Element magic de pământ rar: ytterbium

Ytterbium: Atomic Numărul 70, Greutatea atomică 173.04, numele elementului derivat din locația sa de descoperire. Conținutul de ytterbium în scoarță este de 0,000266%, prezent în principal în depozitele de aur fosforit și negru rare. Conținutul în monazit este de 0,03%și există 7 izotopi naturali

Descoperit

De: Marinak

Ora: 1878

Locație: Elveția

În 1878, chimiștii elvețieni Jean Charles și G Marignac au descoperit un nou element de pământ rar în „Erbium”. În 1907, Ulban și Weils au subliniat că Marignac a separat un amestec de oxid de lutetiu și oxid de ytterbium. În memoria micului sat numit Yteerby lângă Stockholm, unde a fost descoperit minereul Yttrium, acest nou element a fost numit Ytterbium cu simbolul YB.

Configurare electronică

Configurare electronică
1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D10 4P6 5S2 4D10 5P6 6S2 4F14

Metal

Ytterbium metalic este gri argintiu, ductile și are o textură moale. La temperatura camerei, Ytterbium poate fi oxidat lent de aer și apă.

Există două structuri de cristal: α- Tipul este un sistem de cristal cubic centrat pe față (temperatura camerei -798 ℃); β- Tipul este o rețea cubică centrată pe corp (peste 798 ℃). Punctul de topire 824 ℃, punctul de fierbere 1427 ℃, densitate relativă 6,977 （α- tip), 6,54 （β-tip).

Insolubil în apă rece, solubil în acizi și amoniac lichid. Este destul de stabil în aer. Similar cu samariul și europiul, Ytterbium aparține valenței variabile rare Pământ și poate fi, de asemenea, într -o stare divalentă pozitivă, pe lângă faptul că este de obicei trivalentă.

Datorită acestei caracteristici de valență variabilă, prepararea ytterbiumului metalic nu trebuie efectuată prin electroliză, ci prin metoda de distilare de reducere pentru preparare și purificare. De obicei, metalul Lanthanum este utilizat ca agent de reducere pentru distilarea de reducere, folosind diferența dintre presiunea mare de vapori a metalului de ytterbium și presiunea scăzută de vapori a metalului Lanthanum. Alternativ,Thuliu, ytterbium, șiLutetumConcentratele pot fi utilizate ca materii prime șiLanthanum metalicpoate fi utilizat ca agent de reducere. În condiții de vid la temperatură ridicată de> 1100 ℃ și <0,133pa, ytterbiul metalic poate fi extras direct prin distilarea de reducere. La fel ca samariul și europiul, ytterbium poate fi, de asemenea, separat și purificat prin reducerea umedă. De obicei, concentratele de Thuliu, Ytterbium și Lutetium sunt utilizate ca materii prime. După dizolvare, ytterbium este redus la o stare divalentă, provocând diferențe semnificative în proprietăți, apoi separate de alte pământuri rare trivalente. Producția de înaltă puritateOxid de ytterbiumse realizează de obicei prin cromatografie de extracție sau metoda de schimb de ioni。

Aplicație

Utilizat pentru fabricarea aliajelor speciale. Aliajele de ytterbium au fost aplicate în medicina stomatologică pentru experimente metalurgice și chimice.

În ultimii ani, Ytterbium a apărut și s -a dezvoltat rapid în domeniile comunicării cu fibră optică și tehnologiei laser.

Odată cu construcția și dezvoltarea „autostrăzii informaționale”, rețelele de calculatoare și sistemele de transmisie de fibre optice pe distanțe lungi au cerințe din ce în ce mai mari pentru performanța materialelor cu fibre optice utilizate în comunicarea optică. Ionii de ytterbium, datorită proprietăților lor spectrale excelente, pot fi folosiți ca materiale de amplificare a fibrelor pentru comunicarea optică, la fel ca Erbium și Thulium. Deși elementul de pământ rar Erbium este încă principalul jucător în pregătirea amplificatoarelor de fibre, fibrele de cuarț tradiționale dopate cu erbium au o lățime de bandă cu câștig mic (30nm), ceea ce face dificilă îndeplinirea cerințelor de transmisie a informațiilor de mare viteză și de mare capacitate. Ionii YB3+au o secțiune transversală de absorbție mult mai mare decât ionii ER3+în jur de 980 nm. Prin efectul de sensibilizare al YB3+și transferul de energie al Erbium și Ytterbium, lumina de 1530nm poate fi îmbunătățită foarte mult, îmbunătățind astfel eficiența de amplificare a luminii.

În ultimii ani, sticla de fosfat dopat Erbium Ytterbium Co a fost favorizată din ce în ce mai mult de cercetători. Ochelarii de fosfat și fluorofosfat au o bună stabilitate chimică și termică, precum și transmisie largă cu infraroșu și caracteristici mari de lărgire neuniforme, ceea ce le face materiale ideale pentru fibra de amplificare cu bandă largă și cu câștig mare. Amplificatoarele de fibre dopate YB3+pot obține amplificarea puterii și amplificarea semnalului mic, ceea ce le face potrivite pentru câmpuri precum senzori cu fibră optică, comunicare laser în spațiu liber și amplificare ultra scurtă a impulsului. În prezent, China a construit cea mai mare capacitate de transmisie optică cu un singur canal din lume și cu cea mai rapidă viteză de transmisie optică și are cea mai largă autostradă informațională din lume. Ytterbium dopat și alte amplificatoare de fibre dopate de pământ și materiale laser joacă un rol crucial și semnificativ în ele.

Caracteristicile spectrale ale Ytterbium sunt, de asemenea, utilizate ca materiale laser de înaltă calitate, atât ca cristale laser, ochelari laser și lasere cu fibre. Ca material cu laser de mare putere, cristalele cu laser dopat cu Ytterbium au format o serie uriașă, inclusiv granat de aluminiu de aluminiu dopat de ytterbium (YB: YAG), garnet de gadoliniu dopat de ytterbium (Yb: GGG), Ytterbium Dopum Fluorosfat DOPED (YB: FAP) Fluorofosfat (YB: S-FAP), vanadat de yttrium dopat cu ytterbium (YB: YV04), borat dopat cu ytterbium și silicat. Laserul semiconductor (LD) este un nou tip de sursă de pompă pentru lasere în stare solidă. YB: YAG are multe caracteristici potrivite pentru pomparea LD de mare putere și a devenit un material laser pentru pomparea LD de mare putere. YB: S-FAP Crystal poate fi folosit ca material laser pentru fuziunea nucleară cu laser în viitor, ceea ce a atras atenția oamenilor. În cristale cu laser reglabil, există granat de aluminiu de aluminiu de galiu (CR, YB, HO: YAGG) cu lungimi de undă cuprinse între m. Conform statisticilor, majoritatea focoaselor infraroșii utilizate în rachete din întreaga lume folosesc 3-5 μ Prin urmare, dezvoltarea laserelor CR, YB, HO: YSGG pot oferi o interferență eficientă pentru contramăsurile de armă ghidată cu infraroșu mediu și are o semnificație militară importantă. China a obținut o serie de rezultate inovatoare, cu nivel avansat internațional în domeniul cristalelor laser dopate de Ytterbium (YB: YAG, YB: FAP, YB: SFAP, etc.), rezolvând tehnologii cheie, cum ar fi creșterea cristalului și laser rapid, puls, ieșire continuă și reglabilă. Rezultatele cercetării au fost aplicate în apărarea națională, industria și ingineria științifică, iar produsele de cristal dopate de Ytterbium au fost exportate în mai multe țări și regiuni precum Statele Unite și Japonia.

O altă categorie majoră de materiale laser Ytterbium este sticla cu laser. Au fost dezvoltate diverse ochelari cu laser cu secțiune transversală cu emisii ridicate, incluzând germanium telurite, niobat de siliciu, borat și fosfat. Datorită ușurinței modelării din sticlă, poate fi realizată în dimensiuni mari și are caracteristici precum transmiterea ridicată a luminii și uniformitatea ridicată, ceea ce face posibilă producerea de lasere de mare putere. Sticla familiară cu laser rar rar a fost în principal sticla Neodymium, care are o istorie de dezvoltare de peste 40 de ani și tehnologie de producție și aplicații mature. A fost întotdeauna materialul preferat pentru dispozitivele laser de mare putere și a fost utilizat în dispozitivele experimentale de fuziune nucleară și arme cu laser. Dispozitivele cu laser de mare putere construite în China, formate din sticla de neodim laser ca mediu principal laser, au atins nivelul avansat din lume. Dar sticla cu laser Neodymium se confruntă acum cu o provocare puternică din partea Laser Ytterbium Glass.

În ultimii ani, un număr mare de studii au arătat că multe proprietăți ale sticlei de ytterbium laser le depășesc pe cele ale sticlei de neodim. Datorită faptului că luminiscența dopată de ytterbium are doar două niveluri de energie, eficiența stocării energiei este ridicată. În același câștig, sticla de ytterbium are o eficiență de stocare a energiei de 16 ori mai mare decât sticla de neodim și o durată de viață a fluorescenței de 3 ori mai mare decât cea a sticlei de neodim. De asemenea, are avantaje, cum ar fi concentrația ridicată de dopaj, lățimea de bandă de absorbție și poate fi pompată direct de semiconductori, ceea ce îl face foarte potrivit pentru laserele de mare putere. Cu toate acestea, aplicarea practică a sticlei laser Ytterbium se bazează adesea pe asistența neodimului, cum ar fi utilizarea ND3+ca sensibilizator pentru a face ca sticla laser Ytterbium să funcționeze la temperatura camerei și emisia de laser μ se realizează la lungimea de undă M. Deci, Ytterbium și Neodymium sunt atât concurenți, cât și parteneri de colaborare în domeniul sticlei cu laser.

Prin reglarea compoziției de sticlă, se pot îmbunătăți multe proprietăți luminescente ale sticlei laser Ytterbium. Odată cu dezvoltarea laserelor de mare putere ca direcție principală, laserele din sticlă laser Ytterbium sunt din ce în ce mai utilizate pe scară largă în industria modernă, agricultura, medicina, cercetarea științifică și aplicațiile militare.

Utilizarea militară: utilizarea energiei generate de fuziunea nucleară ca energie a fost întotdeauna un obiectiv așteptat, iar obținerea fuziunii nucleare controlate va fi un mijloc important pentru umanitate pentru a rezolva problemele energetice. Sticla cu laser dopat cu Ytterbium devine materialul preferat pentru realizarea modernizării de fuziune inerțială (ICF) în secolul XXI, datorită performanței sale excelente laser.

Armele cu laser folosesc energia enormă a unui fascicul laser pentru a lovi și distruge țintele, generând temperaturi de miliarde de grade Celsius și atacând direct cu viteza luminii. Acestea pot fi denumite Nadana și au o mare letalitate, în special potrivită pentru sistemele de arme de apărare aeriană modernă în război. Performanța excelentă a sticlei cu laser dopat cu Ytterbium a făcut din acesta un material de bază important pentru fabricarea armelor laser de înaltă putere și de înaltă performanță.

Fibre Laser este o nouă tehnologie în curs de dezvoltare rapidă și aparține, de asemenea, domeniului aplicațiilor de sticlă laser. Fibre Laser este un laser care folosește fibre ca mediu laser, care este un produs al combinației de tehnologie de fibre și laser. Este o nouă tehnologie laser dezvoltată pe baza tehnologiei Amplificatorului de fibre dopate Erbium (EDFA). Un laser cu fibre este compus dintr -o diodă laser cu semiconductor ca sursă de pompă, o ghid de undă cu fibră optică și un mediu de câștig și componente optice, cum ar fi fibrele și cuplurile de grătare. Nu necesită reglarea mecanică a căii optice, iar mecanismul este compact și ușor de integrat. În comparație cu laserele tradiționale în stare solidă și laserele semiconductoare, acesta are avantaje tehnologice și de performanță, cum ar fi calitatea ridicată a fasciculului, stabilitate bună, rezistență puternică la interferența mediului, fără ajustare, fără întreținere și structură compactă. Datorită faptului că ionii dopați sunt în principal Nd+3, YB+3, ER+3, TM+3, HO+3, toate acestea folosind fibre de pământ rare ca medii de câștig, laserul de fibre dezvoltat de companie poate fi, de asemenea, numit un laser rar din fibră de pământ.

Aplicație cu laser: Laserul cu fibră dublă dopată cu putere de mare putere Ytterbium a devenit un câmp fierbinte în tehnologia laser cu stare solidă la nivel internațional în ultimii ani. Are avantajele unei bune calități ale fasciculului, a unei structuri compacte și a eficienței de conversie ridicată și are perspective largi de aplicare în procesarea industrială și în alte domenii. Fibrele dopate cu Ytterbium dublu sunt potrivite pentru pomparea cu laser cu semiconductor, cu o eficiență ridicată a cuplajului și o putere ridicată de ieșire laser și sunt principala direcție de dezvoltare a fibrelor dopate de ytterbium. Tehnologia de fibre dopate cu dop dublu a Ytterbium din China nu mai este la egalitate cu nivelul avansat al țărilor străine. Fibra dopată de ytterbium, fibra dopată cu YTTERBIUM dublă Ytterbium și fibra dopată Erbium Ytterbium Co, dezvoltate în China, au atins nivelul avansat al produselor străine similare în ceea ce privește performanța și fiabilitatea, au avantaje de costuri și au tehnologii brevetate de bază pentru mai multe produse și metode.

Compania germană laser germană IPG Laser a anunțat recent că sistemul lor de laser cu fibre dopate cu dopat recent lansat are caracteristici excelente ale fasciculului, o viață de pompă de peste 50000 de ore, o lungime de undă de emisie centrală de 1070nm-1080nm și o putere de ieșire de până la 20 km. A fost aplicat în sudură fină, tăiere și foraj de rocă.

Materialele laser sunt nucleul și fundamentul pentru dezvoltarea tehnologiei laser. Întotdeauna s -a spus în industria laserului că „o generație de materiale, o generație de dispozitive”. Pentru a dezvolta dispozitive laser avansate și practice, este necesar să dețineți mai întâi materiale laser de înaltă performanță și să integrați alte tehnologii relevante. Cristale cu laser dopat cu Ytterbium și sticlă laser, ca noua forță a materialelor laser solide, promovează dezvoltarea inovatoare a comunicării cu fibră optică și a tehnologiei cu laser, în special în tehnologiile laser de ultimă oră, cum ar fi lasere de fuziune nucleară de mare putere, lasere de gresie de înaltă calitate și lasere de arme de energie.

În plus, Ytterbium este, de asemenea, utilizat ca activator fluorescent de pulbere, ceramică radio, aditivi pentru componente electronice de memorie computerizată (bule magnetice) și aditivi optici din sticlă. Trebuie subliniat faptul că Yttrium și Yttrium sunt ambele elemente rare ale Pământului. Deși există diferențe semnificative în numele limbii engleze și simbolurile elementelor, alfabetul fonetic chinez are aceleași silabe. În unele traduceri chinezești, Yttrium este uneori denumit greșit Yttrium. În acest caz, trebuie să urmărim textul original și să combinăm simbolurile elementelor pentru a confirma.