Terbiuappartene à a categuria di pisantiterre rare, cù una bassa abbundanza in a crosta di a Terra à solu 1,1 ppm. L'ossidu di terbiu cuntene menu di 0,01% di e terre rare totali. Ancu in l'altu ioni d'ittriu minerale pesante di terra rara cù u più altu cuntenutu di terbiu, u cuntenutu di terbiu solu conta per 1,1-1,2% di a terra rara tutale, chì indica chì appartene à a categuria "noble" di elementi di terra rara. Per più di 100 anni da a scuperta di u terbiu in u 1843, a so scarsità è u valore anu impeditu a so applicazione pratica per un bellu pezzu. Hè solu in l'ultimi 30 anni chì u terbiu hà dimustratu u so talentu unicu.
Scopre a Storia
U chimicu svedese Carl Gustaf Mosander hà scupertu u terbiu in u 1843. Truvò e so impurità inossidu di ittriu (III).èY2O3. Yttrium hè chjamatu dopu à u paese di Ytterby in Svezia. Prima di l'emergenza di a tecnulugia di scambiu di ioni, u terbiu ùn era micca isolatu in a so forma pura.
Mosant hà divisu prima l'ossidu di ittriu (III) in trè parti, tutti chjamati dopu à i minerali: l'ossidu di ittriu (III),Erbium (III) ossidu, è l'ossidu di terbiu. L'oxidu di terbiu era urigginariamente cumpostu da una parte rosa, per via di l'elementu avà cunnisciutu com'è erbiu. "Erbium (III) oxide" (cumpresu ciò chì chjamemu oghji terbium) era urigginariamente a parte essenzialmente incolore in a suluzione. L'oxidu insoluble di questu elementu hè cunsideratu marrone.
I travagliadori più tardi ùn puderanu micca osservà u minuscule "oxidu d'erbium (III)" incolore, ma a parte rosa soluble ùn pò esse ignorata. I dibattiti annantu à l'esistenza di l'oxidu di Erbium (III) sò stati ripetutamente. In u caosu, u nome uriginale hè stata riversata è u scambiu di nomi hè stata chjappata, perchè a parti rosa hè stata eventualmente citata cum'è una suluzione chì cuntene erbium (in a suluzione, era rosa). Avà hè cridutu chì i travagliadori chì utilizanu bisulfate di sodiu o sulfate di potassiu piglianuOxidu di cerium (IV).da l'ossidu di ittriu (III) è involontariamente trasfurmà u terbiu in un sedimentu chì cuntene cerium. Solu circa 1% di l'oxidu di Yttrium (III) uriginale, avà cunnisciutu com'è "terbium", hè abbastanza per passà un culore giallu à l'oxidu di Yttrium (III). Per quessa, u terbiu hè un cumpunente secundariu chì hà inizialmente u cuntenutu, è hè cuntrullatu da i so vicini immediata, gadolinium è dysprosium.
Dopu, ogni volta chì l'altri elementi di a terra rara sò stati separati da questa mistura, indipendentemente da a proporzione di l'oxidu, u nome di terbiu hè stata mantenuta finu à chì l'oxidu marrone di terbiu hè stata ottenuta in forma pura. I ricercatori in u 19u seculu ùn anu micca utilizatu a tecnulugia di fluoriscenza ultravioleta per osservà i noduli gialli o verdi brillanti (III), chì facenu più faciule per u terbiu per esse ricunnisciutu in mischi o suluzioni solidi.
Cunfigurazione elettronica
Cunfigurazione elettronica:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
A cunfigurazione elettronica di u terbiu hè [Xe] 6s24f9. Nurmalmenti, solu trè elettroni ponu esse sguassati prima chì a carica nucleari diventa troppu grande per esse più ionizata, ma in u casu di terbiu, u terbiu semi pienu permette à u quartu elettroni per esse ionizatu più in presenza di oxidanti assai forti cum'è gas fluoru.
Terbium hè un metallu di terra rara bianca d'argentu cù duttilità, durezza è dolcezza chì pò esse tagliata cù un cuteddu. Puntu di fusione 1360 ℃, puntu di ebollizione 3123 ℃, densità 8229 4kg/m3. Comparatu cù i primi Lanthanide, hè relativamente stabile in l'aria. Cum'è u nuvimu elementu di Lanthanide, u terbiu hè un metale cun forte electricità. Reagisce cù l'acqua per furmà l'idrogenu.
In a natura, u terbiu ùn hè mai statu truvatu per esse un elementu liberu, una piccula quantità di quale esiste in phosphocerium thorium sand è Gadolinite. Terbium coexiste cù altri elementi di terra rara in a sabbia di monazite, cun un cuntenutu di terbiu in generale 0,03%. L'altri fonti sò Xenotime è minerali d'oru rari neri, tutti dui sò mischi di ossidi è cuntenenu finu à 1% terbium.
Applicazione
L'applicazione di u terbiu implica principalmente campi d'alta tecnulugia, chì sò prughjetti d'avanguardia intensivi in tecnulugia è cunniscenze intensive, è ancu prughjetti cù benefici ecunomichi significativi, cù prospettive di sviluppu attraenti.
I principali campi di applicazione includenu:
(1) Utilizatu in forma di terre rare miste. Per esempiu, hè utilizatu com'è fertilizante compostu di terra rara è additivu per l'alimentazione per l'agricultura.
(2) Attivatore per u polu verde in trè polveri fluorescenti primari. I materiali optoelettronici muderni necessitanu l'usu di trè culori basi di fosfori, à dì rossu, verde è blu, chì ponu esse usatu per sintetizà parechji culori. È u terbiu hè un cumpunente indispensabile in parechji polveri fluoriscenti verdi d'alta qualità.
(3) Adupratu cum'è materiale di almacenamentu otticu magneto. I filmi sottili di lega di metalli di transizione di terbiu di metallu amorfu sò stati usati per fabricà dischi magneto-ottici d'altu rendiment.
(4) Fabricazione di vetru otticu magnetu. U vetru rotativu di Faraday chì cuntene terbiu hè un materiale chjave per a fabricazione di rotatori, isolanti è circulatori in tecnulugia laser.
(5) U sviluppu è u sviluppu di l'alia ferromagnetostrictive terbium dysprosium (TerFenol) hà apertu novi applicazioni per terbium.
Per l'agricultura è a zootecnia
Terbiu di terra rara pò migliurà a qualità di i culturi è aumentà a rata di fotosintesi in un certu intervallu di cuncentrazione. I complexi di terbiu anu una alta attività biologica. Complessi ternari di terbium, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3 · 3H2O, anu boni effetti antibacterial è bactericidali nantu à Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis è Escherichia coli. Hanu un largu spettru antibacterial. U studiu di tali cumplessi furnisce una nova direzzione di ricerca per i moderni droghe bactericidali.
Adupratu in u campu di luminiscenza
I materiali optoelettronici muderni necessitanu l'usu di trè culori basi di fosfori, à dì rossu, verde è blu, chì ponu esse usatu per sintetizà parechji culori. È u terbiu hè un cumpunente indispensabile in parechji polveri fluoriscenti verdi d'alta qualità. Se a nascita di u polu fluoriscente rossu di u culore di terra rara TV hà stimulatu a dumanda di ittriu è europiu, allura l'applicazione è u sviluppu di u terbiu sò stati promossi da a terra rara di trè culori primari di u polu fluoriscente verde per lampade. À l'iniziu di l'anni 1980, Philips hà inventatu a prima lampada fluorescente compacta à risparmiu d'energia in u mondu è hà prumuvutu rapidamente in u mondu. Tb3 + ioni ponu emette luce verde cù una lunghezza d'onda di 545nm, è quasi tutti i fosfori verdi di terra rara utilizanu terbiu cum'è attivatore.
U fosforu verde per u tubu di raghji catodichi di TV in culore (CRT) hè sempre basatu annantu à u sulfuru di zincu, chì hè economicu è efficiente, ma u polveru di terbiu hè sempre statu utilizatu com'è fosforu verde per a TV di culore di proiezzione, cumprese Y2SiO5 ∶ Tb3 +, Y3 ( Al, Ga) 5O12 ∶ Tb3+ è LaOBr ∶ Tb3+. Cù u sviluppu di a televisione d'alta definizione di grande schermu (HDTV), i polveri fluorescenti verdi d'altu rendiment per i CRT sò ancu sviluppati. Per esempiu, un polveru fluoriscente verde hibridu hè statu sviluppatu à l'esteru, custituitu da Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3 +, LaOCl: Tb3 +, è Y2SiO5: Tb3 +, chì anu un'eccellente efficienza di luminescenza à alta densità di corrente.
U polu fluorescente tradiziunale di raghji X hè tungstate di calcium. In l'anni 1970 è 1980, i fosfori di terra rara per i schermi intensificanti sò stati sviluppati, cum'è l'ossidu di lantanu attivatu di terbiu, l'ossidu di lantanu di bromu attivatu di terbiu (per i schermi verdi), l'ossidu d'ittriu (III) di sulphur attivatu di terbiu, etc. polvere fluorescente di terra rara pò riduce u tempu di l'irradiazione di raghji X per i pazienti 80%, migliurà a risoluzione di i filmi di raghji X, allargà a vita di i tubi di raghji X è riduce u cunsumu d'energia. Terbium hè ancu usatu cum'è attivatore di polvere fluorescente per schermi di rinforzamentu di raghji X medichi, chì ponu migliurà assai a sensibilità di a cunversione di raghji X in immagini ottiche, migliurà a chiarità di i filmi di raghji X, è riduce assai a dosa di esposizione di X- raghji à u corpu umanu (per più di 50%).
Terbiu hè ancu usatu cum'è attivatore in u fosforu LED biancu eccitatu da a luce blu per una nova illuminazione di semiconductor. Pò esse usatu per pruduce fosfori di cristalli ottici magneto terbium aluminium, usendu diodi emettitori di luce blu cum'è fonti di luce di eccitazione, è a fluoriscenza generata hè mischiata cù a luce di eccitazione per pruduce luce bianca pura.
I materiali elettroluminescenti fatti di terbiu includenu principalmente fosforu verde sulfuru di zincu cù terbiu cum'è attivatore. Sutta l'irradiazione ultravioletta, i cumplessi organici di terbiu ponu emette una forte fluoriscenza verde è ponu esse aduprati cum'è materiali elettroluminescenti di film sottili. Ancu s'ellu hè statu fattu un prugressu significativu in u studiu di i filmi sottili elettroluminescenti cumplessi organici di a terra rara, ci hè sempre una certa lacuna da a praticità, è a ricerca nantu à i filmi magre è i dispusitivi elettroluminescenti di a terra rara organica hè sempre in prufundità.
E caratteristiche di fluoriscenza di u terbiu sò ancu aduprate cum'è sonde di fluoriscenza. Per esempiu, a sonda di fluorescenza Ofloxacin terbium (Tb3+) hè stata aduprata per studià l'interazzione trà u cumplessu Ofloxacin terbium (Tb3+) è l'ADN (DNA) da u spettru di fluorescenza è u spettru di assorbimentu, chì indica chì a sonda di Ofloxacin Tb3 + pò formà un ligame di groove cù molecule di DNA, è l'ADN pò rinfurzà significativamente a fluorescenza di u sistema Ofloxacin Tb3 +. Basatu nantu à stu cambiamentu, l'ADN pò esse determinatu.
Per materiali magneto-ottici
Materiali cù effettu Faraday, canusciutu macari comu materiali magneto-otticu, sò largamente usatu in lasers è altri dispusitivi otticu. Ci hè dui tipi cumuni di materiali ottichi magneto: cristalli ottichi magneto è vetru otticu magneto. Frà elli, i cristalli magneto-ottici (cum'è Yttrium ferru granate è terbium gallium garnet) anu i vantaghji di freccia di u funziunamentu regulable è alta stabilità termale, ma sò caru è difficiuli di fabricà. In più, parechji cristalli magneto-otticu cù altu angulu di rotazione di Faraday hannu un altu absorption in a gamma d'onda corta, chì limita u so usu. In cunfrontu cù i cristalli ottichi magneto, u vetru otticu magneto hà u vantaghju di una trasmittanza alta è hè faciule da esse fattu in grandi blocchi o fibre. Attualmente, i vetri magneto-ottici cù un altu effettu di Faraday sò principarmenti vetri dopati di ioni di terra rara.
Adupratu per i materiali di almacenamentu otticu magneto
Nta l'ultimi anni, cù u rapidu sviluppu di l'automatizazione multimediale è di l'uffiziu, a dumanda di novi dischi magnetichi d'alta capacità hè cresciuta. I filmi in lega di metalli di transizione di terbiu di metallu amorfu sò stati usati per fabricà dischi magneto-ottici d'altu rendiment. Trà elli, a film sottile in lega TbFeCo hà u megliu rendiment. I materiali magneto-ottici basati in Terbiu sò stati pruduciutu à grande scala, è i dischi magneto-ottici fatti da elli sò usati cum'è cumpunenti di almacenamento di l'urdinatore, cù a capacità di almacenamiento aumentata da 10-15 volte. Hanu i vantaghji di una grande capacità è una veloce d'accessu veloce, è ponu esse sguassati è rivestiti decine di millaie di volte quandu sò usati per dischi ottici d'alta densità. Sò materiali impurtanti in a tecnulugia di almacenamiento d'informazioni elettroniche. U materiale magneto-otticu più cumunimenti utilizatu in e bande visibili è infrared vicinu hè u cristallu unicu Terbium Gallium Garnet (TGG), chì hè u megliu materiale magneto-otticu per fà rotatori è isolanti Faraday.
Per vetru otticu magneto
U vetru otticu magnetu di Faraday hà una bona trasparenza è isotropia in e regioni visibili è infrarossi, è ponu formate diverse forme cumplesse. Hè facilitu di pruduce prudutti di grande dimensione è ponu esse disegnati in fibre ottiche. Per quessa, hà ampie prospettive di applicazione in i dispositi ottichi magneto cum'è isolatori ottichi magneto, modulatori ottichi magneto, è sensori di corrente in fibra ottica. A causa di u so grande momentu magneticu è di u picculu coefficient d'assorbimentu in a gamma visibile è infrarossa, i ioni Tb3 + sò diventati cumunimenti usati ioni di terra rara in vetri ottici magneto.
Alliage ferromagnétostrictive terbium dysprosium
À a fine di u 20u seculu, cù l'approfondimentu di a rivoluzione scientifica è tecnologica mundiale, emergenu rapidamente i novi Materiali Appliati di terra rara. In u 1984, l'Università Statale di Iowa di i Stati Uniti, u Laboratoriu Ames di u Dipartimentu di l'Energia di i Stati Uniti di i Stati Uniti è u Centru di Ricerca di l'Armi di Superficie di a Marina di i Stati Uniti (u persunale principale di a Cumpagnia di Tecnulugia Americana di Edge (ET REMA) hè stata stabilita dopu. u centru) sviluppatu cumuna una nova terra raru Smart materia, vale à dì terbium dysprosium ferru giant magnetostrictive materiale. Stu novu materiale Smart hà e caratteristiche eccellenti di cunvertisce rapidamente l'energia elettrica in energia meccanica. I trasduttori sott'acqua è elettro-acustici fatti di stu materiale magnetostrictive gigante sò stati cunfigurati cù successu in l'equipaggiu navali, i parlanti di rilevazione di pozzi d'oliu, i sistemi di cuntrollu di u rumore è di vibrazione, è l'esplorazione oceanica è sistemi di cumunicazione sotterranea. Per quessa, quandu u materiale magnetostrictive giant di ferru di terbium dysprosium hè natu, hà ricevutu una grande attenzione da i paesi industrializzati in u mondu. Edge Technologies in i Stati Uniti d'America accuminciau a pruduzzione di materiali magnetostrictive giant di ferru di terbium dysprosium in 1989 è li chjamò Terfenol D. In seguitu, Svezia, Giappone, Russia, Regnu Unitu è Australia anu sviluppatu ancu materiali magnetostrictive di terbium dysprosium ferru giant.
Da a storia di u sviluppu di stu materiale in i Stati Uniti, sia l'invenzione di u materiale è i so primi applicazioni monopolistiche sò direttamente ligati à l'industria militare (cum'è a marina). Ancu s'è i dipartimenti militari è di difesa di a Cina rinfurzanu gradualmente a so cunniscenza di stu materiale. Tuttavia, dopu chì u Puteru Naziunale Completu di a Cina hà aumentatu significativamente, i requisiti per a realizazione di a strategia cumpetitiva militare in u XXI seculu è a migliurà u livellu di l'equipaggiu seranu certamente assai urgenti. Per quessa, l'usu generalizatu di terbium dysprosium iron giant magnetostrictive materials da i dipartimenti militari è di difesa naziunale serà una necessità storica.
In cortu, e parechje proprietà eccellenti di u terbiu facenu un membru indispensabile di parechji materiali funziunali è una pusizione insustituibile in certi campi d'applicazione. Tuttavia, per via di u prezzu altu di u terbiu, a ghjente hà studiatu cumu per evità è minimizzà l'usu di terbiu per riduce i costi di produzzione. Per esempiu, i materiali magneto-ottici di terra rara duveranu ancu usà u cobalt di ferru disprosium low-cost o gadolinium terbium cobalt quantu pussibule; Pruvate di riduce u cuntenutu di terbiu in u polu fluoriscente verde chì deve esse usatu. U prezzu hè diventatu un fattore impurtante chì restringe l'usu generalizatu di terbium. Ma assai materiali funziunali ùn ponu micca fà senza, cusì avemu da aderisce à u principiu di "usà un bonu azzaru nantu à a pala" è pruvate di salvà l'usu di terbiu quantu pussibule.
Tempu di Postu: Jul-05-2023