Varázslatos ritkaföldfém elem: ytterbium

Itterbium: Atomikus szám 70, atomtömeg 173.04, a felfedezési helyről származó elem neve. Az ytterbium tartalma a kéregben 0,000266%, elsősorban a foszforitban és a fekete ritka arany lerakódásokban. A monazit tartalma 0,03%, és 7 természetes izotóp van

Felfedezett

Írta: Marinak

Idő: 1878

Helyszín: Svájc

1878 -ban a svájci kémikusok, Jean Charles és G Marignac új ritkaföldfémi elemet fedeztek fel az „erbiumban”. 1907 -ben Ulban és Weils rámutatott, hogy a Marignac elválasztotta a lutetium -oxid és a ytterbium -oxid keverékét. A Stockholm közelében található Yteerby nevű kis falu emlékére, ahol felfedezték az Yttrium Ore -t, ezt az új elemet Ytterbiumnak nevezték, az yb szimbólummal.

Elektronkonfiguráció

Elektronkonfiguráció
1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D10 4P6 5S2 4D10 5P6 6S2 4F14

Fém

A fémes ytterbium ezüstszürke, gömbölyű és puha textúrájú. Szobahőmérsékleten az ytterbium lassan oxidálható levegővel és vízzel.

Két kristályszerkezet létezik: α- A típus egy arccentrikus köbméteres kristályrendszer (szobahőmérséklet -798 ℃); β- A típus egy testközpontú köbméter (798 ℃ felett) rács. Olvadási pont 824 ℃, forráspont 1427 ℃, relatív sűrűség 6,977 （α-type), 6,54 （β-típus).

Oldhatatlan hideg vízben, savakban és folyékony ammóniában oldódik. Meglehetősen stabil a levegőben. A Samariumhoz és az Europiumhoz hasonlóan a Ytterbium a ritka valencia változóhoz tartozik, és pozitív értéken is lehet, amellett, hogy általában háromértékű.

Ennek a változó valencia -jellemzőnek köszönhetően a fémes ytterbium előállítását nem elektrolízissel, hanem redukciós desztillációs módszerrel kell elvégezni az előkészítéshez és a tisztításhoz. Általában a lanthanum fémet redukálószerként használják a redukciós desztillációhoz, felhasználva a különbséget az ytterbium fém nagy gőznyomása és a lantán fém alacsony gőznyomás között. Alternatív megoldásként,túlium, itterbium, éslutetiumA koncentrátumok alapanyagokként használhatók, ésfémlantánfelhasználható redukálószerként. Magas hőmérsékletű vákuumfeltételek esetén> 1100 ℃ és <0,133Pa, a fém -ytterbium közvetlenül extrahálható redukciós desztillációval. A szamariumhoz és az europiumhoz hasonlóan a ytterbium is elválasztható és nedves redukcióval tisztítható. Általában a Thulium, az Ytterbium és a Lutetium -koncentrátumokat használják nyersanyagként. Az oldódás után az ytterbiumot kétértékű állapotra redukálják, szignifikáns különbségeket okozva a tulajdonságokban, majd elválasztva a többi háromértékű ritkaföldfémtől. A nagyságú előállításaytterbium -oxidáltalában extrakciós kromatográfiával vagy ioncserélő módszerrel hajtják végre。

Alkalmazás

Speciális ötvözetek gyártására használják. Az Ytterbium ötvözeteket a fogorvosi gyógyászatban alkalmazták fémkohászati ​​és kémiai kísérletek során.

Az utóbbi években Ytterbium kialakult és gyorsan fejlődött a száloptikai kommunikáció és a lézertechnika területén.

Az „Információs autópálya” felépítésével és fejlesztésével a számítógépes hálózatok és a távolsági optikai szálátviteli rendszerek egyre nagyobb követelményekkel rendelkeznek az optikai kommunikációban használt optikai szálas anyagok teljesítményére. A Ytterbium -ionok kiváló spektrális tulajdonságaik miatt rost amplifikációs anyagként használhatók az optikai kommunikációhoz, akárcsak az erbium és a thulium. Noha a ritkaföldfémi elem erbium továbbra is a szálas erősítők előkészítésében, a hagyományos erbium-adalékolt kvarcszálaknak kis nyereség-sávszélessége (30 nm) van, ami megnehezíti a nagysebességű és a nagy kapacitású információk átvitelének követelményeit. Az YB3+ionok sokkal nagyobb abszorpciós keresztmetszetűek, mint az ER3+ionok körül 980 nm. Az YB3+szenzibilizációs hatása révén, valamint az erbium és a ytterbium energiaátvitele révén az 1530 nm -es fény jelentősen javítható, ezáltal jelentősen javítva a fény amplifikációs hatékonyságát.

Az utóbbi években a kutatók egyre inkább az erbium ytterbium -együtt adalékolt foszfátüveget részesítették előnyben. A foszfát- és fluorofoszfátüvegek jó kémiai és hőstabilitással rendelkeznek, valamint széles infravörös transzmittanciával és nagy, nem egyenletes kibővítő tulajdonságokkal, ideális anyagokkal a szélessávú és nagy nyereségű erbium-adalékolt amplifikációs rostüveghez. Az YB3+adalékolt szálas erősítők elérhetik a teljesítmény -erősítést és a kis jelerősítést, így azok olyan mezőkhöz, mint a száloptikai érzékelők, a szabad tér lézerkommunikációja és az ultra rövid impulzuserősítés. Kína jelenleg építette a világ legnagyobb egycsatornás kapacitását és a leggyorsabb sebességű optikai átviteli rendszert, és a világ legszélesebb információs autópályájával rendelkezik. Az Ytterbium -dopping és más ritkaföldfémek doppant rostos erősítők és lézeranyagok döntő és jelentős szerepet játszanak bennük.

A ytterbium spektrális tulajdonságait kiváló minőségű lézeranyagokként is használják, mind lézerkristályokként, lézerszemüvegként és szálas lézerekként. Nagy teljesítményű lézeranyagként az Ytterbium-doppedű lézerkristályok hatalmas sorozatot képeztek, beleértve az Ytterbium-doppedálszal, az Yttrium alumínium gránátot (YB: YAG), a Ytterbium-dopped Gadolinium Gallium gránát (YB: GGG), az ytterbium dopped kalcium-fluorofoszfát (YB: fap), yb: YBG) Fluorofoszfát (YB: S-FAP), Ytterbium-dopped Yttrium vanadát (YB: YV04), Ytterbium dopped borát és szilikát. A félvezető lézer (LD) egy új típusú szivattyúforrás a szilárdtest lézerekhez. YB: A YAG-nak számos olyan tulajdonsága van, amely alkalmas nagy teljesítményű LD szivattyúzásra, és lézeres anyaggá vált a nagy teljesítményű LD szivattyúzáshoz. YB: Az S-FAP kristály lézeres anyagként használható a lézeres nukleáris fúzióhoz a jövőben, ami felhívta az emberek figyelmét. A hangolható lézerkristályokban van króm -ytterbium holmium yttrium alumínium gallium gránát (cr, yb, ho: yagg), amelynek hullámhossza 2,84 és 3,05 μ között mozog, folyamatosan állítható m között. A statisztikák szerint a rakétákban a világ minden tájáról használt infravörös harci fejek többsége 3-5 μ-et használ, ezért a CR, YB, HO: YSGG lézerek fejlődése hatékony beavatkozást biztosíthat a középső infravörös irányított fegyverek elleni küzdelemhez, és fontos katonai jelentőséggel bír. Kína egy sor innovatív eredményt ért el a nemzetközi fejlett szinttel a Ytterbium -dopped lézerkristályok (YB: YAG, YB: FAP, YB: SFAP stb.) Területén, olyan kulcsfontosságú technológiák megoldásával, mint a kristálynövekedés és a lézer gyors, impulzus, folyamatos és állítható teljesítmény. A kutatási eredményeket a honvédelemben, az iparban és a tudományos mérnökökben alkalmazták, és a Ytterbium -doppelt kristálytermékeket több országba és régióba, például az Egyesült Államokba és Japánba exportálták.

A Ytterbium lézeranyagok másik fő kategóriája a lézerüveg. Különböző magas emissziós keresztmetszeti lézerszemüvegeket fejlesztettek ki, beleértve a germánium-telluritot, a szilícium-niobátot, a borátot és a foszfátot. Az üveg öntés egyszerűsége miatt nagy méretűvé válhat, és olyan tulajdonságokkal rendelkezik, mint például a magas fényátviteli képesség és a nagy egységesség, lehetővé téve a nagy teljesítményű lézerek előállítását. Az ismerős ritkaföldfém lézerüveg elsősorban neodímium üveg volt, amelynek fejlesztési története több mint 40 éves, és érett termelési és alkalmazási technológiát jelent. Ez mindig is volt a nagy teljesítményű lézerkészülékek preferált anyaga, és a nukleáris fúziós kísérleti eszközökben és a lézerfegyverekben használták. A Kínában beépített nagy teljesítményű lézerkészülékek, amelyek lézer neodímium üvegből állnak, mint a fő lézerhordozót, elérték a világ fejlett szintjét. De a lézeres neodímium üveg most egy erőteljes kihívással néz szembe a lézer -Ytterbium üvegből.

Az utóbbi években számos tanulmány kimutatta, hogy a lézer -ytterbium üveg sok tulajdonsága meghaladja a neodímium üvegét. Annak a ténynek köszönhetően, hogy a Ytterbium -dopped lumineszcenciának csak két energiaszintje van, az energiatárolás hatékonysága magas. Ugyanebben a nyereséggel a Ytterbium Glass energiatárolási hatékonysága 16 -szor magasabb, mint a neodímium üveg, és fluoreszcencia élettartama 3 -szoros a neodímium üvegéből. Olyan előnyei vannak, mint például a magas doppingkoncentráció, az abszorpciós sávszélesség, és a félvezetők közvetlenül pumpálhatók, így nagyon alkalmas nagy teljesítményű lézerekhez. A ytterbium lézerüveg gyakorlati alkalmazása azonban gyakran a neodímium segítségére támaszkodik, például az ND3+szenzibilizátorként történő felhasználására, hogy az Ytterbium lézerüveg szobahőmérsékleten működjön, és a μ lézer -emissziót M hullámhosszon érik el. Tehát a Ytterbium és a Neodímium versenytársak és együttműködési partnerek egyaránt a lézerüveg területén.

Az üvegösszetétel beállításával javítható a Ytterbium lézerüveg sok lumineszcens tulajdonsága. A nagy teljesítményű lézerek fejlesztésével a fő irányként az Ytterbium lézerüvegből készült lézereket egyre szélesebb körben használják a modern iparban, a mezőgazdaságban, az orvostudományban, a tudományos kutatásban és a katonai alkalmazásokban.

Katonai felhasználás: A nukleáris fúzió által generált energia felhasználása az energia mindig is várható cél volt, és az ellenőrzött nukleáris fúzió elérése fontos eszköz lesz az emberiség számára az energiaproblémák megoldására. A Ytterbium -doppelt lézerüveg a 21. században az inerciális szülés fúziós (ICF) frissítéseinek eléréséhez preferált anyaggá válik kiváló lézerteljesítmény miatt.

A lézerfegyverek egy lézernyaláb hatalmas energiáját használják fel a célok sztrájkolására és megsemmisítésére, milliárd Celsius fokos hőmérsékletet generálva és közvetlenül a fénysebességgel támadva. Nadana -nak nevezhetők és nagy halálozással rendelkeznek, különösen alkalmasak a hadviselés modern légvédelmi fegyverrendszereire. A Ytterbium-dopped lézerüveg kiváló teljesítménye fontos alapanyagot jelentett a nagy teljesítményű és nagy teljesítményű lézerfegyverek gyártásához.

A szálas lézer egy gyorsan fejlődő új technológia, és a lézerüveg alkalmazások mezőjéhez is tartozik. A szálas lézer egy lézer, amely rostot használ lézerközegként, amely a szál és a lézer technológia kombinációjának terméke. Ez egy új lézeres technológia, amelyet az Erbium -dopped szálas erősítő (EDFA) technológia alapján fejlesztettek ki. A szálas lézer félvezető lézerdiódából áll, szivattyúforrásként, száloptikai hullámvezetőből és erősítő tápközegből, valamint optikai alkatrészekből, például rácsos rostokból és csatlakozókból. Nem igényli az optikai út mechanikus beállítását, és a mechanizmus kompakt és könnyen integrálható. A hagyományos szilárdtest-lézerekkel és félvezető lézerekkel összehasonlítva technológiai és teljesítménynövelői előnyei vannak, mint például a nagy sugárminőség, a jó stabilitás, a környezeti interferencia erős ellenállása, a beállítás nélkül, a karbantartás nélkül és a kompakt szerkezet. Annak a ténynek köszönhetően, hogy a dopped ionok elsősorban ND+3, YB+3, ER+3, TM+3, HO+3, amelyek mindegyike ritkaföldfémrostokat használ erősítő táptalajként, a cég által kifejlesztett szálas lézert ritkaföldfém rost lézernek is nevezhetjük.

Lézeres alkalmazás: A nagy teljesítményű Ytterbium-doppelt dupla szálas lézer forró mezővé vált a szilárdtest lézertechnikájában az elmúlt években. A jó sugárminőség, a kompakt szerkezet és a magas konverziós hatékonyság előnyei vannak, és széles körű alkalmazási kilátásokkal rendelkezik az ipari feldolgozásban és más területeken. A dupla betöltött Ytterbium -doppelt rostok alkalmasak félvezető lézerszivattyúzáshoz, nagy kapcsolási hatékonysággal és nagy lézer kimeneti teljesítménygel, és a Ytterbium -dopped rostok fő fejlődési iránya. Kína kettős borítású Ytterbium -doppedszál -technológiája már nem felel meg a külföldi országok előrehaladott szintjének. A Ytterbium -adalékolt rost, a kettős borított Ytterbium -adalékolt rost és az erbium ytterbium -együttes rost, amelyet Kínában fejlesztettek ki, elérte a hasonló külföldi termékek fejlett szintjét a teljesítmény és a megbízhatóság szempontjából, költségelőnyökkel rendelkezik, és alapvető szabadalmaztatott technológiákkal rendelkeznek több termékhez és módszerhez.

A világhírű német IPG lézeres társaság nemrégiben bejelentette, hogy az újonnan elindított Ytterbium-doppedszálú lézerrendszerük kiváló sugárjellemzőkkel rendelkezik, 50000 órás szivattyú élettartama, egy központi emissziós hullámhossz 1070nm-1080nm, és akár 20 kW kimeneti teljesítménye. Finom hegesztésben, vágásban és sziklafúrásban alkalmazták.

A lézeranyagok a lézer -technológia fejlesztésének alapja és alapja. A lézeriparban mindig is azt mondták, hogy „egy generációs anyag, egy generációs eszköz”. A fejlett és gyakorlati lézerkészülékek fejlesztéséhez először nagy teljesítményű lézeranyagokkal kell rendelkezni és integrálni más releváns technológiákat. Az Ytterbium-doppelt lézerkristályok és a lézerüveg, mint a szilárd lézer anyagok új ereje, elősegíti a száloptikai kommunikáció és a lézertechnika innovatív fejlesztését, különös tekintettel az élvonalbeli lézeres technológiákra, például a nagy teljesítményű nukleáris fúziós lézerekre, a nagy energiájú ütemű csempe lézerekre és a nagy energiájú fegyverek lézereire.

Ezenkívül a Ytterbiumot fluoreszcens por aktivátorként, rádióerámiákként, elektronikus számítógépes memóriakomponensek adalékanyagként (mágneses buborékok) és optikai üveg adalékanyagokként is használják. Hangsúlyozni kell, hogy az yttrium és a yttrium egyaránt ritkaföldfémi elemek. Noha az angol nevekben és az elem szimbólumaiban jelentős különbségek vannak, a kínai fonetikus ábécé ugyanazok a szótagok. Néhány kínai fordításban az yttriumot néha tévesen Yttriumnak nevezik. Ebben az esetben nyomon kell követnünk az eredeti szöveget, és össze kell kombinálnunk az elem szimbólumait a megerősítéshez.