Terbiopertenece a la categoría de tierras raras pesadas, con una baja abundancia en la corteza terrestre a solo 1.1 ppm.Óxido de terbiorepresenta menos del 0.01% del total de tierras raras. Incluso en el alto tipo de iones de iones de ión en el mineral de tierras raras pesadas con el mayor contenido de Terbium, el contenido de Terbium solo representa 1.1-1.2% del totaltierra rara, indicando que pertenece a la categoría "noble" detierra raraelementos. 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 queterbioha demostrado su talento único.
Descubriendo la historia
El químico sueco Carl Gustaf Mosander descubrió Terbium en 1843. Descubrió sus impurezas enóxido de ytrioyY2O3. Itriolleva el nombre del pueblo de Itby en Suecia. Antes de la aparición de la tecnología de intercambio iónico, Terbium no estaba aislado en su forma pura.
Mossandand primero divididoóxido de ytrioen tres partes, todos nombrados de minerales:óxido de ytrio, óxido de erbio, yóxido de terbio. Óxido de terbiooriginalmente estaba compuesto por una parte rosa, debido al elemento ahora conocido comoerbio. Óxido de erbio(incluido lo que ahora llamamos Terbium) fue originalmente una parte incolora en la solución. El óxido insoluble de este elemento se considera marrón.
Los trabajadores posteriores les resultó difícil observar a la pequeña incolora "óxido de erbio“, Pero la parte rosa soluble no puede ser ignorada. El debate sobre la existencia deóxido de erbioha 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 disulfuro de sodio o sulfato de potasio para eliminar el dióxido de cerio deóxido de ytriogiro involuntarioterbioen cerio que contiene precipitados. Actualmente conocido como 'terbio', solo alrededor del 1% del originalóxido de ytrioestá presente, pero esto es suficiente para transmitir un color amarillo claro aóxido de ytrio. Por lo tanto,terbioes un componente secundario que lo contenía inicialmente, y está controlado por sus vecinos inmediatos,gadolinioydisposio.
Después, siempre que otrotierra raraLos elementos se separaron de esta mezcla, independientemente de la proporción del óxido, el nombre de Terbium se retuvo hasta que finalmente, el óxido marrón deterbiose 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
Diseño electrónico:
1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D10 4P6 5S2 4D10 5P6 6S2 4F9
La disposición electrónica deterbioes [xe] 6S24F9. Normalmente, solo se pueden eliminar tres electrones antes de que la carga nuclear se vuelva demasiado grande para ser más ionizada. Sin embargo, en el caso deterbio, el semi llenoterbioPermite una mayor ionización del cuarto electrón en presencia de un oxidante muy fuerte como el gas flúor.
Metal
Terbioes un metal de tierra rara blanca plateada con ductilidad, dureza y suavidad que se puede cortar con un cuchillo. Punto de fusión 1360 ℃, punto de ebullición 3123 ℃, densidad 8229 4kg/m3. En comparación con los primeros elementos de lantánidos, es relativamente estable en el aire. El noveno elemento de los elementos de lantánidos, Terbium, es un metal altamente cargado que reacciona con agua para formar gas de hidrógeno.
En la naturaleza,terbioNunca se ha encontrado que sea un elemento libre, presente en pequeñas cantidades en arena de torio de cerio de fósforo y mineral de silicio de berilio.TerbioCoexiste con otros elementos de tierras raras en la arena de monazita, con un contenido de terbio generalmente 0.03%. Otras fuentes incluyen el fosfato de itrio y el oro de tierras raras, las cuales son mezclas de óxidos que contienen hasta al 1% de terbio.
Solicitud
La aplicación deterbioLa mayoría de los cuales implican campos de alta tecnología, que son proyectos intensivos en tecnología y de vanguardia 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. Yterbioes 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 metal de metal amorfo para fabricar discos ópticos magneto 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
Tierra raraterbiopuede mejorar la calidad de los cultivos y aumentar la tasa de fotosíntesis dentro de un cierto rango de concentración. Los complejos de Terbium tienen una alta actividad biológica, y los complejos ternarios deterbio, TB (ALA) 3Benim (CLO4) 3-3H2O, tienen buenos efectos antibacterianos y bactericidas sobre Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis y Escherichia coli, con propiedades antibacterianas de amplio espectro. El estudio de estos 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 color de tierras raras TV, el polvo fluorescente rojo ha estimulado la demanda deitrioyEuropioLuego, la aplicación y el desarrollo de Terbium han sido promovidos por el polvo fluorescente verde de tres colores verdes de color raro para 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 polvos fluorescentes verdes de tierras rarasterbio, como activador.
El polvo fluorescente verde utilizado para los tubos de rayos de cátodo de TV en color (CRT) siempre se ha basado principalmente en sulfuro de zinc barato y eficiente, pero el polvo de Terbium siempre se ha utilizado como polvo verde de TV de proyección, como 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 polvos fluorescentes de tierras raras para pantallas de sensibilización, comoterbio, óxido de sulfuro de lantano activado, óxido de bromuro de lantano activado por terbio (para pantallas verdes) y óxido de sulfuro de itrio activado por terbio. En comparación con el tungstate de calcio, el polvo fluorescente de tierras raras puede reducir el tiempo de irradiación de rayos X para los pacientes en un 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%).
TerbioTambién 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, usando 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 polvo fluorescente verde de sulfuro de zinc conterbiocomo el 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 detierra raraLas películas delgadas electroluminiscentes complejas orgánicas, todavía hay una cierta brecha de la practicidad, y la investigación sobre las 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. La interacción entre el complejo de ofloxacina terbio (Tb3+) y el ácido desoxirribonucleico (ADN) se estudió utilizando espectros de fluorescencia y absorción, como la sonda de fluorescencia de la ofloxacina terbio (TB3+). Los resultados mostraron que la sonda de Ofloxacina Tb3+puede formar una ranura de unión con moléculas de ADN, y el ácido desoxirribonucleico puede mejorar significativamente la fluorescencia del sistema de Ofloxacina Tb3+. Según este cambio, se puede determinar el ácido desoxirribonucleico.
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 ángulos de rotación de Faraday altos 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 delgadas de aleación de metal de transición de metal de metal amorfo para fabricar discos ópticos magneto 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 continua profundización de la revolución tecnológica mundial, los nuevos materiales de aplicación de tierras raras estaban surgiendo rápidamente. En 1984, la Universidad Estatal de Iowa, el Laboratorio AMES del Departamento de Energía de los EE. UU. Y el Centro de Investigación de Armas Surful de la Marina de los EE. UU. (Desde el cual llegó el personal principal de la Corporación de Tecnología Edge de Edge (ET REMA) posterior) colaboró para desarrollar un nuevo material inteligente de tierras raras, a saber, material magnetoestrictivo ferromagnético de Terbium disprosio. Este nuevo material inteligente tiene 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, con la mejora significativa de la fuerza nacional integral de China, la demanda de lograr una estrategia competitiva militar del siglo XXI y mejorar los niveles de equipo definitivamente será muy urgente. 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 excelentes propiedades deterbioConviértalo 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 deben usar bajo costohierro de disprosiocobalto o gadolinio terbio cobalto 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 deterbio. 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 deterbiotodo lo posible.
Tiempo de publicación: Oct-25-2023