi també s'utilitza com a activador de pols fluorescent per a pantalles mèdiques de millora de raigs X, que pot millorar considerablement la sensibilitat de la conversió de raigs X en imatges òptiques, millorar la claredat de les pel·lícules de raigs X i reduir considerablement la dosi d'exposició de X- raigs al cos humà (en més d'un 50%).
El terbi també s'utilitza com a activador en el fòsfor LED blanc excitat per la llum blava per a la nova il·luminació de semiconductors. Es pot utilitzar per produir fòsfors de cristall òptic magneto d'alumini de terbi, utilitzant díodes emissors de llum blava com a fonts de llum d'excitació, i la fluorescència generada es barreja amb la llum d'excitació per produir llum blanca pura.
Els materials electroluminescents fets de terbi inclouen principalment fòsfor verd de sulfur de zinc amb terbi com a activador. Sota irradiació ultraviolada, els complexos orgànics de terbi poden emetre una forta fluorescència verda i es poden utilitzar com a materials electroluminescents de pel·lícula fina. Tot i que s'han fet avenços significatius en l'estudi de les pel·lícules primes electroluminescents de complexos orgànics de terres rares, encara hi ha un cert buit respecte a la pràctica, i la investigació sobre pel·lícules i dispositius electroluminescents de complexos orgànics de terres rares encara està en profunditat.
Les característiques de fluorescència del terbi també s'utilitzen com a sondes de fluorescència. Per exemple, la sonda de fluorescència d'Ofloxacina terbi (Tb3+) es va utilitzar per estudiar la interacció entre el complex d'Ofloxacina terbi (Tb3+) i l'ADN (ADN) mitjançant l'espectre de fluorescència i l'espectre d'absorció, cosa que indica que la sonda d'Ofloxacina Tb3 + pot formar una unió amb molècules d'ADN, i l'ADN pot millorar significativament la fluorescència del sistema ofloxacina Tb3+. A partir d'aquest canvi, es pot determinar l'ADN.
Per a materials magnetoòptics
Els materials amb efecte Faraday, també coneguts com a materials magneto-òptics, s'utilitzen àmpliament en làsers i altres dispositius òptics. Hi ha dos tipus comuns de materials òptics magneto: els cristalls òptics magneto i el vidre òptic magneto. Entre ells, els cristalls magneto-òptics (com el granat de ferro ittri i el granat de terbi gal·li) tenen els avantatges d'una freqüència de funcionament ajustable i una alta estabilitat tèrmica, però són cars i difícils de fabricar. A més, molts cristalls magneto-òptics amb alt angle de rotació de Faraday tenen una alta absorció en el rang d'ona curta, cosa que limita el seu ús. En comparació amb els cristalls òptics magneto, el vidre òptic magneto té l'avantatge d'una gran transmitància i es pot convertir fàcilment en grans blocs o fibres. Actualment, les ulleres magnetoòptiques amb alt efecte Faraday són principalment ulleres dopades amb ions de terres rares.
S'utilitza per a materials d'emmagatzematge òptic magneto
En els últims anys, amb el ràpid desenvolupament de la multimèdia i l'ofimàtica, la demanda de nous discs magnètics d'alta capacitat ha anat augmentant. Les pel·lícules d'aliatge de metall de transició de terbi de metall amorf s'han utilitzat per fabricar discos magneto-òptics d'alt rendiment. Entre ells, la pel·lícula fina d'aliatge TbFeCo té el millor rendiment. S'han produït materials magneto-òptics basats en terbi a gran escala, i els discos magneto-òptics fets amb ells s'utilitzen com a components d'emmagatzematge informàtic, amb una capacitat d'emmagatzematge augmentada de 10 a 15 vegades. Tenen els avantatges d'una gran capacitat i una velocitat d'accés ràpida, i es poden netejar i revestir desenes de milers de vegades quan s'utilitzen per a discos òptics d'alta densitat. Són materials importants en la tecnologia d'emmagatzematge d'informació electrònica. El material magnetoòptic més utilitzat a les bandes visibles i infrarojes properes és el cristall únic de Terbium Gallium Garnet (TGG), que és el millor material magneto-òptic per fabricar rotadors i aïllants Faraday.
Per a vidre òptic magneto
El vidre òptic magneto de Faraday té una bona transparència i isotropia a les regions visible i infraroja i pot formar diverses formes complexes. És fàcil produir productes de gran mida i es poden extreure en fibres òptiques. Per tant, té àmplies perspectives d'aplicació en dispositius magnetoòptics com ara aïlladors magnetoòptics, moduladors magnetoòptics i sensors de corrent de fibra òptica. A causa del seu gran moment magnètic i el seu petit coeficient d'absorció en el rang visible i infrarojo, els ions Tb3 + s'han convertit en ions de terres rares d'ús habitual en ulleres magnetoòptiques.
Aliatge ferromagnetoestrictiu de terbi disprosi
A finals del segle XX, amb l'aprofundiment de la revolució científica i tecnològica mundial, els nous materials aplicats de terres rares estan sorgint ràpidament. El 1984, la Universitat Estatal d'Iowa dels Estats Units, el Laboratori Ames del Departament d'Energia dels Estats Units i el Centre d'Investigació d'Armes de Superfície de la Marina dels EUA (el personal principal de l'American Edge Technology Company (ET REMA), establerta posteriorment, provenia de el centre) van desenvolupar conjuntament un nou material intel·ligent de terres rares, és a dir, un material magnetostrictiu gegant de ferro de disprosi de terbi. Aquest nou material Smart té les excel·lents característiques de convertir ràpidament l'energia elèctrica en energia mecànica. Els transductors submarins i electroacústics fets d'aquest material magnetoestrictiu gegant s'han configurat amb èxit en equips navals, altaveus de detecció de pous de petroli, sistemes de control de soroll i vibracions i sistemes d'exploració oceànica i de comunicació subterrània. Per tant, tan bon punt va néixer el material magnetostrictiu gegant de ferro de terbi disprosi, va rebre una atenció generalitzada dels països industrialitzats de tot el món. Edge Technologies als Estats Units va començar a produir materials magnetostrictius gegants de ferro de terbi disprosi l'any 1989 i els va anomenar Terfenol D. Posteriorment, Suècia, Japó, Rússia, el Regne Unit i Austràlia també van desenvolupar materials magnetoestrictors de ferro de terbi disprosi.
Des de la història del desenvolupament d'aquest material als Estats Units, tant la invenció del material com les seves primeres aplicacions monopolístiques estan directament relacionades amb la indústria militar (com la marina). Tot i que els departaments militars i de defensa de la Xina estan enfortint gradualment la seva comprensió d'aquest material. Tanmateix, després que el poder nacional integral de la Xina hagi augmentat significativament, els requisits per dur a terme l'estratègia competitiva militar al segle XXI i millorar el nivell d'equips seran sens dubte molt urgents. Per tant, l'ús generalitzat de materials magnetostrictius gegants de ferro de terbi disprosi per part dels departaments militars i de defensa nacional serà una necessitat històrica.
En resum, les moltes excel·lents propietats del terbi el converteixen en un membre indispensable de molts materials funcionals i en una posició insubstituïble en alguns camps d'aplicació. No obstant això, a causa de l'elevat preu del terbi, la gent ha estat estudiant com evitar i minimitzar l'ús del terbi per tal de reduir els costos de producció. Per exemple, els materials magnetoòptics de terres rares també haurien d'utilitzar tant com sigui possible cobalt de ferro disprosi de baix cost o cobalt de gadolini terbi; Intenta reduir el contingut de terbi a la pols fluorescent verda que s'ha d'utilitzar. El preu s'ha convertit en un factor important que restringeix l'ús generalitzat del terbi. Però molts materials funcionals no poden prescindir-ne, per la qual cosa hem d'adherir-nos al principi d'"utilitzar un bon acer a la fulla" i intentar estalviar l'ús de terbi tant com sigui possible.
Hora de publicació: 05-jul-2023