Terbiumaparține categoriei grelePământuri rare, cu o abundență scăzută în scoarța pământului la doar 1,1 ppm. Oxidul de terbium reprezintă mai puțin de 0,01% din totalul pământurilor rare. Chiar și în tipul de ioni de yttrium ridicat, cu cel mai mare conținut de terbium, conținutul de terbium reprezintă doar 1,1-1,2% din totalul pământului rar, ceea ce indică faptul că aparține categoriei „nobile” de elemente de pământ rare. De peste 100 de ani de la descoperirea terbiului în 1843, deficitul și valoarea sa au împiedicat aplicarea sa practică pentru o lungă perioadă de timp. Abia în ultimii 30 de ani Terbium și -a arătat talentul unic。
Descoperirea istoriei
Chimistul suedez Carl Gustaf Mosander a descoperit terbium în 1843. Și -a găsit impuritățile înOxid de yttrium (iii)şiY2O3. Yttrium poartă numele satului Ytterby din Suedia. Înainte de apariția tehnologiei de schimb de ioni, terbiul nu a fost izolat în forma sa pură.
Mosant a împărțit mai întâi oxidul de yttrium (III) în trei părți, toate numite după minereuri: yttrium (iii) oxid,Oxid erbium (iii)și oxid de terbium. Oxidul de terbium a fost compus inițial dintr -o parte roz, datorită elementului cunoscut acum sub numele de Erbium. „Erbium (III) oxid” (inclusiv ceea ce numim acum terbium) a fost inițial partea esențial incoloră în soluție. Oxidul insolubil al acestui element este considerat maro.
Mai târziu, lucrătorii au putut observa cu greu oxidul minuscul „Erbium (III)”, dar partea roz solubilă nu a putut fi ignorată. Dezbaterile despre existența oxidului Erbium (III) au apărut în mod repetat. În haos, numele inițial a fost inversat și schimbul de nume a fost blocat, astfel încât partea roz a fost menționată în cele din urmă ca o soluție care conține erbium (în soluție, a fost roz). Se crede acum că lucrătorii care folosesc bisulfat de sodiu sau sulfat de potasiu preiauOxid de ceriu (iv)din oxid de yttrium (III) și transformă neintenționat terbiul într -un sediment care conține ceriu. Doar aproximativ 1% din oxidul original de yttrium (III), acum cunoscut sub numele de „terbium”, este suficient pentru a trece o culoare gălbuie la oxidul de yttrium (III). Prin urmare, terbiul este o componentă secundară care a conținut -o inițial și este controlată de vecinii săi imediați, gadolinium și disprosiu.
După aceea, ori de câte ori alte elemente de pământ rare au fost separate de acest amestec, indiferent de proporția de oxid, numele de terbium a fost reținut până în sfârșit, oxidul brun de terbium a fost obținut sub formă pură. Cercetătorii din secolul al XIX -lea nu au folosit tehnologie de fluorescență ultravioletă pentru a observa noduli galbeni strălucitori sau verzi (III), ceea ce face mai ușor să fie recunoscut terbiul în amestecuri sau soluții solide.
Configurare electronică
Configurare electronică:
1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D10 4P6 5S2 4D10 5P6 6S2 4F9
Configurația electronilor de terbium este [XE] 6S24F9. În mod normal, doar trei electroni pot fi îndepărtați înainte ca sarcina nucleară să devină prea mare pentru a fi ionizați în continuare, dar în cazul terbiului, terbiul semi -umplut permite ca al patrulea electron să fie ionizat în prezența oxidanților foarte puternici, cum ar fi gaz fluor.
Terbiul este un metal alb argintiu rar de pământ, cu ductilitate, duritate și moale care poate fi tăiat cu un cuțit. Punctul de topire 1360 ℃, punct de fierbere 3123 ℃, densitate 8229 4kg/m3. În comparație cu lantanida timpurie, este relativ stabilă în aer. Ca al nouălea element al lantanidei, terbiul este un metal cu energie electrică puternică. Reacționează cu apa pentru a forma hidrogen.
În natură, terbiul nu s -a dovedit niciodată a fi un element liber, a cărui cantitate mică există în nisip de toriu fosfocerium și gadolinit. Terbium coexistă cu alte elemente de pământ rare în nisipul monazit, cu un conținut de terbium în general de 0,03%. Alte surse sunt xenoTime și minereuri de aur rare negre, ambele fiind amestecuri de oxizi și conțin până la 1% terbium.
Aplicație
Aplicarea terbiumului implică în mare parte domenii de înaltă tehnologie, care sunt proiecte de ultimă oră intensă de tehnologie și de cunoștințe, precum și proiecte cu beneficii economice semnificative, cu perspective atractive de dezvoltare.
Principalele domenii de aplicare includ:
(1) utilizat sub formă de pământ mixt rar. De exemplu, este utilizat ca îngrășământ rar compus de pământ și aditiv pentru agricultură.
(2) Activator pentru pulbere verde în trei pulberi fluorescente primare. Materialele optoelectronice moderne necesită utilizarea a trei culori de bază de fosfori, și anume roșu, verde și albastru, care pot fi utilizate pentru a sintetiza diverse culori. Iar terbiul este o componentă indispensabilă în multe pulberi fluorescente verzi de înaltă calitate.
(3) utilizat ca material de stocare optică Magneto. Au fost utilizate filme subțiri din aliaj de metal cu terbiu amorf terbium metalic pentru fabricarea discurilor magneto-optice de înaltă performanță.
(4) Fabricarea sticlei optice Magneto. Sticla rotativă Faraday care conține terbium este un material cheie pentru producția de rotatori, izolatori și circulatori în tehnologia laserului.
(5) Dezvoltarea și dezvoltarea aliajului de ferromagnetostrictiv al terbiului (Terfenol) a deschis noi aplicații pentru terbium.
Pentru agricultură și creșterea animalelor
Terbiul de pământ rar poate îmbunătăți calitatea culturilor și poate crește rata de fotosinteză într -un anumit interval de concentrație. Complexele de terbium au o activitate biologică ridicată. Complexele ternare de terbium, TB (ALA) 3BENIM (CLO4) 3 · 3H2O, au efecte antibacteriene și bactericide bune asupra Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis și Escherichia coli. Au spectru antibacterian larg. Studiul unor astfel de complexe oferă o nouă direcție de cercetare pentru medicamentele bactericide moderne.
Utilizat în domeniul luminescenței
Materialele optoelectronice moderne necesită utilizarea a trei culori de bază de fosfori, și anume roșu, verde și albastru, care pot fi utilizate pentru a sintetiza diverse culori. Iar terbiul este o componentă indispensabilă în multe pulberi fluorescente verzi de înaltă calitate. Dacă nașterea rarelor color de pământ tv pulbere fluorescentă roșie a stimulat cererea de yttrium și europium, atunci aplicarea și dezvoltarea terbiumului au fost promovate de rare Earth Three Color Primar Prime Fluorescent pulbere fluorescentă pentru lămpi. La începutul anilor 1980, Philips a inventat prima lampă fluorescentă de economisire a energiei compacte din lume și a promovat-o rapid la nivel global. Ionii TB3+pot emite lumină verde cu o lungime de undă de 545 nm și aproape toate rarele fosfori verzi de pământ folosesc terbium ca activator.
Fosforul verde pentru color TV catod Ray Tube (CRT) s -a bazat întotdeauna pe sulfura de zinc, care este ieftină și eficientă, dar pulberea de terbium a fost întotdeauna folosită ca fosfor verde pentru proiecția color TV, inclusiv Y2SIO5 ∶ TB3+, Y3 (AL, GA) 5O12 ∶ TB3+și LaOBR ∶ TB3+. Odată cu dezvoltarea de televiziune de înaltă definiție cu ecran mare (HDTV), sunt dezvoltate și pulberi fluorescente verzi de înaltă performanță pentru CRT-uri. De exemplu, a fost dezvoltată o pulbere fluorescentă verde hibridă în străinătate, formată din Y3 (AL, GA) 5O12: TB3+, LAOCL: TB3+și Y2SIO5: TB3+, care au o eficiență excelentă a luminiscenței la densitate mare de curent.
Pulberea fluorescentă cu raze X tradiționale este Tungstatul de calciu. În anii ’70 -’80, s-au dezvoltat fosfori rari de pământ pentru ecrane de intensificare, cum ar fi oxidul de lanthanum activ activat de terbium, oxidul de brom lanthanum activat cu terbium (pentru ecrane verzi), oxidul de yttrium de sulf activ activat de terbium (III), etc. în comparație cu tungstate de calciu, rar de praf fluorescent de pământ, care poate reduce timpul timpului 80%, îmbunătățiți rezoluția filmelor cu raze X, extindeți durata de viață a tuburilor cu raze X și reduceți consumul de energie. Terbiul este, de asemenea, utilizat ca activator fluorescent de pulbere pentru ecranele de îmbunătățire a razelor X medicale, ceea ce poate îmbunătăți considerabil sensibilitatea conversiei cu raze X în imagini optice, îmbunătățesc claritatea filmelor cu raze X și reduce considerabil doza de expunere a razelor X la corpul uman (cu mai mult de 50%).
Terbiul este, de asemenea, utilizat ca activator în fosforul LED alb excitat de lumina albastră pentru iluminarea semiconductorului nou. Poate fi utilizat pentru a produce fosfori de cristal optic din aluminiu de terbium, folosind diode care emit lumină albastră ca surse de lumină de excitație, iar fluorescența generată este amestecată cu lumina de excitație pentru a produce lumină albă pură.
Materialele electroluminescente din terbium includ în principal fosforul verde cu sulfură de zinc cu terbium ca activator. În cadrul iradierii ultraviolete, complexele organice de terbium pot emite fluorescență verde puternică și pot fi utilizate ca materiale electroluminescente cu film subțire. Deși s -au înregistrat progrese semnificative în studiul filmelor subțiri electroluminescente complexe organice de pământ rare, există încă un anumit decalaj din practicitatea, iar cercetarea asupra filmelor și dispozitivelor electroluminescente ale complexului organic rar de pământ este încă în profunzime.
Caracteristicile de fluorescență ale terbiului sunt, de asemenea, utilizate ca sonde de fluorescență. De exemplu, s -a utilizat o sondă de fluorescență ofloxacin terbium (Tb3+) pentru a studia interacțiunea dintre complexul de terbium ofloxacin (Tb3+) și ADN (ADN) prin spectru de fluorescență și spectru de absorbție, ceea ce indică faptul că Ofloxacin Tb3+sonde poate forma o legătură cu moleculele ADN de ADN, iar ADN -ul poate îmbunătăți semnificativ fluoresul cu ADN -ul de ADN, iar ADN -ul poate îmbunătăți semnificativ fluoresul cu ADN -ul de ADN, iar ADN -ul poate îmbunătăți semnificativ fluoresul cu ADN -ul de ADN, iar ADN -ul poate îmbunătăți semnificativ fluoresul cu ADN -ul ADN -ului Sistem TB3+. Pe baza acestei modificări, ADN -ul poate fi determinat.
Pentru materiale optice magneto
Materialele cu efect Faraday, cunoscute și sub denumirea de materiale magneto-optice, sunt utilizate pe scară largă în lasere și alte dispozitive optice. Există două tipuri comune de materiale optice magneto: cristale optice magneto și sticlă optică magneto. Printre ele, cristalele magneto-optice (cum ar fi granatul de fier Yttrium și granatul de galiu de terbium) au avantajele frecvenței de funcționare reglabile și a stabilității termice ridicate, dar sunt costisitoare și dificil de fabricat. În plus, multe cristale magneto-optice cu un unghi de rotație Faraday ridicat au o absorbție ridicată în intervalul de undă scurtă, ceea ce limitează utilizarea acestora. În comparație cu cristalele optice Magneto, sticla optică cu magneto are avantajul unei transmisii ridicate și este ușor de făcut în blocuri sau fibre mari. În prezent, paharele magneto-optice cu efect Faraday ridicat sunt în principal ochelari dopați cu ioni de pământ rar.
Utilizate pentru materiale de stocare optică Magneto
În ultimii ani, odată cu dezvoltarea rapidă a automatizării multimedia și a birourilor, cererea de noi discuri magnetice de mare capacitate a crescut. Filmele din aliaj de metal de tranziție metalică amorfă au fost utilizate pentru a produce discuri magneto-optice de înaltă performanță. Printre ei, filmul subțire aliaj TBFECO are cea mai bună performanță. Materiale magneto-optice pe bază de terbium au fost produse la scară largă, iar discurile magneto-optice realizate din ele sunt utilizate ca componente de stocare a computerului, cu capacitatea de stocare crescută de 10-15 ori. Acestea au avantajele unei capacități mari și a vitezei de acces rapid și pot fi șterse și acoperite de zeci de mii de ori atunci când sunt utilizate pentru discuri optice de înaltă densitate. Sunt materiale importante în tehnologia electronică de stocare a informațiilor. Cel mai des utilizat material magneto-optic în benzile vizibile și aproape infraroșu este un singur cristal de granat de galiu terbium (TGG), care este cel mai bun material magneto-optic pentru a face rotatori și izolatoare Faraday.
Pentru sticlă optică Magneto
Faraday Magneto Optical Sticla are o transparență bună și izotropie în regiunile vizibile și cu infraroșu și poate forma diverse forme complexe. Este ușor să produceți produse de dimensiuni mari și poate fi atras în fibre optice. Prin urmare, are perspective largi de aplicare în dispozitive optice magneto, cum ar fi izolatoare optice magneto, modulatoare optice magneto și senzori de curent cu fibră optică. Datorită momentului său magnetic mare și a coeficientului de absorbție mic în intervalul vizibil și infraroșu, ionii TB3+au devenit în mod obișnuit ioni rari de pământ în paharele optice magneto.
Aliaj de ferromagnostrictiv de terbium disprosium
La sfârșitul secolului XX, odată cu aprofundarea revoluției științifice și tehnologice mondiale, noi materiale rare aplicate pe pământ apar rapid. În 1984, Universitatea de Stat din Iowa din Statele Unite, Laboratorul AMES al Departamentului de Energie al Statelor Unite din Statele Unite și al Centrului de Cercetare a Armelor de suprafață a Marinei SUA (personalul principal al companiei American Edge Technology, ulterior înființată (ET REMA), a venit din centru) a dezvoltat în comun un nou material inteligent rar de pământ, și anume terbiu disprosiu gigant gigant magnetostrictiv. Acest nou material inteligent are caracteristicile excelente de transformare rapidă a energiei electrice în energie mecanică. Traductoarele subacvatice și electro-acustice din acest material magnetostrictiv gigant au fost configurate cu succes în echipamente navale, difuzoare de detectare a puțurilor de ulei, sisteme de control al zgomotului și vibrațiilor și sisteme de explorare a oceanului și de comunicare subterană. Prin urmare, de îndată ce s -a născut materialul magnetostrictiv al gigantului de fier de terbium, acesta a primit o atenție largă din partea țărilor industrializate din întreaga lume. Tehnologiile Edge din Statele Unite au început să producă materiale magnetostrictive de fier de terbium cu disprosiu în 1989 și le -a numit Terfenol D. Ulterior, Suedia, Japonia, Rusia, Regatul Unit și Australia au dezvoltat, de asemenea, materiale magnetostrictive gigantice de fier de terbiu disprosium.
Din istoria dezvoltării acestui material în Statele Unite, atât invenția materialului, cât și aplicațiile sale monopoliste timpurii sunt direct legate de industria militară (cum ar fi Marina). Deși departamentele militare și de apărare ale Chinei își consolidează treptat înțelegerea acestui material. Cu toate acestea, după ce puterea națională completă a Chinei a crescut semnificativ, cerințele pentru realizarea strategiei competitive militare din secolul XXI și îmbunătățirea nivelului de echipamente vor fi cu siguranță foarte urgente. Prin urmare, utilizarea pe scară largă a materialelor magnetostrictive ale gigantului de fier de terbium de către departamentele de apărare militare și naționale va fi o necesitate istorică.
Pe scurt, numeroasele proprietăți excelente ale terbiului îl fac un membru indispensabil al multor materiale funcționale și o poziție de neînlocuit în unele câmpuri de aplicare. Cu toate acestea, din cauza prețului ridicat al terbiului, oamenii au studiat cum să evite și să minimizeze utilizarea terbiului pentru a reduce costurile de producție. De exemplu, materialele magneto-optice ale pământului rar ar trebui să utilizeze, de asemenea, cobalt de fier cu disprosium sau cobalt de terbium gadolinium pe cât posibil; Încercați să reduceți conținutul de terbium în pulberea fluorescentă verde care trebuie utilizată. Prețul a devenit un factor important care restricționează utilizarea pe scară largă a terbiului. Dar multe materiale funcționale nu pot face fără el, așa că trebuie să respectăm principiul „utilizării oțelului bun pe lamă” și să încercăm să salvăm cât mai mult utilizarea terbiumului.
Timpul post: 05-2023 iulie