Čarobni redki zemeljski element: ytterbium

Ytterbium: atomska številka 70, atomska teža 173.04, ime elementa, ki izhaja iz njegove lokacije odkritja. Vsebnost ytterbiuma v skorji je 0,000266%, v glavnem je prisotna v fosforitu in črnih redkih nahajališčih zlata. Vsebnost v Monazitu znaša 0,03%, na voljo pa je 7 naravnih izotopov

Odkrito

Avtor: Marinak

Čas: 1878

Lokacija: Švica

Leta 1878 sta švicarska kemika Jean Charles in G Marignac v filmu "Erbium" odkrila nov redki zemeljski element. Leta 1907 sta Ulban in Weils poudarila, da je Marignac ločil mešanico lutejskega oksida in ytterbijevega oksida. V spomin na majhno vas z imenom Yteerby v bližini Stockholma, kjer je bila odkrita ruda Yttrium, je bil ta novi element poimenovan ytterbium s simbolom YB.

Konfiguracija elektronov

Konfiguracija elektronov
1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D10 4P6 5S2 4D10 5P6 6S2 4F14

Kovina

Kovinski ytterbium je srebrno siv, nodularen in ima mehko teksturo. Pri sobni temperaturi lahko ytterbium počasi oksidiramo z zrakom in vodo.

Obstajata dve kristalni strukturi: α- Vrsta je kubični kristalni sistem, osredotočen na obraz (sobna temperatura -798 ℃); β- Vrsta je kubična (nad 798 ℃) rešetko. Tališče 824 ℃, vrelišča 1427 ℃, relativna gostota 6,977 （α- tipa), 6,54 （β-tipa).

Netopna v hladni vodi, topna v kislinah in tekočem amonijaku. V zraku je precej stabilen. Podobno kot Samarium in Europium, tudi Ytterbium spada v spremenljivo redko zemljo, poleg tega pa je lahko tudi v pozitivnem dvovalentnem stanju, poleg tega, da je običajno trivalentna.

Zaradi te spremenljive valenčne značilnosti ne smemo izvajati kovinskega ytterbija z elektrolizo, temveč z metodo redukcije destilacije za pripravo in čiščenje. Običajno se kovina Lanthanum uporablja kot redukcijsko sredstvo za destilacijo redukcije, pri čemer uporablja razliko med visokim parnim tlakom kovine ytterbium in nizkim parnim tlakom kovine lantanuma. Lahko pa,Thulium, ytterbiuminLutetijkoncentrate se lahko uporabljamo kot surovine inkovinski Lanthanumse lahko uporablja kot reducirsko sredstvo. V pogojih visoke temperature> 1100 ℃ in <0,133Pa lahko kovinski ytterbium neposredno ekstrahiramo z destilacijo redukcije. Tako kot Samarium in Europium lahko tudi ytterbium ločimo in očistimo z mokrim zmanjšanjem. Običajno se kot surovine uporabljajo koncentrati Thulium, Ytterbium in Lutetium. Po raztapljanju se ytterbium zmanjša na dvovalentno stanje, kar povzroči pomembne razlike v lastnostih in nato loči od drugih trivalentnih redkih zemlja. Proizvodnja visoke čistostiYtterbium oksidse običajno izvaja z ekstrakcijsko kromatografijo ali metodo ionske izmenjave。

Aplikacija

Uporablja se za izdelavo posebnih zlitin. Zlitine Ytterbium so bile uporabljene v zobni medicini za metalurške in kemične poskuse.

V zadnjih letih se je Ytterbium pojavil in hitro razvijal na področju optične komunikacije in laserske tehnologije.

Z gradnjo in razvojem „informacijske avtoceste“ imajo računalniška omrežja in sistemi za prenos optičnih vlaken na dolge razdalje vse bolj velike zahteve za delovanje materialov optičnih vlaken, ki se uporabljajo v optični komunikaciji. Ytterbium ioni se lahko zaradi odličnih spektralnih lastnosti uporabijo kot materiali za amplifikacijo vlaken za optično komunikacijo, tako kot Erbium in Thulium. Čeprav je Erbium redke zemeljske elemente še vedno glavni igralec pri pripravi ojačevalnikov vlaken, imajo tradicionalna kremenčeva vlakna, dopirana z erbijem, majhno pasovno širino (30 nm), kar otežuje izpolnjevanje zahtev prenosa informacij z visoko hitrostjo in visoko zmogljivostjo. Yb3+ioni imajo veliko večji absorpcijski presek kot ER3+ioni okoli 980nm. Z učinkom senzibilizacije YB3+in prenosom energije Erbiuma in Ytterbiuma je mogoče močno povečati, kar lahko močno izboljša, kar močno izboljša učinkovitost ojačanja svetlobe.

V zadnjih letih so raziskovalci vse pogosteje naklonjeni Erbium Ytterbium Co dopirani fosfatni steklo. Fosfatna in fluorofosfatna kozarca imajo dobro kemično in toplotno stabilnost, pa tudi široko infrardečo prepustnost in velike neenakomerne širitvene značilnosti, zaradi česar so idealni materiali za širokopasovno in visoko ojačeno erbijsko dopirano ojačevalno steklo. Ojačevalniki z dopiranimi vlakninami YB3+lahko dosežejo amplifikacijo moči in majhno amplifikacijo signala, zaradi česar so primerni za polja, kot so optični vlakni, lasersko komunikacijo prostega prostora in ultra kratka impulzna amplifikacija. Kitajska je trenutno zgradila največjo enotno zmogljivost na svetu in optični sistem za najhitrejšo hitrost in ima najširšo informacijsko avtocesto na svetu. Ytterbium dopiran in drugi redki zemeljski dopirani vlakni in laserski materiali igrajo ključno in pomembno vlogo v njih.

Spektralne značilnosti ytterbiuma se uporabljajo tudi kot visokokakovostni laserski materiali, tako kot laserski kristali, laserska očala kot laserji vlaken. Kot laserski material z visoko močjo so laserski kristali Ytterbium dopirali ogromno serijo, vključno z ytterbium doped yttrium aluminium granat (yb: yag), ytterbium doped gadolinium gallium garnet (yb: ggg), ytterbium doped cally fluorophate Stroncijev fluorofosfat (YB: S-FAP), ytterbium doped yttrium vanadat (yb: yv04), ytterbium dopirani borat in silikat. Polprevodniški laser (LD) je nova vrsta vira črpalke za laserje v trdnem stanju. YB: YAG ima veliko značilnosti, primernih za črpanje LD z visoko močjo in je postal laserski material za črpanje LD z visoko močjo. YB: S-Fap Crystal se lahko v prihodnosti uporablja kot laserski material za lasersko jedrsko fuzijo, ki je pritegnila pozornost ljudi. V nastavljivih laserskih kristalih je krom ytterbium holmium yttrium aluminijev galijev garnet (CR, YB, HO: YAGG) z valovnimi dolžinami, ki se gibljejo od 2,84 do 3,05 μ neprekinjeno nastavljive med m. Po statističnih podatkih večina infrardečih bojnih glav, ki se uporabljajo v raketah po vsem svetu, uporablja 3-5 μ, zato lahko razvoj CR, YB, HO: YSGG laserji zagotovijo učinkovito poseg za srednje infrardeče protiukrepe z orožjem in ima pomemben vojaški pomen. Kitajska je dosegla vrsto inovativnih rezultatov z mednarodno napredno raven na področju ytterbium dopiranih laserskih kristalov (YB: YAG, YB: FAP, YB: SFAP itd.), Shranili ključne tehnologije, kot so rast kristalov in laser hitra, impulzna, neprekinjena in nastavljiva proizvodnja. Rezultati raziskav so bili uporabljeni v nacionalni obrambi, industriji in znanstvenem inženiringu, kristalni proizvodi Ytterbium pa so bili izvoženi v več držav in regij, kot sta ZDA in Japonska.

Druga glavna kategorija laserskih materialov Ytterbium je lasersko steklo. Razvili so različna laserska kozarca z visokim emisijskim prerezom, vključno z nemškim teluritom, silicijevim niobatom, boratom in fosfatom. Zaradi enostavnosti oblikovanja stekla ga lahko naredite v velikih velikostih in ima značilnosti, kot sta prepustnost z visoko svetlobo in velika enotnost, kar omogoča proizvodnjo laserjev z veliko močjo. Znano redko zemeljsko lasersko steklo je bilo predvsem neodimijsko steklo, ki ima razvojno zgodovino več kot 40 let in zrelo proizvodnjo in tehnologijo uporabe. Vedno je bil najprimernejši material za laserske naprave z visoko močjo in se uporablja v eksperimentalnih napravah jedrske fuzije in laserskem orožju. Laserske naprave z visoko močjo, zgrajene na Kitajskem, ki jih sestavljajo laserski neodimijev steklo kot glavni laserski medij, so dosegle napredno raven na svetu. Toda lasersko neodimijsko steklo se zdaj sooča z močnim izzivom iz laserskega Ytterbium stekla.

V zadnjih letih je veliko raziskav pokazalo, da številne lastnosti laserskega ytterbium stekla presegajo lastnosti neodimijevega stekla. Zaradi dejstva, da ima ytterbium dopiran luminescence samo dve ravni energije, je učinkovitost shranjevanja energije visoka. Z istim dobičkom ima Ytterbium Glass učinkovitost shranjevanja energije 16 -krat večjo od neodimijevega stekla in življenjsko dobo fluorescence 3 -krat večje od neodimijevega stekla. Ima tudi prednosti, kot so visoka koncentracija dopinga, pasovna širina absorpcije, polprevodniki pa jo lahko neposredno črpajo, zaradi česar je zelo primeren za laserje z veliko močjo. Vendar pa se praktična uporaba laserskega stekla Ytterbium pogosto opira na pomoč neodimija, na primer uporaba ND3+kot senzibilizatorja za lasersko steklo Ytterbium deluje pri sobni temperaturi in μ laserske emisije dosežemo pri M valovni dolžini. Torej, Ytterbium in Neodimys sta tekmovalca in partnerja za sodelovanje na področju laserskega stekla.

S prilagoditvijo steklene sestave je mogoče izboljšati številne luminescentne lastnosti ytterbium laserskega stekla. Z razvojem laserjev z visoko močjo kot glavno smerjo se laserji iz laserskega stekla Ytterbium vedno bolj uporabljajo v sodobni industriji, kmetijstvu, medicini, znanstvenih raziskavah in vojaških aplikacijah.

Vojaška uporaba: Uporaba energije, ki jo ustvarja jedrska fuzija, saj je bila energija vedno pričakovani cilj, in doseganje nadzorovane jedrske fuzije bo pomembno sredstvo za človeštvo za reševanje energetskih težav. Lasersko steklo Ytterbium dopirano je najprimernejši material za doseganje nadgradenj inercialne zaprte fuzije (ICF) v 21. stoletju zaradi odlične laserske zmogljivosti.

Lasersko orožje uporablja ogromno energijo laserskega žarka za udarjanje in uničenje ciljev, kar ustvarja temperature milijard stopinj Celzija in neposredno napade s hitrostjo svetlobe. Lahko jih imenujemo Nadana in imajo veliko smrtnost, še posebej primerne za sodobne sisteme orožja za zračno obrambo v vojni. Odlična zmogljivost laserskega stekla Ytterbium je postala pomemben osnovni material za izdelavo laserskega orožja z visoko močjo in visoko zmogljivo.

Laser Fiber Laser je hitro razvijajočo se nova tehnologija in prav tako spada na področje uporabe laserskega stekla. Laser iz vlaken je laser, ki uporablja vlakna kot laserski medij, ki je produkt kombinacije tehnologije vlaken in laser. Gre za novo lasersko tehnologijo, razvito na podlagi tehnologije Erbium doped Fiber Amplifier (EDFA). Laser iz vlaken je sestavljen iz polprevodniške laserske diode kot vira črpalke, optičnega valovoda iz vlaken in sredstva za pridobivanje ter optičnih komponent, kot so rešetkanje vlaken in spojk. Ne potrebuje mehanske nastavitve optične poti, mehanizem pa je kompakten in ga je enostavno integrirati. V primerjavi s tradicionalnimi laserji in polprevodniškimi laserji ima tehnološke in uspešne prednosti, kot so kakovost visoke žarka, dobra stabilnost, močna odpornost na okoljske motnje, brez nastavitve, brez vzdrževanja in kompaktna struktura. Zaradi dejstva, da so dopirani ioni predvsem ND+3, YB+3, ER+3, TM+3, HO+3, vsi uporabljajo redke zemeljske vlakne kot medij, laser iz vlaken, ki ga je razvil podjetje, lahko imenujemo tudi redki laser za zemeljske vlakne.

Laserska aplikacija: Laser z dvojnim obloženim vlaknom z visoko močjo Ytterbium je v zadnjih letih postal vroče polje v trdni laserski tehnologiji. Ima prednosti dobre kakovosti žarka, kompaktne strukture in visoke učinkovitosti pretvorbe ter ima široke možnosti uporabe pri industrijski obdelavi in ​​drugih področjih. Dvojna oblečena ytterbium dopirana vlakna so primerna za polprevodniško lasersko črpanje, z visoko učinkovitostjo sklopke in visoko lasersko izhodno močjo ter so glavna razvojna smer Ytterbium dopiranih vlaken. Kitajska tehnologija z dvojnimi oblekami Ytterbium dopirana vlakna ni več enaka napredni ravni tujih držav. Ytterbium Doped vlakna, dvojna obleka Ytterbium Doped Fiber in Erbium Ytterbium Co doped vlakna, razvita na Kitajskem, so dosegla napredno raven podobnih tujih izdelkov glede na uspešnost in zanesljivost, imajo stroške in imajo temeljne patentirane tehnologije za več izdelkov in metod.

Svetovno znano nemško lasersko podjetje IPG je pred kratkim sporočilo, da ima njihov na novo predstavljeni laserski sistem Ytterbium doped vlaken odlične značilnosti snopa, življenjsko dobo črpalke v višini 50000 ur, osrednjo emisijsko valovno dolžino 1070Nm-1080nm in izhodno moč do 20KW. Uporablja se pri finem varjenju, rezanju in vrtanju po skalah.

Laserski materiali so jedro in temelj za razvoj laserske tehnologije. V laserski industriji je vedno obstajal pregovor, da je "ena generacija materialov, ena generacija naprav". Za razvoj naprednih in praktičnih laserskih naprav je treba najprej imeti visokozmogljive laserske materiale in vključiti druge ustrezne tehnologije. Ytterbium dopirani laserski kristali in lasersko steklo kot nova sila trdnih laserskih materialov spodbujajo inovativen razvoj optične komunikacije in laserske tehnologije, zlasti pri vrhunskih laserskih laserjih, kot so laserji z visoko energijo, in visokoenergijske laserje in visokoenergijske laserje.

Poleg tega se ytterbium uporablja tudi kot fluorescentni aktivator prahu, radijska keramika, dodatke za komponente elektronskega računalniškega pomnilnika (magnetni mehurčki) in optične steklene dodatke. Treba je poudariti, da sta yttrium in yttrium redki zemeljski elementi. Čeprav obstajajo pomembne razlike v angleških imenih in elementnih simbolih, ima kitajska fonetična abeceda enake zloge. V nekaterih kitajskih prevodih se yttrium včasih napačno imenuje yttrium. V tem primeru moramo izslediti izvirno besedilo in za potrditev kombinirati simbole elementov.