Iterb: liczba atomowa 70, masa atomowa 173,04, nazwa pierwiastka pochodzi od miejsca jego odkrycia. ZawartośćiterbW skorupie ziemskiej zawartość tego pierwiastka wynosi 0,000266% i występuje głównie w złożach fosforytów i czarnego, rzadkiego złota, natomiast zawartość monacytu wynosi 0,03% i występuje w nim 7 naturalnych izotopów.
Odkrywanie historii
Odkryto przez: Marinak
Czas: 1878
Lokalizacja: Szwajcaria
W 1878 roku szwajcarscy chemicy Jean Charles i G Marignac odkryli nowy pierwiastek ziem rzadkich w postaci „erbu”. W 1907 roku Ulban i Weils wskazali, że Marignac wydzielił mieszaninę tlenku lutetu i tlenku iterbu. Na pamiątkę małej wioski o nazwie Yteerby niedaleko Sztokholmu, gdzie odkryto rudę itru, nowy pierwiastek nazwano Ytterbium i oznaczono symbolem Yb.
Konfiguracja elektronowa
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14
Metal
Iterb metalicznyjest srebrzystoszary, ciągliwy i ma miękką teksturę. W temperaturze pokojowej iterb może być powoli utleniany przez powietrze i wodę.
Istnieją dwie struktury krystaliczne: α- Typ jest sześciennym układem krystalicznym o ścianach centrowanych (temperatura pokojowa -798 ℃); β- Typ jest sześcienną siecią o ciałach centrowanych (powyżej 798 ℃). Temperatura topnienia 824 ℃, temperatura wrzenia 1427 ℃, gęstość względna 6,977 (typ α), 6,54 (typ β).
Nierozpuszczalny w zimnej wodzie, rozpuszczalny w kwasach i ciekłym amoniaku. Jest dość stabilny w powietrzu. Podobnie jak samar i europ, iterb należy do pierwiastków ziem rzadkich o zmiennej wartościowości i może również występować w dodatnim stanie dwuwartościowym, oprócz tego, że jest zwykle trójwartościowy.
Ze względu na tę zmienną charakterystykę wartościowości, przygotowanie iterbu metalicznego nie powinno być przeprowadzane przez elektrolizę, ale metodą destylacji redukcyjnej w celu przygotowania i oczyszczenia. Zwykle,metal lantanowyjest stosowany jako środek redukujący do destylacji redukcyjnej, wykorzystując różnicę między wysokim ciśnieniem pary metalu iterbu i niskim ciśnieniem pary metalu lantanu. Alternatywnie,tul, iterb, Ilutetkoncentraty mogą być używane jako surowce, a metaliczny lantan może być używany jako środek redukujący. W warunkach wysokiej temperatury próżni >1100 ℃ i <0,133 Pa, metaliczny iterb może być bezpośrednio ekstrahowany przez destylację redukcyjną. Podobnie jaksamarIeurop,iterb można również oddzielić i oczyścić poprzez redukcję na mokro. Zazwyczaj jako surowce stosuje się koncentraty tulu, iterbu i lutetu. Po rozpuszczeniu iterb jest redukowany do stanu dwuwartościowego, co powoduje znaczne różnice we właściwościach, a następnie oddzielany od innych trójwartościowych pierwiastków ziem rzadkich. Produkcja tlenku iterbu o wysokiej czystości jest zazwyczaj przeprowadzana metodą chromatografii ekstrakcyjnej lub metodą wymiany jonowej
Aplikacja
Stosowany do produkcji stopów specjalnych.Stopy iterbuznalazły zastosowanie w medycynie stomatologicznej w eksperymentach metalurgicznych i chemicznych.
W ostatnich latach iterb odkryto i szybko rozwinięto w dziedzinie komunikacji światłowodowej i technologii laserowej.
Wraz z budową i rozwojem „autostrady informacyjnej” sieci komputerowe i dalekosiężne systemy transmisji światłowodowej mają coraz wyższe wymagania co do wydajności materiałów światłowodowych stosowanych w komunikacji optycznej. Jony iterbu, ze względu na swoje doskonałe właściwości spektralne, mogą być stosowane jako materiały wzmacniające włókna do komunikacji optycznej, podobnie jakerbItul. Chociaż pierwiastek ziem rzadkich erb jest nadal głównym graczem w przygotowaniu wzmacniaczy światłowodowych, tradycyjne włókna kwarcowe domieszkowane erbem mają małą szerokość pasma wzmocnienia (30 nm), co utrudnia spełnienie wymagań szybkiej i dużej przepustowości transmisji informacji. Jony Yb3+ mają znacznie większy przekrój absorpcji niż jony Er3+ około 980 nm. Poprzez efekt uwrażliwiający Yb3+ i transfer energii erbu i iterbu, światło 1530 nm może zostać znacznie wzmocnione, tym samym znacznie poprawiając wydajność wzmocnienia światła.
W ostatnich latach badacze coraz bardziej preferują szkło fosforanowe domieszkowane erbem i iterbem. Szkła fosforanowe i fluorofosforanowe mają dobrą stabilność chemiczną i termiczną, a także szeroką transmisję w podczerwieni i duże nierównomierne właściwości rozszerzania, co czyni je idealnymi materiałami do szerokopasmowego i wysokowydajnego wzmacniania włókien szklanych domieszkowanych erbem. Wzmacniacze światłowodowe domieszkowane Yb3+ mogą osiągnąć wzmocnienie mocy i wzmocnienie małego sygnału, co czyni je odpowiednimi do takich dziedzin, jak czujniki światłowodowe, komunikacja laserowa w wolnej przestrzeni i wzmacnianie ultrakrótkich impulsów. Chiny zbudowały obecnie największą na świecie pojemność pojedynczego kanału i najszybszy optyczny system transmisji i mają najszerszą autostradę informacyjną na świecie. Wzmacniacze światłowodowe domieszkowane iterbem i innymi domieszkowanymi pierwiastkami ziem rzadkich oraz materiały laserowe odgrywają w nich kluczową i znaczącą rolę.
Charakterystyka widmowa iterbu jest również wykorzystywana jako wysokiej jakości materiały laserowe, zarówno jako kryształy laserowe, szkła laserowe, jak i lasery światłowodowe. Jako materiał laserowy o dużej mocy, kryształy laserowe domieszkowane iterbem utworzyły ogromną serię, w tym domieszkowane iterbemitr aluminiumgranat (Yb: YAG), domieszkowany iterbemgadolingranat galowy (Yb: GGG), fluorofosforan wapnia domieszkowany iterbem (Yb: FAP), fluorofosforan strontu domieszkowany iterbem (Yb: S-FAP), wanadan itru domieszkowany iterbem (Yb: YV04), boran domieszkowany iterbem i krzemian. Laser półprzewodnikowy (LD) to nowy typ źródła pompującego dla laserów ciała stałego. Yb:YAG ma wiele cech odpowiednich do pompowania LD o dużej mocy i stał się materiałem laserowym do pompowania LD o dużej mocy. Kryształ Yb:S-FAP może być w przyszłości używany jako materiał laserowy do laserowej syntezy jądrowej, co przyciągnęło uwagę ludzi. W kryształach laserów strojonych występuje chrom, iterb, holm, itr, glin, gal, granat (Cr, Yb, Ho: YAGG) o długości fali od 2,84 do 3,05 μ. Ciągła regulacja między m. Według statystyk większość głowic podczerwonych stosowanych w pociskach na całym świecie wykorzystuje 3-5 μ. Dlatego rozwój laserów Cr, Yb, Ho: YSGG może zapewnić skuteczną interferencję dla środków zaradczych broni kierowanej w średniej podczerwieni i ma ważne znaczenie wojskowe. Chiny osiągnęły szereg innowacyjnych wyników na międzynarodowym poziomie zaawansowanym w dziedzinie kryształów laserowych domieszkowanych iterbem (Yb: YAG, Yb: FAP, Yb: SFAP itp.), rozwiązując kluczowe technologie, takie jak wzrost kryształów i szybkie, impulsowe, ciągłe i regulowane wyjście laserowe. Wyniki badań znalazły zastosowanie w obronie narodowej, przemyśle i inżynierii naukowej, a produkty krystaliczne domieszkowane iterbem zostały wyeksportowane do wielu krajów i regionów, m.in. do Stanów Zjednoczonych i Japonii.
Inną ważną kategorią materiałów laserowych iterbu jest szkło laserowe. Opracowano różne szkła laserowe o wysokiej emisji przekroju, w tym telluryn germanu, niobian krzemu, boran i fosforan. Ze względu na łatwość formowania szkła można je wytwarzać w dużych rozmiarach i ma takie cechy, jak wysoka transmisja światła i wysoka jednorodność, co umożliwia produkcję laserów dużej mocy. Znane szkło laserowe z metali ziem rzadkich było dawniej głównieneodymowyszkło, które ma ponad 40-letnią historię rozwoju i dojrzałą technologię produkcji i zastosowań. Zawsze było preferowanym materiałem do urządzeń laserowych dużej mocy i było używane w eksperymentalnych urządzeniach do fuzji jądrowej i broni laserowej. Urządzenia laserowe dużej mocy zbudowane w Chinach, składające się z laseraneodymowyszkło jako główne medium laserowe, osiągnęły światowy poziom zaawansowania. Ale szkło neodymowe laserowe staje teraz przed potężnym wyzwaniem ze strony szkła iterbowego laserowego.
W ostatnich latach wiele badań wykazało, że wiele właściwości szkła laserowego iterbowego przewyższa właściwościneodymowyszkło. Ze względu na fakt, że luminescencja domieszkowana iterbem ma tylko dwa poziomy energii, wydajność magazynowania energii jest wysoka. Przy tym samym wzmocnieniu szkło iterbowe ma wydajność magazynowania energii 16 razy wyższą niż szkło neodymowe i czas życia fluorescencji 3 razy dłuższy niż szkło neodymowe. Ma również zalety, takie jak wysokie stężenie domieszkowania, szerokość pasma absorpcji i może być bezpośrednio pompowane przez półprzewodniki, co czyni je bardzo odpowiednim do laserów dużej mocy. Jednak praktyczne zastosowanie szkła laserowego iterbowego często polega na pomocy neodymu, takiej jak użycie Nd3+ jako sensybilizatora, aby szkło laserowe iterbowe działało w temperaturze pokojowej, a emisja lasera μ jest osiągana przy długości fali m. Tak więc iterb i neodym są zarówno konkurentami, jak i partnerami współpracującymi w dziedzinie szkła laserowego.
Poprzez dostosowanie składu szkła można poprawić wiele właściwości luminescencyjnych szkła laserowego iterbu. Wraz z rozwojem laserów dużej mocy jako głównego kierunku, lasery wykonane ze szkła laserowego iterbu są coraz szerzej stosowane w nowoczesnym przemyśle, rolnictwie, medycynie, badaniach naukowych i zastosowaniach wojskowych.
Zastosowanie wojskowe: Wykorzystanie energii generowanej przez syntezę jądrową jako energii zawsze było oczekiwanym celem, a osiągnięcie kontrolowanej syntezy jądrowej będzie ważnym środkiem dla ludzkości w rozwiązywaniu problemów energetycznych. Szkło laserowe domieszkowane iterbem staje się preferowanym materiałem do osiągania ulepszeń syntezy inercyjnej (ICF) w XXI wieku ze względu na doskonałe parametry lasera.
Broń laserowa wykorzystuje ogromną energię wiązki laserowej do uderzania i niszczenia celów, generując temperatury miliardów stopni Celsjusza i atakując bezpośrednio z prędkością światła. Można je nazwać Nadana i mają dużą śmiertelność, szczególnie nadają się do nowoczesnych systemów uzbrojenia obrony powietrznej w wojnie. Doskonałe osiągi szkła laserowego domieszkowanego iterbem uczyniły je ważnym materiałem podstawowym do produkcji broni laserowej o dużej mocy i wysokiej wydajności.
Laser światłowodowy to szybko rozwijająca się nowa technologia, która również należy do dziedziny zastosowań szkła laserowego. Laser światłowodowy to laser, który wykorzystuje włókno jako medium laserowe, które jest produktem połączenia technologii światłowodowej i laserowej. Jest to nowa technologia laserowa opracowana na podstawie technologii wzmacniacza światłowodowego domieszkowanego erbem (EDFA). Laser światłowodowy składa się z półprzewodnikowej diody laserowej jako źródła pompującego, światłowodowego falowodu i ośrodka wzmocnienia oraz elementów optycznych, takich jak włókna kratowe i sprzęgacze. Nie wymaga mechanicznej regulacji ścieżki optycznej, a mechanizm jest kompaktowy i łatwy do zintegrowania. W porównaniu z tradycyjnymi laserami półprzewodnikowymi i laserami półprzewodnikowymi ma zalety technologiczne i wydajnościowe, takie jak wysoka jakość wiązki, dobra stabilność, duża odporność na zakłócenia środowiskowe, brak regulacji, brak konserwacji i zwarta konstrukcja. Ze względu na fakt, że domieszkowane jony to głównie Nd+3, Yb+3, Er+3, Tm+3, Ho+3, z których wszystkie wykorzystują włókna ziem rzadkich jako ośrodek wzmocnienia, laser światłowodowy opracowany przez firmę można również nazwać laserem światłowodowym ziem rzadkich.
Zastosowanie lasera: Wysokiej mocy domieszkowany iterbem dwuwarstwowy laser światłowodowy stał się w ostatnich latach gorącym polem w technologii laserów półprzewodnikowych na świecie. Ma zalety dobrej jakości wiązki, zwartej struktury i wysokiej wydajności konwersji oraz szerokie perspektywy zastosowań w przetwórstwie przemysłowym i innych dziedzinach. Podwójnie pokryte włókna domieszkowane iterbem nadają się do pompowania laserowego półprzewodników, z wysoką wydajnością sprzęgania i wysoką mocą wyjściową lasera i są głównym kierunkiem rozwoju włókien domieszkowanych iterbem. Chińska technologia włókien domieszkowanych iterbem dwuwarstwowym nie dorównuje już zaawansowanemu poziomowi krajów zagranicznych. Włókno domieszkowane iterbem, włókno domieszkowane iterbem dwuwarstwowym i włókno domieszkowane erbem i iterbem współwarstwowym opracowane w Chinach osiągnęły zaawansowany poziom podobnych produktów zagranicznych pod względem wydajności i niezawodności, mają przewagę kosztową i mają podstawowe opatentowane technologie dla wielu produktów i metod.
Znana na całym świecie niemiecka firma laserowa IPG ogłosiła niedawno, że ich nowo wprowadzony system lasera światłowodowego domieszkowanego iterbem ma doskonałe właściwości wiązki, żywotność pompy ponad 50000 godzin, centralną długość fali emisji 1070 nm-1080 nm i moc wyjściową do 20 kW. Został on zastosowany do precyzyjnego spawania, cięcia i wiercenia skał.
Materiały laserowe są rdzeniem i fundamentem rozwoju technologii laserowej. W branży laserowej zawsze mówiono, że „jedno pokolenie materiałów, jedno pokolenie urządzeń”. Aby opracować zaawansowane i praktyczne urządzenia laserowe, konieczne jest najpierw posiadanie wysokowydajnych materiałów laserowych i zintegrowanie innych istotnych technologii. Kryształy laserowe domieszkowane iterbem 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 syntezy jądrowej o dużej mocy, lasery z płytkami uderzeniowymi o dużej energii i lasery z bronią o dużej energii.
Ponadto iterb jest również stosowany jako aktywator proszku fluorescencyjnego, ceramika radiowa, dodatki do elektronicznych komponentów pamięci komputerowej (pęcherzyki magnetyczne) i dodatki do szkła optycznego. Należy zauważyć, że itr i itr są pierwiastkami ziem rzadkich. Chociaż istnieją znaczne różnice w angielskich nazwach i symbolach pierwiastków, chiński alfabet fonetyczny ma te same sylaby. W niektórych chińskich tłumaczeniach itr jest czasami błędnie określany jako yttrium. W tym przypadku musimy prześledzić oryginalny tekst i połączyć symbole pierwiastków, aby to potwierdzić.
Czas publikacji: 13-09-2023