Terbiumpertany a la categoria de pesesterres rares, amb una baixa abundància a l'escorça terrestre a només 1,1 ppm. L’òxid de terbi representa menys del 0,01% del total de terres rares. Fins i tot en l’elevat mineral de terra rara de tipus yttrium amb el contingut més alt de Terbium, el contingut de Terbium 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 de Terbium el 1843, la seva escassetat i valor han impedit la seva aplicació pràctica durant molt de temps. Només en els darrers 30 anys que Terbium ha mostrat el seu talent únic。
Descobrir la història
El químic suec Carl Gustaf Mosander va descobrir Terbium el 1843. Va trobar les seves impureses aÒxid yttrium (iii)iY2o3. Yttrium rep el nom del poble de Ytterby a Suècia. Abans de l’aparició de la tecnologia d’intercanvi d’ions, Terbium no es va aïllar en la seva forma pura.
Mosant primer va dividir l’òxid de Yttrium (III) en tres parts, totes anomenades després d’Ores: òxid de Yttrium (III),L’òxid d’erbium (iii), i òxid de terbi. L’òxid de terbi es componia originalment d’una part rosa, a causa de l’element ara conegut com Erbium. L’òxid “Erbium (III)” (inclòs el que ara anomenem Terbium) era originalment la part essencialment incolora de la solució. L’òxid insoluble d’aquest element es considera marró.
Els treballadors posteriors gairebé no podien observar el minúscul òxid de “Erbium (III) incolor (III), però la part rosa soluble no es va poder ignorar. Els debats sobre l'existència d'òxid d'Erbium (III) han sorgit repetidament. En el caos, el nom original es va invertir i es va quedar enganxat l’intercanvi de noms, de manera que la part rosa es va esmentar finalment com una solució que contenia erbium (a la solució, era de color rosa). Ara es creu que els treballadors que utilitzen bisulfat de sodi o sulfat de potassi prenenCerium (IV) òxidFora de l’òxid de Yttrium (III) i converteix involuntàriament el terbi en un sediment que conté ceri. Només aproximadament l’1% de l’òxid original de Yttrium (III), ara conegut com “Terbium”, és suficient per passar un color groguenc a l’òxid de Yttrium (III). Per tant, Terbium és un component secundari que el contenia inicialment i està controlat pels seus veïns immediats, gadolini i disprosi.
Després, sempre que es separessin altres elements de terra rara d’aquesta barreja, independentment de la proporció de l’òxid, es va conservar el nom de Terbium fins que finalment es va obtenir l’òxid marró de Terbium de forma pura. Els investigadors del segle XIX no van utilitzar la tecnologia de fluorescència ultraviolada per observar nòduls grocs o verds brillants (III), facilitant el reconeixement del Terbium en barreges o solucions sòlides.
Configuració d’electrons
Configuració d’electrons:
1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D10 4P6 5S2 4D10 5P6 6S2 4F9
La configuració d’electrons de Terbium és [xe] 6S24F9. Normalment, només es poden eliminar tres electrons abans que la càrrega nuclear es faci massa gran per ser ionitzada, però en el cas de Terbium, el terbi semi ple permet que el quart electró sigui ionitzat en presència d’oxidants molt forts com el gas fluor.
Terbium és un metall de terra rara blanca de plata 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 el lantànid precoç, és relativament estable a l’aire. Com a novè element del lanthanide, Terbium és un metall amb una forta electricitat. Reacciona amb l’aigua per formar hidrogen.
A la natura, el terbium no s'ha trobat mai un element lliure, una petita quantitat del qual existeix en la sorra de tori de fosfoceri i la gadolinita. Terbium conviu amb altres elements de terra rara en sorra de Monazita, amb un contingut generalment del 0,03% de Terbium. Altres fonts són els minerals d'or rars de xenotim i negre, ambdues barreges d'òxids i contenen fins a un 1% de terbi.
Aplicació
L’aplicació de Terbium implica majoritàriament camps d’alta tecnologia, que són projectes d’avantguarda intensius i intensius en tecnologia, així com projectes amb avantatges econòmics importants, amb perspectives de desenvolupament atractives.
Les principals àrees d'aplicació inclouen:
(1) utilitzat en forma de terres rares mixtes. Per exemple, s’utilitza com a fertilitzant compost de terres rares i additiu d’alimentació per a l’agricultura.
(2) Activador de pols verd en tres pols fluorescents primaris. Els materials optoelectrònics moderns requereixen l’ús de tres colors bàsics dels fòsfors, a saber, vermell, verd i blau, que es poden utilitzar per sintetitzar diversos colors. I Terbium és un component indispensable en molts pols fluorescents verds de gran qualitat.
(3) S'utilitza com a material d'emmagatzematge òptic magneto. Les pel·lícules primes d’aliatge de metall de Terbium de metall amorf s’utilitzen per fabricar discos magneto-òptics d’alt rendiment.
(4) Fabricació de vidre òptic magneto. El vidre rotatatori de Faraday que conté terbium és un material clau per a la fabricació de rotadors, aïlladors i circuladors de la tecnologia làser.
(5) El desenvolupament i el desenvolupament de Terbium disprosium ferromagnetostrictive (Terfenol) ha obert noves aplicacions per a Terbium.
Per a l’agricultura i la cria d’animals
El terbi de la terra rara 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 Terbium, TB (ALA) 3Benim (CLO4) 3 · 3H2O, tenen bons efectes antibacterianos i bactericides sobre Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis i Escherichia coli. Tenen un ampli espectre antibacterià. L’estudi d’aquests complexos proporciona una nova direcció de recerca per als medicaments bactericides moderns.
Utilitzat en el camp de la luminiscència
Els materials optoelectrònics moderns requereixen l’ús de tres colors bàsics dels fòsfors, a saber, vermell, verd i blau, que es poden utilitzar per sintetitzar diversos colors. I Terbium és un component indispensable en molts pols fluorescents verds de gran qualitat. Si el naixement de la TV Rare TV Red Fluorescent Powder ha estimulat la demanda de Yttrium i Europium, l’aplicació i el desenvolupament de Terbium han estat promogudes per terres rares tres en pols fluorescent verds de color primari per a làmpades. A principis de la dècada de 1980, Philips va inventar la primera làmpada fluorescent que es salva energètica del món i la va promoure ràpidament a nivell mundial. Els ions TB3+poden emetre llum verda amb una longitud d’ona de 545nm, i gairebé tots els fòsfors verds de terra rara utilitzen Terbium com a activador.
El fòsfor verd per a color TV TV Ray Tube (CRT) sempre s’ha basat en el sulfur de zinc, que és barat i eficient, però la pols de terbi sempre s’ha utilitzat com a fòsfor verd per a la projecció de TV, inclòs Y2Sio5 ∶ TB3+, Y3 (AL, GA) 5O12 ∶ TB3+i LAOBR ∶ TB3+. Amb el desenvolupament de televisió d’alta definició de gran pantalla (HDTV), també s’estan desenvolupant pols fluorescents verds d’alt rendiment per a CRTs. Per exemple, s’ha desenvolupat una pols fluorescent verda híbrida a l’estranger, formada per Y3 (AL, GA) 5O12: TB3+, LAOCL: TB3+i Y2SIO5: TB3+, que tenen una eficiència de luminescència excel·lent a alta densitat de corrent.
El tradicional pols fluorescent de raigs X és el tungstat de calci. Als anys setanta i vuitanta, es van desenvolupar fòsfors de terres rares per a les pantalles intensificadores, com ara l’òxid de lantà de sulfur activat per terbium, l’òxid de lantà brom activat per terbiu La irradiació de raigs X per als pacients en un 80%, millora la resolució de pel·lícules de rajos X, esteneu la vida útil dels tubs de rajos X i reduïu el consum d’energia. Terbium també s’utilitza com a activador de pols fluorescent per a les pantalles de millora de raigs X mèdics, que pot millorar molt la sensibilitat de la conversió de raigs X en imatges òptiques, millorar la claredat de les pel·lícules de raigs X i reduir molt la dosi d’exposició de rajos X al cos humà (per més del 50%).
Terbium 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 de Terbium alumini magneto, 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 de Terbium inclouen principalment fòsfor verd de sulfur de zinc amb terbi com a activador. Sota la irradiació ultraviolada, els complexos orgànics del 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 pel·lícules primes electroluminescents complexes de complexes orgàniques de terres rares, encara hi ha una certa bretxa de la pràctica i la investigació sobre pel·lícules i dispositius electroluminescents complexos electroluminescents de terres rares encara són en profunditat.
Les característiques de fluorescència del terbi també s’utilitzen com a sondes de fluorescència. Per exemple, es va utilitzar la sonda de fluorescència de ofloxacin terbium (TB3+) per estudiar la interacció entre el complex de la fluorescència de la ofloxacina (Tb3+) i l'ADN (ADN) per espectre de fluorescència i espectre d'absorció Sistema Ofloxacin TB3+. A partir d’aquest canvi, es pot determinar l’ADN.
Per a materials òptics magneto
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: cristalls òptics magneto i vidre òptic magneto. Entre ells, els cristalls magneto-òptics (com el granat de ferro Yttrium i el granat de Terbium gali) tenen els avantatges de la freqüència de funcionament regulable i de l’alta estabilitat tèrmica, però són costosos i difícils de fabricar. A més, molts cristalls magneto-òptics amb un alt angle de rotació de Faraday tenen una alta absorció en el rang d’ones curtes, cosa que limita el seu ús. En comparació amb els cristalls òptics de Magneto, el vidre òptic magneto té l’avantatge d’una alta transmitància i és fàcil de fer -ho en grans blocs o fibres. Actualment, les ulleres magneto-òptiques amb un efecte Farday elevat són principalment ulleres dopades per ions de terra rara.
S'utilitza per a materials d'emmagatzematge òptic magneto
En els darrers anys, amb el ràpid desenvolupament de multimèdia i automatització d’oficines, la demanda de nous discos magnètics d’alta capacitat ha augmentat. Les pel·lícules d’aliatge de metall de Terbium de metall amorf s’han utilitzat per fabricar discos magneto-òptics d’alt rendiment. Entre ells, la pel·lícula fina de TBFECO ALLOY té la millor actuació. Els materials magneto-òptics basats en terbium s’han produït a gran escala, i els discos magneto-òptics elaborats a partir d’ells s’utilitzen com a components d’emmagatzematge de l’ordinador, amb la capacitat d’emmagatzematge augmentada entre 10 i 15 vegades. Tenen els avantatges de la gran capacitat i la velocitat d’accés ràpid i es poden esborrar i recobrir 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 magneto-òptic més utilitzat a les bandes visibles i a prop de les infrarojos és el granat de Terbium Gallium (TGG) un sol cristall, que és el millor material magneto-òptic per fer rotadors i aïlladors de Faraday.
Per a vidre òptic magneto
El vidre òptic de Faraday Magneto té una bona transparència i isotropia a les regions visibles i infrarojos i pot formar diverses formes complexes. És fàcil produir productes de mida gran i es pot atraure en fibres òptiques. Per tant, té àmplies perspectives d’aplicació en dispositius òptics magneto com ara aïlladors òptics magneto, moduladors òptics magneto i sensors de corrent òptic de fibra. A causa del seu gran moment magnètic i el seu petit coeficient d’absorció en l’interval visible i d’infrarojos, els ions TB3+s’han utilitzat habitualment ions rares de terra en ulleres òptiques de magneto.
Terbium disprosium ferromagnetostrictive aliatge
A finals del segle XX, amb l’aprofundiment de la revolució científica i tecnològica mundial, els nous materials aplicats a la terra rara s’estan sorgint ràpidament. El 1984, la Iowa State University of the United States, AMES Laboratory del Departament d'Energia dels Estats Units dels Estats Units i el Centre de Recerca d'armes de Surface de la Marina dels Estats Units (el principal personal de la posterior establerta American Edge Technology Company (ET REMA) provenia conjuntament un nou material intel·ligent de terres rares, a saber, el material magnetostrictiu gegant de la Iron del Terbium Disprosium. Aquest nou material intel·ligent té les excel·lents característiques de convertir ràpidament l’energia elèctrica en energia mecànica. Els transductors submarins i electroacústics fabricats amb aquest material magnetostrictiu gegant s’han configurat amb èxit en equips navals, parlants de detecció del pou de petroli, sistemes de control de soroll i vibracions i sistemes d’exploració oceànica i sistemes de comunicació subterrània. Per tant, tan aviat com va néixer el material magnetostrictiu gegant del ferro de Terbium Disprosium, va rebre una atenció generalitzada de països industrialitzats de tot el món. Les tecnologies de vora dels Estats Units van començar a produir materials magnetostrictius gegants del ferro de Terbium Disprosium el 1989 i els van nomenar Terfenol D. Posteriorment, Suècia, Japó, Rússia, Regne Unit i Austràlia també van desenvolupar materials magnetostrictius gegants de ferro de terbi.
De la història del desenvolupament d’aquest material als Estats Units, tant la invenció del material com les seves primeres aplicacions monopolistes estan directament relacionades amb la indústria militar (com la marina). Tot i que els departaments militars i de defensa de la Xina reforcen gradualment la comprensió d’aquest material. No obstant això, després que la potència nacional integral de la Xina hagi augmentat significativament, els requisits per realitzar l'estratègia competitiva militar al segle XXI i millorar el nivell d'equipament seran molt urgents. Per tant, l’ús generalitzat de materials magnetostrictius gegants del ferro de Terbium disprosi per part dels departaments de defensa militar i nacional serà una necessitat històrica.
En resum, les moltes propietats excel·lents de Terbium la converteixen en un membre indispensable de molts materials funcionals i una posició insubstituïble en alguns camps d’aplicació. Tot i això, a causa de l’elevat preu de Terbium, la gent ha estat estudiant com evitar i minimitzar l’ús de Terbium per tal de reduir els costos de producció. Per exemple, els materials magneto-òptics de terra rara també han d’utilitzar cobalt de ferro de baix cost de baix cost o cobalt de terbi de gadolinium al màxim possible; Proveu de reduir el contingut de Terbium en la pols fluorescent verda que s'ha d'utilitzar. El preu s’ha convertit en un factor important que restringeix l’ús generalitzat de Terbium. Però molts materials funcionals no poden prescindir -ne, per la qual cosa hem d’adherir -nos al principi de “utilitzar un bon acer a la fulla” i intentar estalviar l’ús del terbium el màxim possible.
Posada de temps: Jul-05-2023