Magiczny element ziemi rzadkiej: Ytterbium

Iterb: Numer atomowy 70, waga atomowa 173.04, nazwa elementu pochodząca z jego lokalizacji odkrycia. Zawartość Ytterbium w skórce wynosi 0,000266%, głównie obecna w złożach fosforowych i czarnych rzadkich złotych. Treść w monazicie wynosi 0,03%, a jest 7 naturalnych izotopów

Odkryty

Przez: Marinak

Czas: 1878

Lokalizacja: Szwajcaria

W 1878 r. Szwajcarscy chemicy Jean Charles i G Marignac odkryli nowy pierwiastek ziem rzadkich w „Erbium”. W 1907 r. Ulban i Weils zwrócili uwagę, że Marignac oddzielił mieszaninę tlenku lutetium i tlenku Ytterbium. Ku pamięci małej wioski o nazwie Yteerby w pobliżu Sztokholmu, gdzie odkryto rudę itrium, ten nowy element został nazwany Ytterbium z symbolem YB.

Konfiguracja elektronów

Konfiguracja elektronów
1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D10 4P6 5S2 4D10 5P6 6S2 4F14

Metal

Metaliczny itterbium jest srebrny szary, plastyczny i ma miękką konsystencję. W temperaturze pokojowej itterbium można powoli utleniać przez powietrze i wodę.

Istnieją dwie struktury krystaliczne: α- Typ jest skoncentrowanym na twarzy system kryształów sześciennych (temperatura pokojowa -798 ℃); β- Typ jest ciałem skoncentrowanym na ciele (powyżej 798 ℃) sieci. Temperatura topnienia 824 ℃, temperatura wrzenia 1427 ℃, gęstość względna 6.977 （α-typ), 6,54 （β-β).

Nierozpuszczalny w zimnej wodzie, rozpuszczalny w kwasach i ciekłym amoniaku. Jest dość stabilny w powietrzu. Podobnie jak Samarium i Europu, Ytterbium należy do zmiennej wartości walencyjnej rzadkiej ziemi, a także może być w pozytywnym stanie, oprócz zwykle trójwartościowej.

Ze względu na tę charakterystykę zmiennej walencyjności przygotowanie metalicznego itterbium nie powinno być przeprowadzane przez elektrolizę, ale metodą destylacji redukcji do przygotowania i oczyszczania. Zwykle metal lantanowy jest stosowany jako środek redukujący do destylacji redukcji, wykorzystując różnicę między wysokim ciśnieniem pary metalu Ytterbium a niskim ciśnieniem pary metalu lantanowego. Alternatywnie,tul, iterb, IlutetiumKoncentraty mogą być stosowane jako surowce iMetal Lantanummoże być stosowany jako środek redukujący. W warunkach próżniowych o wysokiej temperaturze> 1100 ℃ i <0,133PA metal itterbium można bezpośrednio ekstrahować przez destylację redukcji. Podobnie jak Samarium i Europium, Ytterbium można również oddzielić i oczyszczać poprzez redukcję mokrej. Zwykle koncentraty Thulium, Ytterbium i Luteium są stosowane jako surowce. Po rozwiązaniu Ytterbium jest zredukowane do stanu dwuwartościowego, powodując znaczące różnice we właściwościach, a następnie oddziela się od innych trójwartościowych ziem rzadkich. Produkcja wysokiej czystościTlenek itterbiumjest zwykle przeprowadzany metodą chromatografii ekstrakcji lub metody wymiany jonowej。

Aplikacja

Używane do produkcji specjalnych stopów. Stopy Ytterbium zastosowano w medycynie dentystycznej do eksperymentów metalurgicznych i chemicznych.

W ostatnich latach Ytterbium pojawił się i szybko rozwinął się w dziedzinie komunikacji światłowodowej i technologii laserowej.

Wraz z budową i opracowaniem „autostrady informacyjnej” sieci komputerowe i systemy transmisji światłowodowej na duże odległości mają coraz większe wymagania dotyczące wydajności materiałów światłowodowych używanych w komunikacji optycznej. Jony Ytterbium, ze względu na ich doskonałe właściwości spektralne, mogą być stosowane jako materiały do ​​amplifikacji włókien do komunikacji optycznej, podobnie jak Erbium i Thulium. Chociaż Erbium Rzorym Ziemi jest nadal głównym graczem w przygotowaniu wzmacniaczy włókien, tradycyjne włókna kwarcowe domieszkowane Erbi mają niewielką przepustowość (30 nm), co utrudnia spełnienie wymagań dotyczących transmisji informacji o dużej prędkości i o dużej pojemności. Jony YB3+mają znacznie większy przekrój absorpcji niż jony ER3+około 980 nm. Poprzez efekt uczulenia YB3+i przenoszenie energii Erbium i Ytterbium światło 1530 Nm może zostać znacznie zwiększone, tym samym znacznie poprawiając wydajność wzmocnienia światła.

W ostatnich latach Erbium Ytterbium Co Dopatowane szklanki fosforanowe jest coraz bardziej uprzywilejowane przez naukowców. Szklanki fosforanowe i fluorofosforanowe mają dobrą stabilność chemiczną i termiczną, a także szeroką transmitancję w podczerwieni i duże nierównomierne charakterystyki poszerzenia, co czyni je idealnymi materiałami do łącznika szerokopasmowego i wysokiego wzmocnienia szkła wzmacniającego Erbi. Wzmacniacze włókien domieszkowanych YB3+mogą osiągnąć wzmocnienie mocy i amplifikację małego sygnału, dzięki czemu są odpowiednie dla pól, takich jak czujniki światłowodowe, komunikacja laserowa wolnej przestrzeni i ultra krótkie impuls. Chiny budowały obecnie największą na świecie pojemność jednokanałową i najszybszą prędkość optyczną transmisję i mają najszerszą autostradę informacyjną na świecie. Domieszkowane i inne wzmacniacze włókien i materiałów laserowych domieszkowane przez ytterbium odgrywają w nich kluczową i znaczącą rolę.

Charakterystyka spektralna itterbium jest również stosowana jako wysokiej jakości materiały laserowe, zarówno jako kryształy laserowe, szklanki laserowe i lasery światłowodowe. Jako materiał laserowy o dużej mocy, kryształy laserowe domieszkowane przez Ytterbium utworzyły ogromną serię, w tym granat galetowy Ytterbium Aluminium (YB: YAG), Gadolin Gadolinium Galnet (YB: GGG), ytterbium fluorofosforanem (YB: FAP), STRONTIUM), STRONTIUM) Fluorofosforan (YB: S-SPA), wanadan Ytterbium Jttrium (YB: YV04), boran dominowany przez Ytterbium i krzemian. Laser półprzewodnikowy (LD) to nowy rodzaj źródła pompy dla laserów w stanie stałym. YB: YAG ma wiele cech odpowiednich do pompowania LD o dużej mocy i stał się materiałem laserowym do pompowania LD o dużej mocy. YB: Kryształ S-SPAP może być stosowany jako materiał laserowy do laserowej fuzji jądrowej w przyszłości, co przyciągnęło uwagę ludzi. W dostrajalnych kryształach laserowych znajduje się chrom ytterbium holmium galium galnet gali (CR, YB, HO: YAGG) z długościami fal od 2,84 do 3,05 μ w sposób ciągły regulowany między M. Zgodnie z statystykami większość głowic podczerwieni używanych w pociskach na całym świecie wykorzystuje 3-5 μm, dlatego rozwój laserów CR, YB, Ho: YSGG może zapewnić skuteczną ingerencję w środki przeciwdziałania broni przewodnie w podczerwieni i ma ważne znaczenie wojskowe. Chiny osiągnęły szereg innowacyjnych wyników z międzynarodowym zaawansowanym poziomem w dziedzinie domieszkowanych przez Ytterbium kryształów laserowych (YB: YAG, YB: FAP, YB: SFAP itp.), Rozwiązywanie kluczowych technologii, takich jak wzrost kryształów i szybki, impuls, impuls, ciągły i regulacyjny. Wyniki badań zostały zastosowane w obronie narodowej, przemysłu i inżynierii naukowej, a produkty kryształowe domieszkowane przez Ytterbium zostały wyeksportowane do wielu krajów i regionów, takich jak Stany Zjednoczone i Japonia.

Kolejną główną kategorią materiałów laserowych Ytterbium jest szkło laserowe. Opracowano różne szklanki laserowe o wysokiej emisji, w tym german tellurite, krzemowy niobate, boran i fosforan. Ze względu na łatwość listwy szklanej można go wykonać w duże rozmiary i ma takie cechy, jak wysoka transmitancja światła i wysoka jednorodność, co umożliwia wytwarzanie laserów o dużej mocy. Znane szkło laserowe ziem rzadkich było głównie szkłem neodymowym, które ma ponad 40 lat w historii rozwoju oraz dojrzałej technologii produkcji i zastosowania. Zawsze był to preferowany materiał dla urządzeń laserowych o dużej mocy i był używany w urządzeniach eksperymentalnych fuzji jądrowej i broni laserowej. Urządzenia laserowe o dużej mocy zbudowane w Chinach, składające się z laserowego neodymowego szkła jako głównego medium laserowego, osiągnęły zaawansowany poziom świata. Ale laserowe szkło neodymowe stoi teraz przed potężnym wyzwaniem ze szkła laserowego itterbium.

W ostatnich latach wiele badań wykazało, że wiele właściwości szklanki laserowego itterbium przekracza właściwości szkła neodymu. Ze względu na fakt, że luminescencja domieszkowana przez Ytterbium ma tylko dwa poziomy energii, wydajność magazynowania energii jest wysoka. Przy takim samym zysku szkło Ytterbium ma wydajność magazynowania energii 16 razy wyższą niż szkło neodymu i żywotność fluorescencyjną 3 razy większą niż szkło neodymowe. Ma również zalety, takie jak wysokie stężenie domieszkowania, przepustowość absorpcji i może być bezpośrednio pompowany przez półprzewodniki, co czyni go bardzo odpowiednim dla laserów o dużej mocy. Jednak praktyczne zastosowanie szkła laserowego Ytterbium często opiera się na pomocy neodymu, na przykład stosowania ND3+jako uwrażliwionego do wykonania szkła laserowego Ytterbium w temperaturze pokojowej, a emisja laserowa μ osiąga się przy długości fali M. Tak więc Ytterbium i Neodymum są zarówno konkurentami, jak i partnerami współpracującymi w dziedzinie szkła laserowego.

Poprzez regulację składu szkła można poprawić wiele właściwości luminescencyjnych szkła laserowego itterbium. Wraz z rozwojem laserów o dużej mocy jako głównym kierunkiem, lasery wykonane ze szkła laserowego Ytterbium są coraz powszechnie stosowane we współczesnym przemyśle, rolnictwie, medycynie, badaniach naukowych i zastosowaniach wojskowych.

Zastosowanie wojskowe: Wykorzystanie energii wytwarzanej przez fuzję jądrową jako energię zawsze była oczekiwanym celem, a osiągnięcie kontrolowanej fuzji jądrowej będzie ważnym sposobem na rozwiązanie problemów energetycznych. Szkło laserowe domieszkowane przez Ytterbium staje się preferowanym materiałem do osiągnięcia ulepszeń fuzji bezwładności (ICF) w XXI wieku ze względu na doskonałą wydajność laserową.

Broń laserowa wykorzystuje ogromną energię wiązki laserowej do uderzenia i niszczenia celów, generując temperatury miliardów stopni Celsjusza i bezpośrednio atakując z prędkością światła. Można je nazywać Nadana i mają wielką śmiertelność, szczególnie odpowiednich do nowoczesnych systemów broni obrony powietrznej w wojnie. Doskonała wydajność szklanki laserowej domieszkowanego przez Ytterbium stała się ważnym podstawowym materiałem do produkcji broni laserowej o dużej mocy i wysokiej wydajności.

Laser światłowodowy jest szybko rozwijającą się nową technologią, a także należy do dziedziny zastosowań szklanych laserowych. Laser światłowodowy to laser, który wykorzystuje światłowód jako medium laserowe, które jest produktem kombinacji technologii światłowodowej i laserowej. Jest to nowa technologia laserowa opracowana na podstawie technologii Erbi Doped Fibre Amplifier (EDFA). Laser światłowodowy składa się z półprzewodnikowej diody laserowej jako źródło pompy, falowodu światłowodowego i pożywki wzmocnienia oraz komponentów optycznych, takich jak włókna siatkowe i łączniki. Nie wymaga mechanicznej regulacji ścieżki optycznej, a mechanizm jest kompaktowy i łatwy do zintegrowania. W porównaniu z tradycyjnymi laserami w stanie stałym i laserami półprzewodników ma zalety technologiczne i wydajności, takie jak wysokiej jakości wiązki, dobra stabilność, silna odporność na zakłócenia środowiska, brak regulacji, bez konserwacji i zwartą strukturę. Ze względu na fakt, że jony domieszkowane są głównie ND+3, YB+3, ER+3, TM+3, HO+3, z których wszystkie wykorzystują włókna ziem rzadkich jako media, laser światłowodowy opracowany przez firmę może być również nazywany laserem z włókna ziem rzadkich.

Zastosowanie laserowe: Laser podwójnego okładziny z dopchnięciem o dużej mocy stał się gorącym dziedziną w technologii laserowej w stanie stałym na arenie międzynarodowej w ostatnich latach. Ma zalety dobrej jakości wiązki, zwartej struktury i wysokiej wydajności konwersji oraz ma szerokie perspektywy zastosowania w przetwarzaniu przemysłowym i innych dziedzinach. Włókna z domieszkowanym podwójnym ubraniem podwójnym ubraniami są odpowiednie do półprzewodników pompowania lasera, o wysokiej wydajności sprzęgania i wysokiej mocy wyjściowej laserowej, i są głównym kierunkiem rozwoju włókien domieszkowanych przez Ytterbium. Technologia włókien domieszkowanych podwójnie w Chinach nie jest już na równi z zaawansowanym poziomem obcych krajów. Włókno domieszkowane przez Ytterbium, włókno domieszkowane podwójnie ubrane w łyżce, oraz włókno domowe Erbium CO, opracowane w Chinach, osiągnęły zaawansowany poziom podobnych produktów zagranicznych pod względem wydajności i niezawodności, mają korzyści kosztowe i mają podstawowe opatentowane technologie dla wielu produktów i metod.

Świateczna niemiecka niemiecka firma laserowa IPG ogłosiła niedawno, że ich nowo uruchomiony system laserowy z domieszkowanym światłowodem Ytterbium ma doskonałe charakterystykę wiązki, żywotność pompy wynoszącą ponad 50000 godzin, centralną długość fali emisji wynoszącą 1070 nm-1080 nm i moc wyjściową do 20 kW. Został zastosowany w drobnym spawaniu, cięciu i wierceniu skalnym.

Materiały laserowe są podstawą i podstawą rozwoju technologii laserowej. W branży laserowej zawsze było powiedzenie, że „jedna generacja materiałów, jedna generacja urządzeń”. Aby opracować zaawansowane i praktyczne urządzenia laserowe, konieczne jest najpierw posiadanie wysokowydajnych materiałów laserowych i zintegrowanie innych odpowiednich technologii. Kryształy laserowe domieszkowane przez Ytterbium i szkło laserowe, jako nowa siła stałych materiałów laserowych, promują innowacyjny rozwój komunikacji światłowodowej i technologii laserowej, szczególnie w najnowocześniejszych technologiach laserowych, takich jak lasery fuzyjne o dużej mocy, lasery fuzyjne o wysokiej energii.

Ponadto Ytterbium jest również stosowany jako fluorescencyjny aktywator proszku, ceramika radiowa, dodatki do elektronicznych komponentów pamięci komputerowej (bąbelki magnetyczne) i optyczne dodatki szkła. Należy zauważyć, że zarówno Yttrium i Yttrium są elementami ziem rzadkich. Chociaż istnieją znaczące różnice w nazwach angielskich i symbole elementów, chiński alfabet fonetyczny ma te same sylaby. W niektórych chińskich tłumaczeniach itrium jest czasem błędnie określane jako Yttrium. W takim przypadku musimy prześledzić oryginalny tekst i połączyć symbole elementów, aby potwierdzić.