Terbiumpertany a la categoria de terres rares pesades, amb una baixa abundància a l'escorça terrestre a només 1,1 ppm.L’òxid de terbirepresenta menys del 0,01% del total de terres rares. Fins i tot en el mineral de terres rares de tipus yttrium alt amb el contingut més alt de Terbium, el contingut de Terbium només representa l’1,1-1,2% del totalterra rara, indicant que pertany a la categoria "noble" deterra raraelements. 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 anysterbiumha mostrat el seu talent únic.
Descobrir la història
El químic suec Carl Gustaf Mosander va descobrir Terbium el 1843. Va descobrir les seves impureses aòxid de yttriumiY2o3. YttriumTé el nom del poble d'Itby a Suècia. Abans de l’aparició de la tecnologia d’intercanvi d’ions, Terbium no es va aïllar en la seva forma pura.
Mossander es va dividir per primera vegadaòxid de yttriumen tres parts, totes anomenades After Ores:òxid de yttrium, L’òxid d’erbium, iL’òxid de terbi. L’òxid de terbies componia originalment per una part rosa, a causa de l'element ara conegut com aerbium. L’òxid d’erbium(inclòs el que ara anomenem Terbium) era originalment una part incolora en la solució. L’òxid insoluble d’aquest element es considera marró.
Els treballadors posteriors van trobar difícil observar minúsculs incolors "L’òxid d’erbium", Però la part rosa soluble no es pot ignorar. El debat sobre l'existència deL’òxid d’erbiumha 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 disulfur de sodi o sulfat de potassi per eliminar el diòxid de ceriòxid de yttriumgir involuntàriamentterbiumen ceri que conté precipitats. Actualment conegut com 'terbium', Només aproximadament l'1% de l'originalòxid de yttriumestà present, però això és suficient per transmetre un color groc clar aòxid de yttrium. Per tant,terbiumés un component secundari que el contenia inicialment i està controlat pels seus veïns immediats,gadoliniumidisprosium.
Després, sempre que sigui un altreterra raraEls elements es van separar d'aquesta barreja, independentment de la proporció de l'òxid, es va conservar el nom de Terbium fins que finalment, l'òxid marró deterbiumes va obtenir en 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
Disposició electrònica:
1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D10 4P6 5S2 4D10 5P6 6S2 4F9
La disposició electrònica deterbiumés [xe] 6S24F9. Normalment, només es poden eliminar tres electrons abans que la càrrega nuclear es faci massa gran per ser ionitzada. Tanmateix, en el cas deterbium, el semi pleterbiumPermet una ionització posterior del quart electró en presència d’un oxidant molt fort com el gas fluor.
Metal
Terbiumés 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 els primers elements de lantànids, és relativament estable a l’aire. El novè element dels elements de lantànids, Terbium, és un metall molt carregat que reacciona amb l’aigua per formar gas d’hidrogen.
A la natura,terbiumMai no s'ha trobat que és un element lliure, present en petites quantitats en sorra de tori de ceri de fòsfor i mineral de ittrium de silici.TerbiumCoexisteix amb altres elements de terra rara en sorra de Monazita, amb un contingut generalment del 0,03% de Terbium. Altres fonts inclouen el fosfat de Yttrium i l'or de la terra rara, ambdues barreges d'òxids que contenen fins a un 1% de terbi.
Aplicació
L'aplicació deterbiumInclou sobretot camps d’alta tecnologia, que són projectes d’avantguarda intensius i intensius en tecnologia, així com projectes amb beneficis 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. Iterbiumés 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’han utilitzat per fabricar discos òptics magneto 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
Terra raraterbiumPot millorar la qualitat dels cultius i augmentar la taxa de fotosíntesi dins d’un determinat rang de concentració. Els complexos de Terbium tenen una alta activitat biològica i els complexos ternaris deterbium, TB (ALA) 3BENIM (CLO4) 3-3H2O, té bons efectes antibacterianos i bactericides sobre Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis i Escherichia coli, amb propietats antibacterianes d’ampli espectre. 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 pols de fluorescent de TV de color rara de color vermell ha estimulat la demanda deyttriumieuropiuA continuació, l’aplicació i el desenvolupament de Terbium han estat promogudes per terres rares tres en pols fluorescent verda 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 pols fluorescents de color verd raraterbium, com a activador.
La pols fluorescent verda que s’utilitza per a tubs de raigs de càtodes de televisió en color (CRTS) sempre s’ha basat principalment en sulfur de zinc barat i eficient, però la pols de Terbium sempre s’ha utilitzat com a pols de projecció TV TV en pols verda, com ara 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 pols fluorescents de terra rara per a les pantalles de sensibilitzacióterbium, va activar l’òxid de sulfur de lantà, l’òxid de bromur de lantà de Terbium (per a pantalles verdes) i l’òxid de sulfur de yttrium activat per terbium. En comparació amb el tungstat de calci, la pols fluorescent de la terra rara pot reduir el temps d’irradiació de rajos X per als pacients en un 80%, millorar la resolució de pel·lícules de rajos X, ampliar la vida útil dels tubs de raigs X i reduir 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%).
Terbiumtambé 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 elaborats a partir de terbi inclouen principalment la pols fluorescent verda de sulfur de zinc ambterbiumcom 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 avançat significatius en l’estudi deterra raraPel·lícules primes electroluminescents complexes orgàniques, encara hi ha una certa bretxa per la pràctica, i la investigació sobre pel·lícules i dispositius electroluminescents complexos de terres rares encara són en profunditat.
Les característiques de fluorescència del terbi també s’utilitzen com a sondes de fluorescència. Es va estudiar la interacció entre el complex Ofloxacin Terbium (TB3+) i l’àcid desoxiribonucleic (ADN) mitjançant espectres de fluorescència i absorció, com la sonda de fluorescència de terbi de ofloxacina (TB3+). Els resultats van mostrar que la sonda TB3+de la ofloxacina pot formar una unió a les molècules d'ADN i l'àcid desoxiribonucleic pot millorar significativament la fluorescència del sistema Ofloxacin TB3+. A partir d’aquest canvi, es pot determinar l’àcid desoxiribonucleic.
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 angles de rotació alts de Faraday tenen una gran 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 primes d’aliatge de metall de Terbium de metall amorf s’han utilitzat per fabricar discos òptics magneto 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 continu de la Revolució Tecnològica Mundial, es van produir nous materials d’aplicació de terres rares. El 1984, la Iowa State University, el laboratori d’AMES del Departament d’Energia dels Estats Units i el Centre de Recerca d’armes de Surface de la Marina dels Estats Units (del qual va venir el personal principal de la posterior establerta Technology Technology Corporation (ET REMA)) va col·laborar per desenvolupar un nou material intel·ligent de terres rares, és a dir, materials magnetostrictius de ferbium ferbium de terbi rares. Aquest nou material intel·ligent té 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, amb la important millora de la força nacional completa de la Xina, la demanda per assolir una estratègia competitiva militar del segle XXI i millorar els nivells d'equips serà definitivament molt urgent. 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 definitiva, les moltes propietats excel·lents deterbiumFes -lo 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 baix costferro de disprosiCobalt o Gadolinium terbium cobalt tant com sigui 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 deterbium. Però molts materials funcionals no poden prescindir -ne, de manera que hem d’adherir -nos al principi de “utilitzar un bon acer a la fulla” i intentar estalviar l’ús deterbiumTant com sigui possible.
Posada Posada: 25-2023 d'octubre