Térbiopertence à categoria de terras raras pesadas, com baixa abundância na crosta terrestre, de apenas 1,1 ppm.Óxido de térbiorepresenta menos de 0,01% do total de terras raras. Mesmo no minério de terras raras pesadas com alto teor de íons de ítrio, com o maior teor de térbio, o teor de térbio representa apenas 1,1-1,2% do total.terras raras, indicando que pertence à categoria “nobre” deterras raraselementos. Por mais de 100 anos, desde a descoberta do térbio em 1843, sua escassez e valor impediram sua aplicação prática por muito tempo. Foi somente nos últimos 30 anos quetérbiomostrou seu talento único.
Descobrindo a História
O químico sueco Carl Gustaf Mosander descobriu o térbio em 1843. Ele descobriu suas impurezas emóxido de ítrioeY2O3. ÍtrioO nome "térbio" vem da vila de Itby, na Suécia. Antes do surgimento da tecnologia de troca iônica, o térbio não era isolado em sua forma pura.
Mossander primeiro dividiuóxido de ítrioem três partes, todas com nomes de minérios:óxido de ítrio, óxido de érbio, eóxido de térbio. Óxido de térbioera originalmente composto por uma parte rosa, devido ao elemento hoje conhecido comoérbio. Óxido de érbio(incluindo o que hoje chamamos de térbio) era originalmente um componente incolor em solução. O óxido insolúvel deste elemento é considerado marrom.
Trabalhadores posteriores acharam difícil observar pequenos e incolores “óxido de érbio“, mas a parte rosa solúvel não pode ser ignorada. O debate sobre a existência deóxido de érbiosurgiu repetidamente. No caos, o nome original foi invertido e a troca de nomes foi travada, então a parte rosa acabou sendo mencionada como uma solução contendo érbio (na solução, era rosa). Acredita-se agora que os trabalhadores que usam dissulfeto de sódio ou sulfato de potássio para remover dióxido de cério deóxido de ítriovirar sem querertérbioem precipitados contendo cério. Atualmente conhecido como 'térbio', apenas cerca de 1% do originalóxido de ítrioestá presente, mas isso é suficiente para transmitir uma cor amarelo claro paraóxido de ítrio. Portanto,térbioé um componente secundário que o continha inicialmente e é controlado por seus vizinhos imediatos,gadolínioedisprósio.
Depois, sempre que outrosterras raraselementos foram separados desta mistura, independentemente da proporção do óxido, o nome de térbio foi mantido até que finalmente, o óxido marrom detérbiofoi obtido na forma pura. Pesquisadores do século XIX não utilizavam a tecnologia de fluorescência ultravioleta para observar nódulos amarelos ou verdes brilhantes (III), facilitando o reconhecimento do térbio em misturas ou soluções sólidas.
Configuração eletrônica
Layout eletrônico:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
O arranjo eletrônico detérbioé [Xe] 6s24f9. Normalmente, apenas três elétrons podem ser removidos antes que a carga nuclear se torne grande demais para ser ionizada. No entanto, no caso detérbio, o semi cheiotérbiopermite maior ionização do quarto elétron na presença de um oxidante muito forte, como o gás flúor.
Metal
TérbioÉ um metal de terras raras branco-prateado com ductilidade, tenacidade e maciez, podendo ser cortado com uma faca. Ponto de fusão 1360 ℃, ponto de ebulição 3123 ℃, densidade 8229,4 kg/m³. Comparado aos primeiros elementos lantanídeos, é relativamente estável no ar. O nono elemento dos elementos lantanídeos, o térbio, é um metal altamente carregado que reage com a água para formar gás hidrogênio.
Na natureza,térbionunca foi encontrado como um elemento livre, presente em pequenas quantidades em areia de fósforo, cério, tório e minério de silício, berílio e ítrio.Térbiocoexiste com outros elementos de terras raras na areia monazítica, com um teor geral de térbio de 0,03%. Outras fontes incluem fosfato de ítrio e ouro de terras raras, ambos misturas de óxidos contendo até 1% de térbio.
Aplicativo
A aplicação detérbioenvolve principalmente campos de alta tecnologia, que são projetos de ponta intensivos em tecnologia e conhecimento, bem como projetos com benefícios econômicos significativos, com perspectivas de desenvolvimento atraentes.
As principais áreas de aplicação incluem:
(1) Utilizado na forma de terras raras misturadas. Por exemplo, é usado como fertilizante composto de terras raras e aditivo alimentar para a agricultura.
(2) Ativador para pó verde em três pós fluorescentes primários. Os materiais optoeletrônicos modernos requerem o uso de três cores básicas de fósforo, vermelho, verde e azul, que podem ser usadas para sintetizar diversas cores. Etérbioé um componente indispensável em muitos pós fluorescentes verdes de alta qualidade.
(3) Utilizado como material de armazenamento magneto-óptico. Filmes finos de liga de metal de transição de térbio amorfo têm sido utilizados na fabricação de discos magneto-ópticos de alto desempenho.
(4) Fabricação de vidro magneto-óptico. O vidro rotatório de Faraday contendo térbio é um material essencial para a fabricação de rotadores, isoladores e circuladores na tecnologia laser.
(5) O desenvolvimento e desenvolvimento da liga ferromagnetostritiva de térbio disprósio (TerFenol) abriu novas aplicações para o térbio.
Para agricultura e pecuária
Terra raratérbiopodem melhorar a qualidade das colheitas e aumentar a taxa de fotossíntese dentro de uma determinada faixa de concentração. Os complexos de térbio apresentam alta atividade biológica, e os complexos ternários detérbio, Tb(Ala)3BenIm(ClO4)3-3H2O, apresentam bons efeitos antibacterianos e bactericidas contra Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis e Escherichia coli, com propriedades antibacterianas de amplo espectro. O estudo desses complexos fornece uma nova direção de pesquisa para medicamentos bactericidas modernos.
Usado no campo da luminescência
Os materiais optoeletrônicos modernos requerem o uso de três cores básicas de fósforo, vermelho, verde e azul, que podem ser usadas para sintetizar diversas cores. E o térbio é um componente indispensável em muitos pós fluorescentes verdes de alta qualidade. Se o surgimento do pó fluorescente vermelho de terras raras para TVs coloridas estimulou a demanda porítrioeeurópio, a aplicação e o desenvolvimento do térbio foram impulsionados pelo pó fluorescente verde de três cores primárias de terras raras para lâmpadas. No início da década de 1980, a Philips inventou a primeira lâmpada fluorescente compacta e econômica do mundo e rapidamente a promoveu globalmente. Os íons Tb3+ podem emitir luz verde com comprimento de onda de 545 nm, e quase todos os pós fluorescentes verdes de terras raras utilizamtérbio, como um ativador.
O pó fluorescente verde usado em tubos de raios catódicos (CRTs) de TVs coloridas sempre foi baseado principalmente em sulfeto de zinco, barato e eficiente. No entanto, o pó de térbio sempre foi usado como pó verde para projeção de TVs coloridas, como Y2SiO5:Tb3+, Y3(Al,Ga)5O12:Tb3+ e LaOBr:Tb3+. Com o desenvolvimento de televisores de alta definição (HDTVs) de tela grande, pós fluorescentes verdes de alto desempenho para CRTs também estão sendo desenvolvidos. Por exemplo, um pó fluorescente verde híbrido foi desenvolvido no exterior, consistindo de Y3(Al,Ga)5O12:Tb3+, LaOCl:Tb3+ e Y2SiO5:Tb3+, que apresentam excelente eficiência de luminescência em alta densidade de corrente.
O pó fluorescente de raios X tradicional é o tungstato de cálcio. Nas décadas de 1970 e 1980, foram desenvolvidos pós fluorescentes de terras raras para telas de sensibilização, comotérbioÓxido de sulfeto de lantânio ativado, óxido de brometo de lantânio ativado por térbio (para telas verdes) e óxido de sulfeto de ítrio ativado por térbio. Comparado ao tungstato de cálcio, o pó fluorescente de terras raras pode reduzir o tempo de irradiação de raios X para pacientes em 80%, melhorar a resolução dos filmes de raios X, prolongar a vida útil dos tubos de raios X e reduzir o consumo de energia. O térbio também é usado como ativador de pó fluorescente para telas de aprimoramento de raios X médicas, o que pode melhorar significativamente a sensibilidade da conversão de raios X em imagens ópticas, melhorar a clareza dos filmes de raios X e reduzir significativamente a dose de exposição dos raios X ao corpo humano (em mais de 50%).
TérbioTambém é usado como ativador no fósforo de LED branco excitado por luz azul para a nova iluminação de semicondutores. Pode ser usado para produzir fósforos de cristal magneto-óptico de térbio e alumínio, utilizando diodos emissores de luz azul como fontes de luz de excitação, e a fluorescência gerada é misturada com a luz de excitação para produzir luz branca pura.
Os materiais eletroluminescentes feitos de térbio incluem principalmente pó fluorescente verde de sulfeto de zinco comtérbiocomo ativador. Sob irradiação ultravioleta, complexos orgânicos de térbio podem emitir forte fluorescência verde e podem ser usados como materiais eletroluminescentes de película fina. Embora tenha havido progresso significativo no estudo deterras rarasfilmes finos eletroluminescentes complexos orgânicos, ainda há uma certa lacuna em relação à praticidade, e a pesquisa sobre filmes finos eletroluminescentes complexos orgânicos de terras raras e dispositivos ainda está em profundidade.
As características de fluorescência do térbio também são utilizadas como sondas de fluorescência. A interação entre o complexo ofloxacino térbio (Tb3+) e o ácido desoxirribonucleico (DNA) foi estudada utilizando espectros de fluorescência e absorção, como a sonda de fluorescência do ofloxacino térbio (Tb3+). Os resultados mostraram que a sonda ofloxacino Tb3+ pode formar um sulco de ligação com moléculas de DNA, e o ácido desoxirribonucleico pode aumentar significativamente a fluorescência do sistema ofloxacino Tb3+. Com base nessa alteração, o ácido desoxirribonucleico pode ser determinado.
Para materiais magneto-ópticos
Materiais com efeito Faraday, também conhecidos como materiais magneto-ópticos, são amplamente utilizados em lasers e outros dispositivos ópticos. Existem dois tipos comuns de materiais magneto-ópticos: cristais magneto-ópticos e vidros magneto-ópticos. Entre eles, os cristais magneto-ópticos (como a granada de ítrio e ferro e a granada de térbio e gálio) têm as vantagens de frequência de operação ajustável e alta estabilidade térmica, mas são caros e difíceis de fabricar. Além disso, muitos cristais magneto-ópticos com altos ângulos de rotação de Faraday têm alta absorção na faixa de ondas curtas, o que limita seu uso. Comparado aos cristais magneto-ópticos, o vidro magneto-óptico tem a vantagem de alta transmitância e é fácil de ser transformado em grandes blocos ou fibras. Atualmente, os vidros magneto-ópticos com alto efeito Faraday são principalmente vidros dopados com íons de terras raras.
Usado para materiais de armazenamento magneto-óptico
Nos últimos anos, com o rápido desenvolvimento da multimídia e da automação de escritórios, a demanda por novos discos magnéticos de alta capacidade tem aumentado. Filmes finos de liga de metal de transição de térbio amorfo têm sido usados para fabricar discos magneto-ópticos de alto desempenho. Entre eles, o filme fino de liga TbFeCo apresenta o melhor desempenho. Materiais magneto-ópticos à base de térbio têm sido produzidos em larga escala, e discos magneto-ópticos feitos a partir deles são usados como componentes de armazenamento de computadores, com capacidade de armazenamento aumentada em 10 a 15 vezes. Eles têm as vantagens de grande capacidade e alta velocidade de acesso, e podem ser limpos e revestidos dezenas de milhares de vezes quando usados para discos ópticos de alta densidade. São materiais importantes na tecnologia de armazenamento eletrônico de informações. O material magneto-óptico mais comumente usado nas bandas do visível e do infravermelho próximo é o monocristal de granada de térbio e gálio (TGG), que é o melhor material magneto-óptico para a fabricação de rotadores e isoladores de Faraday.
Para vidro magneto-óptico
O vidro magneto-óptico de Faraday apresenta boa transparência e isotropia nas regiões visível e infravermelha, podendo formar diversas formas complexas. É fácil de produzir produtos de grande porte e pode ser trefilado em fibras ópticas. Portanto, possui amplas perspectivas de aplicação em dispositivos magneto-ópticos, como isoladores magneto-ópticos, moduladores magneto-ópticos e sensores de corrente de fibra óptica. Devido ao seu grande momento magnético e baixo coeficiente de absorção nas faixas visível e infravermelha, os íons Tb3+ tornaram-se íons de terras raras comumente utilizados em vidros magneto-ópticos.
Liga ferromagnetostritiva de térbio disprósio
No final do século XX, com o aprofundamento contínuo da revolução tecnológica mundial, novos materiais de aplicação de terras raras surgiam rapidamente. Em 1984, a Universidade Estadual de Iowa, o Laboratório Ames do Departamento de Energia dos EUA e o Centro de Pesquisa de Armas de Superfície da Marinha dos EUA (de onde veio a principal equipe da posteriormente estabelecida Edge Technology Corporation (ET REMA)) colaboraram para desenvolver um novo material inteligente de terras raras, o material magnetostritivo ferromagnético de térbio disprósio. Este novo material inteligente possui excelentes características de conversão rápida de energia elétrica em energia mecânica. Os transdutores subaquáticos e eletroacústicos feitos deste material magnetostritivo gigante foram configurados com sucesso em equipamentos navais, alto-falantes de detecção de poços de petróleo, sistemas de controle de ruído e vibração e sistemas de exploração oceânica e comunicação subterrânea. Portanto, assim que o material magnetostritivo gigante de ferro de térbio disprósio nasceu, ele recebeu ampla atenção de países industrializados ao redor do mundo. A Edge Technologies nos Estados Unidos começou a produzir materiais magnetostritivos gigantes de ferro de térbio disprósio em 1989 e os chamou de Terfenol D. Posteriormente, Suécia, Japão, Rússia, Reino Unido e Austrália também desenvolveram materiais magnetostritivos gigantes de ferro de térbio disprósio.
Da história do desenvolvimento deste material nos Estados Unidos, tanto a invenção do material quanto suas primeiras aplicações monopolísticas estão diretamente relacionadas à indústria militar (como a Marinha). Embora os departamentos militares e de defesa da China estejam gradualmente fortalecendo sua compreensão deste material, com o significativo aumento da força nacional abrangente da China, a demanda por uma estratégia militar competitiva para o século XXI e a melhoria dos níveis de equipamento serão definitivamente muito urgentes. Portanto, o uso generalizado de materiais magnetostritivos gigantes de ferro de térbio disprósio pelos departamentos militares e de defesa nacional será uma necessidade histórica.
Em suma, as muitas propriedades excelentes detérbioTornam-no um membro indispensável de muitos materiais funcionais e uma posição insubstituível em alguns campos de aplicação. No entanto, devido ao alto preço do térbio, as pessoas têm estudado como evitar e minimizar o uso de térbio a fim de reduzir os custos de produção. Por exemplo, materiais magneto-ópticos de terras raras também devem usar materiais de baixo custo.ferro disprósiocobalto ou gadolínio térbio cobalto o máximo possível; Tente reduzir o teor de térbio no pó fluorescente verde que deve ser utilizado. O preço tornou-se um fator importante que restringe o uso generalizado detérbio. Mas muitos materiais funcionais não podem prescindir dele, por isso temos que aderir ao princípio de “usar aço de boa qualidade na lâmina” e tentar economizar o uso detérbiotanto quanto possível.
Horário de publicação: 25 de outubro de 2023