Terbiumappartient à la catégorie de lourdeterres rares, avec une faible abondance dans la croûte terrestre à seulement 1,1 ppm. L'oxyde de terbium représente moins de 0,01% des terres rares totales. Même dans le minerai de terres rares de type à ions rares à haut yttrium avec la plus grande teneur en terbium, la teneur en terbium ne représente que 1,1 à 1,2% de la Terre rare totale, indiquant qu'elle appartient à la catégorie «noble» des éléments de terres rares. Depuis plus de 100 ans depuis la découverte du terbium en 1843, sa rareté et sa valeur ont empêché son application pratique pendant longtemps. Ce n'est qu'au cours des 30 dernières années que le terbium a montré son talent unique。
Découvrir l'histoire
Le chimiste suédois Carl Gustaf Mosander a découvert le terbium en 1843. Il a trouvé ses impuretés enYttrium (iii) oxydeetY2O3. Yttrium est nommé d'après le village de Ytterby en Suède. Avant l'émergence de la technologie d'échange d'ions, le terbium n'a pas été isolé dans sa forme pure.
Mosant a d'abord divisé l'oxyde d'yttrium (iii) en trois parties, tous nommés d'après les minerais: yttrium (iii) oxyde,Oxyde d'erbium (iii)et oxyde de terbium. L'oxyde de terbium était à l'origine composé d'une partie rose, en raison de l'élément maintenant connu sous le nom d'erbium. «L'oxyde d'erbium (III)» (y compris ce que nous appelons maintenant le terbium) était à l'origine la partie essentiellement incolore de la solution. L'oxyde insoluble de cet élément est considéré comme brun.
Les travailleurs ultérieurs pouvaient à peine observer le minuscule «oxyde d'erre (iii)» incolore, mais la partie rose soluble n'a pas pu être ignorée. Les débats sur l'existence de l'erbium (iii) sont apparus à plusieurs reprises. Dans le chaos, le nom d'origine a été inversé et l'échange de noms a été coincé, donc la partie rose a finalement été mentionnée comme une solution contenant de l'erbium (dans la solution, elle était rose). On pense maintenant que les travailleurs qui utilisent du bisulfate de sodium ou du sulfate de potassium prennentOxyde de cérium (iv)De l'oxyde d'yttrium (III) et transforment involontairement le terbium en sédiments contenant du cérium. Seulement environ 1% de l'oxyde d'origine Yttrium (III), maintenant connu sous le nom de «terbium», est suffisant pour passer une couleur jaunâtre à l'oxyde d'yttrium (iii). Par conséquent, le terbium est un composant secondaire qui le contenait initialement, et il est contrôlé par ses voisins immédiats, le gadolinium et le dysprosium.
Ensuite, chaque fois que d'autres éléments de terres rares étaient séparés de ce mélange, quelle que soit la proportion de l'oxyde, le nom du terbium a été conservé jusqu'à ce que l'oxyde brun du terbium ait été obtenu sous forme pure. Les chercheurs du 19e siècle n'ont pas utilisé la technologie de fluorescence ultraviolette pour observer les nodules en jaune vif ou vert (III), ce qui facilite la reconnaissance du terbium dans des mélanges ou des solutions solides.
Configuration d'électrons
Configuration d'électrons:
1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D10 4P6 5S2 4D10 5P6 6S2 4F9
La configuration électronique du terbium est [XE] 6S24F9. Normalement, seuls trois électrons peuvent être retirés avant que la charge nucléaire ne devienne trop grande pour être ionisée, mais dans le cas du terbium, le terbium semi-rempli permet au quatrième électron d'être ionisé en présence d'oxydants très forts tels que le gaz fluor.
Le terbium est un métal de terres rares blancs argentés avec ductilité, de la ténacité et de la douceur qui peuvent être coupées avec un couteau. Point de fusion 1360 ℃, point d'ébullition 3123 ℃, densité 8229 4kg / m3. Par rapport au lanthanure précoce, il est relativement stable dans l'air. En tant que neuvième élément du lanthanide, le terbium est un métal avec une forte électricité. Il réagit avec l'eau pour former de l'hydrogène.
De nature, le terbium n'a jamais été trouvé comme un élément libre, dont une petite quantité existe dans le sable de thorium phosphocérium et la gadolinite. Le terbium coexiste avec d'autres éléments de terres rares dans le sable de la monazite, avec une teneur en terbium généralement 0,03%. D'autres sources sont les minerais d'or rares et noirs, tous deux, qui sont des mélanges d'oxydes et contiennent jusqu'à 1% de terbium.
Application
L'application du terbium implique principalement des champs de haute technologie, qui sont des projets de pointe à forte intensité de technologie et à des connaissances, ainsi que des projets ayant des avantages économiques importants, avec des perspectives de développement attrayantes.
Les principaux domaines d'application comprennent:
(1) utilisé sous forme de terres rares mixtes. Par exemple, il est utilisé comme un engrais à composé rare et un additif d'alimentation pour l'agriculture.
(2) Activateur de la poudre verte dans trois poudres fluorescentes primaires. Les matériaux optoélectroniques modernes nécessitent l'utilisation de trois couleurs de base des phosphores, à savoir le rouge, le vert et le bleu, qui peuvent être utilisés pour synthétiser diverses couleurs. Et le terbium est un composant indispensable dans de nombreuses poudres fluorescentes vertes de haute qualité.
(3) utilisé comme matériau de stockage optique magnéto. Transition métallique amorphe en alliage en alliage métallique en métal a été utilisé pour fabriquer des disques magnéto-optiques à haute performance.
(4) Fabrication de verre optique magnéto. Le verre rotatoire Faraday contenant du terbium est un matériau clé pour la fabrication de rotateurs, d'isolateurs et de circulateurs dans la technologie laser.
(5) Le développement et le développement de l'alliage de ferromagnetostrictif du terbium (terfénol) ont ouvert de nouvelles applications pour le terbium.
Pour l'agriculture et l'élevage
Le terbium des terres rares peut améliorer la qualité des cultures et augmenter le taux de photosynthèse dans une certaine plage de concentration. Les complexes terbium ont une activité biologique élevée. Les complexes ternaires du terbium, TB (ALA) 3BENIM (CLO4) 3 · 3H2O, ont de bons effets antibactériens et bactéricide sur Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis et Escherichia coli. Ils ont un large spectre antibactérien. L'étude de ces complexes fournit une nouvelle direction de recherche pour les médicaments bactéricide modernes.
Utilisé dans le domaine de la luminescence
Les matériaux optoélectroniques modernes nécessitent l'utilisation de trois couleurs de base des phosphores, à savoir le rouge, le vert et le bleu, qui peuvent être utilisés pour synthétiser diverses couleurs. Et le terbium est un composant indispensable dans de nombreuses poudres fluorescentes vertes de haute qualité. Si la naissance de la poudre fluorescente rouge de couleur rare terriens a stimulé la demande d'yttrium et d'europium, l'application et le développement du terbium ont été promus par la terre rare trois couleurs primaires de poudre fluorescente pour les lampes. Au début des années 1980, Philips a inventé la première lampe fluorescente à économie d'énergie compacte au monde et l'a rapidement promue à l'échelle mondiale. Les ions Tb3 + peuvent émettre un feu vert avec une longueur d'onde de 545 nm, et presque tous les phosphores verts de terres rares utilisent le terbium comme activateur.
Le phosphore vert pour le tube de rayons de cathode TV (CRT) a toujours été basé sur du sulfure de zinc, qui est bon marché et efficace, mais la poudre de terbium a toujours été utilisée comme phosphore verte pour la télévision en couleur de projection, y compris Y2Sio5 ∶ Tb3 +, Y3 (AL, GA) 5O12 ∶ TB3 + et LAOBR ∶ TB3 +. Avec le développement de la télévision à haute définition à grand écran (TVHD), des poudres fluorescentes vertes à haute performance pour les CRT sont également en cours de développement. Par exemple, une poudre fluorescente verte hybride a été développée à l'étranger, composée de Y3 (AL, GA) 5O12: TB3 +, LAOCL: TB3 + et Y2SIO5: TB3 +, qui ont une excellente efficacité de luminescence à une densité de courant élevée.
La poudre fluorescente à rayons X traditionnelle est le tungstate de calcium. Dans les années 1970 et 1980, des phosphores de terres rares pour des écrans intensifiants ont été développées, telles que l'oxyde de lanthane de brome activé par le terbium (pour les écrans verts), l'oxyde de soufre de soufre activé par le terbium (III) 80%, améliorez la résolution des films aux rayons X, prolongent la durée de vie des tubes à rayons X et réduisent la consommation d'énergie. Le terbium est également utilisé comme activateur de poudre fluorescent pour les écrans d'amélioration des rayons X médicaux, ce qui peut considérablement améliorer la sensibilité de la conversion des rayons X en images optiques, améliorer la clarté des films aux rayons X et réduire considérablement la dose d'exposition des rayons X au corps humain (de plus de 50%).
Le terbium est également utilisé comme activateur dans le phosphore LED blanc excité par la lumière bleue pour un nouvel éclairage semi-conducteur. Il peut être utilisé pour produire des phosphores de cristal optiques de terbium en aluminium en aluminium, en utilisant des diodes émettrices de lumière bleue comme sources de lumière d'excitation, et la fluorescence générée est mélangée avec la lumière d'excitation pour produire de la lumière blanche pure.
Les matériaux électroluminescents en terbium comprennent principalement le phosphore verte sulfure de zinc avec du terbium comme activateur. Sous irradiation ultraviolette, les complexes organiques du terbium peuvent émettre une forte fluorescence verte et peuvent être utilisés comme matériaux électroluminescents à couches minces. Bien que des progrès significatifs aient été réalisés dans l'étude des films minces électroluminescents du complexe de terres rares, il y a encore un certain écart de la praticité et la recherche sur les films et les dispositifs minces électroluminescents du complexe de terres rares est toujours en profondeur.
Les caractéristiques de fluorescence du terbium sont également utilisées comme sondes de fluorescence. 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 Système TB3 +. Sur la base de ce changement, l'ADN peut être déterminé.
Pour les matériaux optiques magnéto
Les matériaux à effet Faraday, également appelés matériaux magnéto-optiques, sont largement utilisés dans les lasers et autres dispositifs optiques. Il existe deux types communs de matériaux optiques magnéto: les cristaux optiques magnéto et le verre optique magnéto. Parmi eux, les cristaux magnéto-optiques (tels que le grenat de fer Yttrium et le grenat terbium gallium) ont les avantages de la fréquence de fonctionnement réglable et de la stabilité thermique élevée, mais elles sont coûteuses et difficiles à fabriquer. De plus, de nombreux cristaux magnéto-optiques avec un angle de rotation de Faraday élevé ont une absorption élevée dans la plage d'onde courte, ce qui limite leur utilisation. Par rapport aux cristaux optiques magnéto, le verre optique magnéto a l'avantage d'une transmittance élevée et est facile à faire en gros blocs ou fibres. À l'heure actuelle, les verres magnéto-optiques avec un effet Faraday élevé sont principalement des verres dopés à ions de terres rares.
Utilisé pour les matériaux de stockage optique magnéto
Ces dernières années, avec le développement rapide du multimédia et de l'automatisation de bureau, la demande de nouveaux disques magnétiques à haute capacité a augmenté. Les films en alliage métallique de terbium métallique amorphe ont été utilisés pour fabriquer des disques magnéto-optiques à haute performance. Parmi eux, le film mince en alliage TBFECO a la meilleure performance. Des matériaux magnéto-optiques à base de terbium ont été produits à grande échelle, et les disques magnéto-optiques fabriqués à partir d'eux sont utilisés comme composants de stockage informatique, avec une capacité de stockage augmentée de 10 à 15 fois. Ils ont les avantages d'une grande capacité et d'une vitesse d'accès rapide, et peuvent être essuyés et enduits de dizaines de milliers de fois lorsqu'ils sont utilisés pour les disques optiques à haute densité. Ce sont des matériaux importants dans la technologie de stockage électronique des informations. Le matériau magnéto-optique le plus couramment utilisé dans les bandes visibles et proches infrarouges est le monocristal de grenat terbium gallium (TGG), qui est le meilleur matériau magnéto-optique pour fabriquer des rotateurs et des isolateurs de Faraday.
Pour le verre optique magnéto
Le verre optique de Faraday Magneto a une bonne transparence et isotropie dans les régions visibles et infrarouges, et peut former diverses formes complexes. Il est facile de produire des produits de grande taille et peut être entraîné dans des fibres optiques. Par conséquent, il a de larges perspectives d'application dans les dispositifs optiques magnéto tels que les isolateurs optiques magnéto, les modulateurs optiques magnéto et les capteurs de courant de fibre optique. En raison de son grand moment magnétique et de son petit coefficient d'absorption dans la plage visible et infrarouge, les ions TB3 + sont devenus des ions de terres rares couramment utilisés dans les lunettes optiques magnéto.
Alliage de ferromagnetostrictif du terromagnetostrictif du terbium
À la fin du 20e siècle, avec l'approfondissement de la révolution scientifique et technologique mondiale, de nouveaux matériaux appliqués par les terres rares émergent rapidement. En 1984, l'Iowa State University of the United States, Ames Laboratory of the United States Department of Energy of the United States and the US Navy Surface Wearch Research Center (le personnel principal de l'American Edge Technology Company (ET REM), a développé conjointement un nouveau matériel intelligent de terres rare et terbium dysprosium de terbium dysprosium. Ce nouveau matériau intelligent a les excellentes caractéristiques de convertir rapidement l'énergie électrique en énergie mécanique. Les transducteurs sous-marine et électro-acoustique composé de ce matériau magnétostrictif géant ont été configurés avec succès dans l'équipement naval, les haut-parleurs de détection de puits de pétrole, les systèmes de contrôle du bruit et des vibrations et les systèmes d'exploration de l'océan et de communication souterraine. Par conséquent, dès que le matériau magnétostrictif géant de la dysprosium du terbium est né, il a reçu une large attention des pays industrialisés du monde entier. Les technologies Edge aux États-Unis ont commencé à produire des matériaux magnétostrictifs géants en fer du terbium en 1989 et leur ont nommé Terfenol D. Par la suite, la Suède, le Japon, la Russie, le Royaume-Uni et l'Australie ont également développé des matériaux magnétostrictifs en fer de terbium dysprosium du terbium.
De l'histoire du développement de ce matériel aux États-Unis, l'invention du matériel et ses premières applications monopolistiques sont directement liées à l'industrie militaire (comme la Marine). Bien que les services militaires et de défense de la Chine renforcent progressivement leur compréhension de ce matériel. Cependant, après que le pouvoir national complet de la Chine a considérablement augmenté, les exigences pour réaliser la stratégie concurrentielle militaire au 21e siècle et l'amélioration du niveau d'équipement seront certainement très urgentes. Par conséquent, l'utilisation généralisée des matériaux magnétostrictifs géants du dysprosium terbium par les services militaires et de défense nationale sera une nécessité historique.
En bref, les nombreuses excellentes propriétés du terbium en font un membre indispensable de nombreux matériaux fonctionnels et une position irremplaçable dans certains champs d'application. Cependant, en raison du prix élevé du terbium, les gens ont étudié comment éviter et minimiser l'utilisation du terbium afin de réduire les coûts de production. Par exemple, les matériaux magnéto-optiques des terres rares devraient également utiliser autant que possible le cobalt en fer à dysprosium à faible coût ou le gadolinium terbium cobalt; Essayez de réduire la teneur en terbium dans la poudre fluorescente verte qui doit être utilisée. Le prix est devenu un facteur important restreignant l'utilisation généralisée du terbium. Mais de nombreux matériaux fonctionnels ne peuvent pas s'en passer, nous devons donc adhérer au principe «en utilisant un bon acier sur la lame» et essayer de sauver l'utilisation du terbium autant que possible.
Heure du poste: juil-05-2023