Terbiopertenece a la categoría de pesadotierras raras, con una baja abundancia en la corteza terrestre a solo 1.1 ppm. El óxido de terbio representa menos del 0.01% del total de tierras raras. Incluso en el alto tipo de tierra rara de iones de iones de itrio con el contenido más alto de Terbium, el contenido de Terbium solo representa el 1.1-1.2% del total de tierras raras, lo que indica que pertenece a la categoría "noble" de elementos de tierras raras. Durante más de 100 años desde el descubrimiento de Terbium en 1843, su escasez y valor han impedido su aplicación práctica durante mucho tiempo. Es solo en los últimos 30 años que Terbium ha demostrado su talento único。
Descubriendo la historia
El químico sueco Carl Gustaf Mosander descubrió Terbium en 1843. Encontró sus impurezas enÓxido de Ytrio (iii)yY2O3. Ytrio lleva el nombre del pueblo de Ytterby en Suecia. Antes de la aparición de la tecnología de intercambio iónico, Terbium no estaba aislado en su forma pura.
Mosant primero dividió el óxido de óxido de itrio (III) en tres partes, todas llamadas por minerales: óxido de itrio (iii),Erbium (iii) óxidoy óxido de terbio. El óxido de terbio estaba originalmente compuesto por una parte rosa, debido al elemento ahora conocido como Erbium. "Erbium (III) óxido" (incluido lo que ahora llamamos Terbium) fue originalmente la parte esencialmente incolora de la solución. El óxido insoluble de este elemento se considera marrón.
Los trabajadores posteriores difícilmente pudieron observar el pequeño incoloro "Erbium (III) óxido", pero la parte rosa soluble no se pudo ignorar. Los debates sobre la existencia de óxido Erbium (III) han surgido repetidamente. En el caos, el nombre original se invirtió y el intercambio de nombres se atascó, por lo que la parte rosada finalmente se mencionó como una solución que contenía Erbium (en la solución, era rosa). Ahora se cree que los trabajadores que usan bisulfato de sodio o sulfato de potasio tomanÓxido de cerio (iv)Fuera del óxido de itrio (III) y involuntariamente convierte el terbio en un sedimento que contiene cerio. Solo alrededor del 1% del óxido original de ITrio (III), ahora conocido como "Terbium", es suficiente para pasar un color amarillento al óxido de Ytrio (III). Por lo tanto, Terbium es un componente secundario que lo contenía inicialmente, y está controlado por sus vecinos inmediatos, gadolinio y disprosio.
Posteriormente, cada vez que se separaban otros elementos de tierras raras de esta mezcla, independientemente de la proporción del óxido, el nombre de Terbium se retuvo hasta que finalmente, el óxido marrón del terbio se obtuvo en forma pura. Los investigadores en el siglo XIX no usaron tecnología de fluorescencia ultravioleta para observar nódulos de color amarillo o verde brillante (III), lo que facilita que Terbium sea reconocido en mezclas o soluciones sólidas.
Configuración de electrones
Configuración de electrones:
1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D10 4P6 5S2 4D10 5P6 6S2 4F9
La configuración electrónica de Terbium es [XE] 6S24F9. Normalmente, solo se pueden eliminar tres electrones antes de que la carga nuclear se vuelva demasiado grande para ser ionizado adicional, pero en el caso de Terbium, el terbio semi relleno permite que el cuarto electrón se ionice en presencia de oxidantes muy fuertes como el gas fluorino.
Terbium es un metal de tierra rara blanca plateada con ductilidad, dureza y suavidad que se pueden cortar con un cuchillo. Punto de fusión 1360 ℃, punto de ebullición 3123 ℃, densidad 8229 4kg/m3. En comparación con el lantánido temprano, es relativamente estable en el aire. Como el noveno elemento de lantánido, Terbium es un metal con electricidad fuerte. Reacciona con agua para formar hidrógeno.
En la naturaleza, nunca se ha encontrado que Terbium sea un elemento libre, una pequeña cantidad de la cual existe en la arena y gadolinita de fosfocerio torio. Terbium coexiste con otros elementos de tierras raras en la arena de monazita, con un contenido de terbio generalmente 0.03%. Otras fuentes son minerales de oro raros xenotime y negros, los cuales son mezclas de óxidos y contienen hasta al 1% de terbio.
Solicitud
La aplicación de Terbium involucra principalmente campos de alta tecnología, que son proyectos de vanguardia intensivos en tecnología e intensivos en conocimiento, así como proyectos con importantes beneficios económicos, con atractivas perspectivas de desarrollo.
Las principales áreas de aplicación incluyen:
(1) Utilizado en forma de tierras raras mixtas. Por ejemplo, se usa como un fertilizante compuesto de tierras raras y un aditivo de alimentación para la agricultura.
(2) Activador para polvo verde en tres polvos fluorescentes primarios. Los materiales optoelectrónicos modernos requieren el uso de tres colores básicos de fósforos, a saber, rojo, verde y azul, que se pueden usar para sintetizar varios colores. Y Terbium es un componente indispensable en muchos polvos fluorescentes verdes de alta calidad.
(3) utilizado como material de almacenamiento óptico magneto. Se han utilizado películas delgadas de aleación de metal de transición de terbio de metal amorfo para fabricar discos magneto-ópticos de alto rendimiento.
(4) Vidrio óptico magneto de fabricación. El vidrio rotatorio de Faraday que contiene terbio es un material clave para la fabricación de rotadores, aisladores y circuladores en la tecnología láser.
(5) El desarrollo y el desarrollo de la aleación ferromagnetectrictiva del disprosio de Terbium (terfenol) ha abierto nuevas aplicaciones para Terbium.
Para agricultura y cría de animales
El terbio de tierras raras puede mejorar la calidad de los cultivos y aumentar la tasa de fotosíntesis dentro de un cierto rango de concentración. Los complejos de terbio tienen una alta actividad biológica. Los complejos ternarios de Terbium, TB (ALA) 3Benim (CLO4) 3 · 3H2O, tienen buenos efectos antibacterianos y bactericidas sobre Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis y Escherichia coli. Tienen un amplio espectro antibacteriano. El estudio de tales complejos proporciona una nueva dirección de investigación para las drogas bactericidas modernas.
Utilizado en el campo de la luminiscencia
Los materiales optoelectrónicos modernos requieren el uso de tres colores básicos de fósforos, a saber, rojo, verde y azul, que se pueden usar para sintetizar varios colores. Y Terbium es un componente indispensable en muchos polvos fluorescentes verdes de alta calidad. Si el nacimiento del polvo fluorescente rojo de TV de color raro ha estimulado la demanda de ittrium y europium, entonces la aplicación y el desarrollo de Terbium han sido promovidos por el polvo fluorescente verde de color raro tierras de color raro para las lámparas. A principios de la década de 1980, Philips inventó la primera lámpara fluorescente de ahorro de energía compacta del mundo y la promovió rápidamente a nivel mundial. Los iones Tb3+pueden emitir luz verde con una longitud de onda de 545 nm, y casi todos los fósforos verdes de tierras raras usan terbio como activador.
El fosfor verde para el tubo de rayos de catódigo de TV en color (CRT) siempre se ha basado en el sulfuro de zinc, que es barato y eficiente, pero el polvo de Terbium siempre se ha utilizado como el fósforo verde para la televisión en color de proyección, incluido Y2SIO5 ∶ TB3+, Y3 (AL, GA) 5O12 ∶ TB3+y LAOBR ∶ TB3+. Con el desarrollo de televisión de alta definición de pantalla grande (HDTV), también se están desarrollando polvos fluorescentes verdes de alto rendimiento para CRT. Por ejemplo, se ha desarrollado un polvo fluorescente verde híbrido en el extranjero, que consiste en Y3 (Al, GA) 5O12: TB3+, LAOCL: TB3+e Y2SIO5: TB3+, que tienen una excelente eficiencia de luminiscencia a alta densidad de corriente.
El polvo fluorescente tradicional de rayos X es el tungstate de calcio. En las décadas de 1970 y 1980, se desarrollaron fósforos de tierras raras para pantallas intensificadoras, como el óxido de lantano de azufre activado por terbio, óxido de lantano de bromo activado por terbio (para pantallas verdes), las pantallas verdes), el tiempo de azufre activado por terbio (III), etc. Comparado con el calculador de calcio, la timbre de la tierra rara puede reducir el polvo de la fluores de la tierra de los fluores de la fluores de la introducción de la fluores raras de la intademia de la algusedina de la rayas del intraidio de la intadiateo de la alguste x-ray de la intadiatización de la intraidación de la timbre de la tierra rara, el tiempo de la intademia de la intadiatización de la timbre de la tierra rara. 80%, mejorar la resolución de las películas de rayos X, extender la vida útil de los tubos de rayos X y reducir el consumo de energía. Terbium también se usa como activador de polvo fluorescente para pantallas de mejora de rayos X médicos, lo que puede mejorar en gran medida la sensibilidad de la conversión de rayos X en imágenes ópticas, mejorar la claridad de las películas de rayos X y reducir en gran medida la dosis de exposición de los rayos X al cuerpo humano (en más del 50%).
Terbium también se usa como activador en el fósforo LED blanco excitado por la luz azul para la nueva iluminación de semiconductores. Se puede usar para producir fósforos de cristal magneto -óptico de aluminio terbio, utilizando diodos emisores de luz azul como fuentes de luz de excitación, y la fluorescencia generada se mezcla con la luz de excitación para producir luz blanca pura.
Los materiales electroluminiscentes hechos de terbio incluyen principalmente fósforo verde de sulfuro de zinc con terbio como activador. Bajo irradiación ultravioleta, los complejos orgánicos de Terbium pueden emitir una fuerte fluorescencia verde y pueden usarse como materiales electroluminiscentes de película delgada. Aunque se han realizado un progreso significativo en el estudio de películas delgadas electroluminiscentes de complejo orgánico de tierras raras, todavía hay una cierta brecha de la practicidad, y la investigación sobre películas y dispositivos delgados electroluminiscentes de complejo orgánico de tierras raras aún está en profundidad.
Las características de fluorescencia del terbio también se utilizan como sondas de fluorescencia. For example, Ofloxacin terbium (Tb3+) fluorescence probe was used to study the interaction between Ofloxacin terbium (Tb3+) complex and DNA (DNA) by fluorescence spectrum and absorption spectrum, indicating that Ofloxacin Tb3+probe can form a groove binding with DNA molecules, and DNA can significantly enhance the fluorescence of Ofloxacin Sistema TB3+. Según este cambio, se puede determinar el ADN.
Para materiales ópticos magneto
Los materiales con efecto Faraday, también conocidos como materiales magneto-ópticos, se usan ampliamente en láseres y otros dispositivos ópticos. Hay dos tipos comunes de materiales ópticos magneto: cristales ópticos magneto y vidrio óptico magneto. Entre ellos, los cristales magneto-ópticos (como el granate de hierro Yttrium y el granate de galio Terbium) tienen las ventajas de la frecuencia de operación ajustable y la alta estabilidad térmica, pero son caros y difíciles de fabricar. Además, muchos cristales magnetoópticos con un ángulo de rotación de Faraday alto tienen una alta absorción en el rango de onda corta, lo que limita su uso. En comparación con los cristales ópticos magneto, el vidrio óptico magneto tiene la ventaja de una alta transmitancia y es fácil de convertir en bloques o fibras grandes. En la actualidad, las gafas magnetoópticas con un alto efecto Faraday son principalmente gafas de iones de tierras raras.
Utilizado para materiales de almacenamiento óptico magneto
En los últimos años, con el rápido desarrollo de multimedia y automatización de oficinas, la demanda de nuevos discos magnéticos de alta capacidad ha aumentado. Se han utilizado películas de aleación de metal de transición de terbio de metal amorfo para fabricar discos magneto-ópticos de alto rendimiento. Entre ellos, la película delgada TBFECO Aloy tiene la mejor actuación. Se han producido materiales magneto-ópticos a base de terbio a gran escala, y los discos magneto-ópticos hechos de ellos se utilizan como componentes de almacenamiento de computadora, con capacidad de almacenamiento aumentada en 10-15 veces. Tienen las ventajas de gran capacidad y velocidad de acceso rápida, y pueden limpiarse y recubrir decenas de miles de veces cuando se usan para discos ópticos de alta densidad. Son materiales importantes en la tecnología de almacenamiento de información electrónica. El material magneto-óptico más utilizado en las bandas visibles e infrarrojas cercanas es el cristal único de granate de Gallium (TGG) de Terbium, que es el mejor material magnetoóptico para hacer rotadores y aisladores de Faraday.
Para vidrio óptico magneto
El vidrio óptico magneto de Faraday tiene buena transparencia e isotropía en las regiones visibles e infrarrojas, y puede formar varias formas complejas. Es fácil producir productos de gran tamaño y se puede dibujar en fibras ópticas. Por lo tanto, tiene amplias perspectivas de aplicación en dispositivos ópticos magneto como aisladores ópticos magneto, moduladores ópticos magneto y sensores de corriente óptica de fibra. Debido a su gran momento magnético y un pequeño coeficiente de absorción en el rango visible e infrarrojo, los iones Tb3+se han utilizado comúnmente en los iones de tierras raras en las gafas ópticas magneto.
Aleación ferromagnetectrictiva de disprosio terbium
A finales del siglo XX, con la profundización de la revolución científica y tecnológica mundial, los nuevos materiales aplicados de tierras raras están surgiendo rápidamente. En 1984, la Universidad Estatal de Iowa de los Estados Unidos, Laboratorio de AMES del Departamento de Energía de los Estados Unidos de los Estados Unidos y el Centro de Investigación de Armas Surface de la Marina de los EE. UU. (El personal principal de la compañía de tecnología American Edge de Edge (ET REMA) posterior desarrolló conjuntamente un nuevo material inteligente de tierras raras, a saber, material magnetostrictivo gigante de hierro para el dispersio de Terbium Material. Este nuevo material inteligente tiene las excelentes características de convertir rápidamente la energía eléctrica en energía mecánica. Los transductores submarinos y electroacústicos hechos de este material magnetoestrictivo gigante se han configurado con éxito en equipos navales, altavoces de detección de pozos de petróleo, sistemas de control de ruido y vibración, y sistemas de exploración y comunicación subterránea de océano. Por lo tanto, tan pronto como nació el material magnetoestrictivo gigante de hierro de Terbium, recibió una atención generalizada de los países industrializados de todo el mundo. Las tecnologías de borde en los Estados Unidos comenzaron a producir materiales magnetostrictivos gigantes de hierro de hierro de Terbium en 1989 y los nombraron terfenol D. Posteriormente, Suecia, Japón, Rusia, el Reino Unido y Australia también desarrollaron materiales magnetostrictivos gigantes de hierro de hierro de hierro de Terbium.
A partir de la historia del desarrollo de este material en los Estados Unidos, tanto la invención del material como sus primeras aplicaciones monopolísticas están directamente relacionadas con la industria militar (como la Marina). Aunque los departamentos militares y de defensa de China están fortaleciendo gradualmente su comprensión de este material. Sin embargo, después de que el poder nacional integral de China ha aumentado significativamente, los requisitos para realizar la estrategia competitiva militar en el siglo XXI y mejorar el nivel de equipo ciertamente serán muy urgentes. Por lo tanto, el uso generalizado de los materiales magnetostrictivos gigantes de hierro de Terbium Disprosium por los departamentos de defensa militar y nacional será una necesidad histórica.
En resumen, las muchas propiedades excelentes de Terbium lo convierten en un miembro indispensable de muchos materiales funcionales y una posición insustituible en algunos campos de aplicación. Sin embargo, debido al alto precio de Terbium, las personas han estado estudiando cómo evitar y minimizar el uso de Terbium para reducir los costos de producción. Por ejemplo, los materiales magneto-ópticos de tierras raras también deberían usar recoal de hierro de bajo costo de hierro o cobalto de terbio gadolinio tanto como sea posible; Intente reducir el contenido de terbio en el polvo fluorescente verde que debe usarse. El precio se ha convertido en un factor importante que restringe el uso generalizado de Terbium. Pero muchos materiales funcionales no pueden prescindir de él, por lo que tenemos que adherirnos al principio de "usar buen acero en la cuchilla" e intentar guardar el uso de Terbium tanto como sea posible.
Tiempo de publicación: Jul-05-2023