Υττερβίο: ατομικός αριθμός 70, ατομικό βάρος 173,04, όνομα στοιχείου που προέρχεται από την τοποθεσία ανακάλυψής του. Η περιεκτικότητα σε υττερβίου στον φλοιό είναι 0,000266%, κυρίως σε κοιτάσματα φωσφορίτη και μαύρου σπάνιου χρυσού. Η περιεκτικότητα σε μοναζίτη είναι 0,03% και υπάρχουν 7 φυσικά ισότοπα.
Ανακαλυφθείς
Από: Μαρινάκ
Χρόνος: 1878
Τοποθεσία: Ελβετία
Το 1878, οι Ελβετοί χημικοί Jean Charles και G Marignac ανακάλυψαν ένα νέο στοιχείο σπάνιων γαιών, το «έρβιο». Το 1907, οι Ulban και Weils επεσήμαναν ότι το Marignac διαχώρισε ένα μείγμα οξειδίου του λουτεσίου και οξειδίου του υττερβίου. Στη μνήμη του μικρού χωριού Yteerby κοντά στη Στοκχόλμη, όπου ανακαλύφθηκε το μετάλλευμα υττρίου, αυτό το νέο στοιχείο ονομάστηκε Υττέρβιο με το σύμβολο Yb.
Ηλεκτρονική διαμόρφωση
Ηλεκτρονική διαμόρφωση
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14
Μέταλλο
Το μεταλλικό υττέρβιο είναι ασημί γκρι, όλκιμο και έχει μαλακή υφή. Σε θερμοκρασία δωματίου, το υττέρβιο μπορεί να οξειδωθεί αργά από τον αέρα και το νερό.
Υπάρχουν δύο κρυσταλλικές δομές: α- Ο τύπος είναι ένα κυβικό κρυσταλλικό σύστημα με επίκεντρο την επιφάνεια (θερμοκρασία δωματίου -798 ℃)· β- Ο τύπος είναι ένα κυβικό πλέγμα με επίκεντρο το σώμα (πάνω από 798 ℃). Σημείο τήξης 824 ℃, σημείο βρασμού 1427 ℃, σχετική πυκνότητα 6,977 (τύπος α), 6,54 (τύπος β).
Αδιάλυτο σε κρύο νερό, διαλυτό σε οξέα και υγρή αμμωνία. Είναι αρκετά σταθερό στον αέρα. Όπως το σαμάριο και το ευρώπιο, το υττέρβιο ανήκει στις σπάνιες γαίες μεταβλητού σθένους και μπορεί επίσης να βρίσκεται σε θετική δισθενή κατάσταση εκτός από το ότι είναι συνήθως τρισθενές.
Λόγω αυτού του μεταβλητού χαρακτηριστικού σθένους, η παρασκευή μεταλλικού υττερβίου δεν θα πρέπει να πραγματοποιείται με ηλεκτρόλυση, αλλά με τη μέθοδο της αναγωγικής απόσταξης για την παρασκευή και τον καθαρισμό. Συνήθως, το μέταλλο λανθάνιο χρησιμοποιείται ως αναγωγικό μέσο για την αναγωγική απόσταξη, αξιοποιώντας τη διαφορά μεταξύ της υψηλής τάσης ατμών του μετάλλου υττερβίου και της χαμηλής τάσης ατμών του μετάλλου λανθανίου. Εναλλακτικά,θούλιο, υττερβίο, καιλουτέτιοτα συμπυκνώματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως πρώτες ύλες, καιμέταλλο λανθάνιομπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αναγωγικό μέσο. Υπό συνθήκες κενού υψηλής θερμοκρασίας >1100 ℃ και <0,133Pa, το μεταλλικό υττερβίο μπορεί να εξαχθεί απευθείας με αναγωγική απόσταξη. Όπως το σαμάριο και το ευρώπιο, το υττερβίο μπορεί επίσης να διαχωριστεί και να καθαριστεί μέσω υγρής αναγωγής. Συνήθως, τα συμπυκνώματα θουλίου, υττερβίου και λουτησίου χρησιμοποιούνται ως πρώτες ύλες. Μετά τη διάλυση, το υττερβίο ανάγεται σε δισθενή κατάσταση, προκαλώντας σημαντικές διαφορές στις ιδιότητες, και στη συνέχεια διαχωρίζεται από άλλες τρισθενείς σπάνιες γαίες. Η παραγωγή υψηλής καθαρότηταςοξείδιο του υττερβίουσυνήθως πραγματοποιείται με χρωματογραφία εκχύλισης ή με μέθοδο ανταλλαγής ιόντων.
Εφαρμογή
Χρησιμοποιείται για την κατασκευή ειδικών κραμάτων. Τα κράματα υττερβίου έχουν εφαρμοστεί στην οδοντιατρική για μεταλλουργικά και χημικά πειράματα.
Τα τελευταία χρόνια, το υττέρβιο έχει αναδυθεί και αναπτυχθεί ραγδαία στους τομείς της επικοινωνίας με οπτικές ίνες και της τεχνολογίας λέιζερ.
Με την κατασκευή και την ανάπτυξη της «λεωφόρου της πληροφορίας», τα δίκτυα υπολογιστών και τα συστήματα μετάδοσης οπτικών ινών μεγάλων αποστάσεων έχουν ολοένα και υψηλότερες απαιτήσεις για την απόδοση των υλικών οπτικών ινών που χρησιμοποιούνται στην οπτική επικοινωνία. Τα ιόντα υττερβίου, λόγω των εξαιρετικών φασματικών ιδιοτήτων τους, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως υλικά ενίσχυσης ινών για οπτική επικοινωνία, όπως το έρβιο και το θούλιο. Αν και το έρβιο, ένα στοιχείο σπάνιων γαιών, εξακολουθεί να αποτελεί τον κύριο παράγοντα στην παρασκευή ενισχυτών ινών, οι παραδοσιακές ίνες χαλαζία με πρόσμιξη ερβίου έχουν μικρό εύρος ζώνης κέρδους (30nm), γεγονός που καθιστά δύσκολη την κάλυψη των απαιτήσεων μετάδοσης πληροφοριών υψηλής ταχύτητας και υψηλής χωρητικότητας. Τα ιόντα Yb3+ έχουν πολύ μεγαλύτερη διατομή απορρόφησης από τα ιόντα Er3+ γύρω στα 980nm. Μέσω της ευαισθητοποίησης του Yb3+ και της μεταφοράς ενέργειας του ερβίου και του υττερβίου, το φως των 1530nm μπορεί να ενισχυθεί σημαντικά, βελτιώνοντας έτσι σημαντικά την απόδοση ενίσχυσης του φωτός.
Τα τελευταία χρόνια, το φωσφορικό γυαλί με πρόσμιξη ερβίου-υτερβίου προτιμάται ολοένα και περισσότερο από τους ερευνητές. Τα φωσφορικά και φθοροφωσφορικά γυαλιά έχουν καλή χημική και θερμική σταθερότητα, καθώς και ευρεία υπέρυθρη διαπερατότητα και μεγάλα μη ομοιόμορφα χαρακτηριστικά διεύρυνσης, καθιστώντας τα ιδανικά υλικά για ευρυζωνική και υψηλής απολαβής υαλοβάμβακα ενίσχυσης με πρόσμιξη ερβίου. Οι ενισχυτές ινών με πρόσμιξη Yb3+ μπορούν να επιτύχουν ενίσχυση ισχύος και μικρή ενίσχυση σήματος, καθιστώντας τους κατάλληλους για πεδία όπως αισθητήρες οπτικών ινών, επικοινωνία λέιζερ ελεύθερου χώρου και ενίσχυση εξαιρετικά βραχέων παλμών. Η Κίνα έχει κατασκευάσει επί του παρόντος τη μεγαλύτερη χωρητικότητα ενός καναλιού στον κόσμο και το σύστημα οπτικής μετάδοσης με την ταχύτερη ταχύτητα, και διαθέτει τον ευρύτερο αυτοκινητόδρομο πληροφοριών στον κόσμο. Οι ενισχυτές ινών με πρόσμιξη υττερβίου και άλλες σπάνιες γαίες και τα υλικά λέιζερ παίζουν κρίσιμο και σημαντικό ρόλο σε αυτά.
Τα φασματικά χαρακτηριστικά του υττερβίου χρησιμοποιούνται επίσης ως υλικά λέιζερ υψηλής ποιότητας, τόσο ως κρύσταλλοι λέιζερ, γυαλιά λέιζερ όσο και ως λέιζερ ινών. Ως υλικό λέιζερ υψηλής ισχύος, οι κρύσταλλοι λέιζερ με πρόσμιξη υττερβίου έχουν σχηματίσει μια τεράστια σειρά, συμπεριλαμβανομένου του γρανάτη αλουμινίου υττρίου με πρόσμιξη υττερβίου (Yb: YAG), του γρανάτη γαλλίου γαδολινίου με πρόσμιξη υττερβίου (Yb: GGG), του φθοροφωσφορικού ασβεστίου με πρόσμιξη υττερβίου (Yb: FAP), του φθοροφωσφορικού στροντίου με πρόσμιξη υττερβίου (Yb: S-FAP), του βαναδικού υττρίου με πρόσμιξη υττερβίου (Yb: YV04), του βορικού οξέος με πρόσμιξη υττερβίου και του πυριτικού άλατος. Το λέιζερ ημιαγωγών (LD) είναι ένας νέος τύπος πηγής αντλίας για λέιζερ στερεάς κατάστασης. Το Yb: YAG έχει πολλά χαρακτηριστικά κατάλληλα για άντληση LD υψηλής ισχύος και έχει γίνει υλικό λέιζερ για άντληση LD υψηλής ισχύος. Ο κρύσταλλος Yb: S-FAP μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως υλικό λέιζερ για πυρηνική σύντηξη με λέιζερ στο μέλλον, κάτι που έχει προσελκύσει την προσοχή του κόσμου. Στους ρυθμιζόμενους κρυστάλλους λέιζερ, υπάρχει χρώμιο, υττερβίο, όλμιο, ύττριο, αλουμίνιο, γάλλιο, γρανάτης (Cr, Yb, Ho: YAGG) με μήκη κύματος που κυμαίνονται από 2,84 έως 3,05 μ. Συνεχώς ρυθμιζόμενο μεταξύ m. Σύμφωνα με στατιστικά στοιχεία, οι περισσότερες από τις υπέρυθρες κεφαλές που χρησιμοποιούνται σε πυραύλους σε όλο τον κόσμο χρησιμοποιούν 3-5 μ. Επομένως, η ανάπτυξη λέιζερ Cr, Yb, Ho: YSGG μπορεί να παρέχει αποτελεσματική παρεμβολή για αντίμετρα όπλων με καθοδήγηση μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας και έχει σημαντική στρατιωτική σημασία. Η Κίνα έχει επιτύχει μια σειρά από καινοτόμα αποτελέσματα με διεθνές προηγμένο επίπεδο στον τομέα των κρυστάλλων λέιζερ με πρόσμιξη υττερβίου (Yb: YAG, Yb: FAP, Yb: SFAP, κ.λπ.), επιλύοντας βασικές τεχνολογίες όπως η ανάπτυξη κρυστάλλων και η γρήγορη, παλμική, συνεχής και ρυθμιζόμενη έξοδος λέιζερ. Τα αποτελέσματα της έρευνας έχουν εφαρμοστεί στην εθνική άμυνα, τη βιομηχανία και την επιστημονική μηχανική, και τα προϊόντα κρυστάλλων με πρόσμιξη υττερβίου έχουν εξαχθεί σε πολλές χώρες και περιοχές όπως οι Ηνωμένες Πολιτείες και η Ιαπωνία.
Μια άλλη σημαντική κατηγορία υλικών λέιζερ υττερβίου είναι το γυαλί λέιζερ. Έχουν αναπτυχθεί διάφορα γυαλιά λέιζερ υψηλής εκπομπής διατομής, όπως το τελουριώδες γερμάνιο, το νιοβικό πυρίτιο, το βορικό και το φωσφορικό. Λόγω της ευκολίας χύτευσης του γυαλιού, μπορεί να κατασκευαστεί σε μεγάλα μεγέθη και έχει χαρακτηριστικά όπως υψηλή διαπερατότητα φωτός και υψηλή ομοιομορφία, καθιστώντας δυνατή την παραγωγή λέιζερ υψηλής ισχύος. Το γνωστό γυαλί λέιζερ σπάνιων γαιών ήταν κυρίως γυαλί νεοδυμίου, το οποίο έχει ιστορικό ανάπτυξης άνω των 40 ετών και ώριμη τεχνολογία παραγωγής και εφαρμογής. Ήταν πάντα το προτιμώμενο υλικό για συσκευές λέιζερ υψηλής ισχύος και έχει χρησιμοποιηθεί σε πειραματικές συσκευές πυρηνικής σύντηξης και όπλα λέιζερ. Οι συσκευές λέιζερ υψηλής ισχύος που κατασκευάζονται στην Κίνα, που αποτελούνται από γυαλί λέιζερ νεοδυμίου ως κύριο μέσο λέιζερ, έχουν φτάσει στο προηγμένο επίπεδο στον κόσμο. Αλλά το γυαλί λέιζερ νεοδυμίου αντιμετωπίζει τώρα μια ισχυρή πρόκληση από το γυαλί λέιζερ υττερβίου.
Τα τελευταία χρόνια, ένας μεγάλος αριθμός μελετών έχει δείξει ότι πολλές ιδιότητες του γυαλιού λέιζερ υττερβίου υπερβαίνουν εκείνες του γυαλιού νεοδυμίου. Λόγω του γεγονότος ότι η φωταύγεια με πρόσμιξη υττερβίου έχει μόνο δύο ενεργειακά επίπεδα, η απόδοση αποθήκευσης ενέργειας είναι υψηλή. Με το ίδιο κέρδος, το γυαλί υττερβίου έχει απόδοση αποθήκευσης ενέργειας 16 φορές υψηλότερη από το γυαλί νεοδυμίου και διάρκεια ζωής φθορισμού 3 φορές μεγαλύτερη από αυτή του γυαλιού νεοδυμίου. Έχει επίσης πλεονεκτήματα όπως υψηλή συγκέντρωση πρόσμιξης, εύρος ζώνης απορρόφησης και μπορεί να αντληθεί απευθείας από ημιαγωγούς, καθιστώντας το πολύ κατάλληλο για λέιζερ υψηλής ισχύος. Ωστόσο, η πρακτική εφαρμογή του γυαλιού λέιζερ υττερβίου συχνά βασίζεται στη βοήθεια του νεοδυμίου, όπως η χρήση Nd3+ ως ευαισθητοποιητή για να λειτουργήσει το γυαλί λέιζερ υττερβίου σε θερμοκρασία δωματίου και η εκπομπή λέιζερ μ επιτυγχάνεται σε μήκος κύματος m. Έτσι, το υττερβίο και το νεοδύμιο είναι ανταγωνιστές και συνεργαζόμενοι εταίροι στον τομέα του γυαλιού λέιζερ.
Ρυθμίζοντας τη σύνθεση του γυαλιού, μπορούν να βελτιωθούν πολλές ιδιότητες φωταύγειας του γυαλιού λέιζερ υττερβίου. Με την ανάπτυξη λέιζερ υψηλής ισχύος ως κύρια κατεύθυνση, τα λέιζερ από γυαλί λέιζερ υττερβίου χρησιμοποιούνται ολοένα και περισσότερο στη σύγχρονη βιομηχανία, τη γεωργία, την ιατρική, την επιστημονική έρευνα και τις στρατιωτικές εφαρμογές.
Στρατιωτική χρήση: Η χρήση της ενέργειας που παράγεται από την πυρηνική σύντηξη ως ενέργεια ήταν ανέκαθεν ένας αναμενόμενος στόχος και η επίτευξη ελεγχόμενης πυρηνικής σύντηξης θα αποτελέσει ένα σημαντικό μέσο για την ανθρωπότητα για την επίλυση ενεργειακών προβλημάτων. Το γυαλί λέιζερ με πρόσμιξη υττερβίου γίνεται το προτιμώμενο υλικό για την επίτευξη αναβαθμίσεων της αδρανειακής σύντηξης περιορισμού (ICF) στον 21ο αιώνα λόγω της εξαιρετικής απόδοσης λέιζερ.
Τα όπλα λέιζερ χρησιμοποιούν την τεράστια ενέργεια μιας δέσμης λέιζερ για να χτυπήσουν και να καταστρέψουν στόχους, δημιουργώντας θερμοκρασίες δισεκατομμυρίων βαθμών Κελσίου και επιτίθενται άμεσα με την ταχύτητα του φωτός. Μπορούν να αναφέρονται ως Nadana και έχουν μεγάλη θνησιμότητα, ιδιαίτερα κατάλληλη για σύγχρονα συστήματα όπλων αεράμυνας στον πόλεμο. Η εξαιρετική απόδοση του γυαλιού λέιζερ με πρόσμιξη υττερβίου το έχει καταστήσει ένα σημαντικό βασικό υλικό για την κατασκευή όπλων λέιζερ υψηλής ισχύος και απόδοσης.
Το λέιζερ ινών είναι μια ταχέως αναπτυσσόμενη νέα τεχνολογία και ανήκει επίσης στον τομέα των εφαρμογών λέιζερ γυαλιού. Το λέιζερ ινών είναι ένα λέιζερ που χρησιμοποιεί ίνες ως μέσο λέιζερ, το οποίο είναι προϊόν συνδυασμού τεχνολογίας ινών και λέιζερ. Είναι μια νέα τεχνολογία λέιζερ που αναπτύχθηκε με βάση την τεχνολογία ενισχυτή ινών με προσμίξεις ερβίου (EDFA). Ένα λέιζερ ινών αποτελείται από μια δίοδο λέιζερ ημιαγωγών ως πηγή αντλίας, έναν κυματοδηγό οπτικών ινών και ένα μέσο κέρδους, και οπτικά εξαρτήματα όπως ίνες πλέγματος και ζεύκτες. Δεν απαιτεί μηχανική ρύθμιση της οπτικής διαδρομής και ο μηχανισμός είναι συμπαγής και εύκολος στην ενσωμάτωση. Σε σύγκριση με τα παραδοσιακά λέιζερ στερεάς κατάστασης και τα λέιζερ ημιαγωγών, έχει τεχνολογικά και επιδόσεις όπως ποιότητα υψηλής δέσμης, καλή σταθερότητα, ισχυρή αντοχή σε περιβαλλοντικές παρεμβολές, καμία ρύθμιση, καμία συντήρηση και συμπαγή δομή. Λόγω του γεγονότος ότι τα προσμιχθέντα ιόντα είναι κυρίως Nd+3, Yb+3, Er+3, Tm+3, Ho+3, τα οποία χρησιμοποιούν όλα ίνες σπάνιων γαιών ως μέσο κέρδους, το λέιζερ ινών που αναπτύχθηκε από την εταιρεία μπορεί επίσης να ονομαστεί λέιζερ ινών σπάνιων γαιών.
Εφαρμογή λέιζερ: Τα τελευταία χρόνια, το λέιζερ ινών διπλής επένδυσης με προσμίξεις υττερβίου υψηλής ισχύος έχει γίνει ένα καυτό πεδίο στην τεχνολογία λέιζερ στερεάς κατάστασης διεθνώς. Έχει τα πλεονεκτήματα της καλής ποιότητας δέσμης, της συμπαγούς δομής και της υψηλής απόδοσης μετατροπής, και έχει ευρείες προοπτικές εφαρμογής στη βιομηχανική επεξεργασία και σε άλλους τομείς. Οι ίνες διπλής επένδυσης με προσμίξεις υττερβίου είναι κατάλληλες για άντληση λέιζερ ημιαγωγών, με υψηλή απόδοση σύζευξης και υψηλή ισχύ εξόδου λέιζερ, και αποτελούν την κύρια κατεύθυνση ανάπτυξης των ινών με προσμίξεις υττερβίου. Η τεχνολογία ινών διπλής επένδυσης με προσμίξεις υττερβίου της Κίνας δεν είναι πλέον στο ίδιο επίπεδο με το προηγμένο επίπεδο των ξένων χωρών. Οι ίνες με προσμίξεις υττερβίου, οι ίνες διπλής επένδυσης με προσμίξεις υττερβίου και οι ίνες με προσμίξεις έρβιου με συν-υτερβίου που αναπτύχθηκαν στην Κίνα έχουν φτάσει στο προηγμένο επίπεδο παρόμοιων ξένων προϊόντων όσον αφορά την απόδοση και την αξιοπιστία, έχουν πλεονεκτήματα κόστους και έχουν βασικές τεχνολογίες με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για πολλαπλά προϊόντα και μεθόδους.
Η παγκοσμίου φήμης γερμανική εταιρεία λέιζερ IPG ανακοίνωσε πρόσφατα ότι το νέο σύστημα λέιζερ ινών με πρόσμιξη υττερβίου που κυκλοφόρησε έχει εξαιρετικά χαρακτηριστικά δέσμης, διάρκεια ζωής αντλίας άνω των 50.000 ωρών, κεντρικό μήκος κύματος εκπομπής 1070nm-1080nm και ισχύ εξόδου έως και 20KW. Έχει εφαρμοστεί σε λεπτές συγκολλήσεις, κοπή και διάτρηση βράχων.
Τα υλικά λέιζερ αποτελούν τον πυρήνα και το θεμέλιο για την ανάπτυξη της τεχνολογίας λέιζερ. Στη βιομηχανία λέιζερ υπήρχε πάντα η ρήση ότι «μία γενιά υλικών, μία γενιά συσκευών». Για την ανάπτυξη προηγμένων και πρακτικών συσκευών λέιζερ, είναι απαραίτητο πρώτα να διαθέτουμε υλικά λέιζερ υψηλής απόδοσης και να ενσωματώνουμε άλλες σχετικές τεχνολογίες. Οι κρύσταλλοι λέιζερ με πρόσμιξη υττερβίου και το γυαλί λέιζερ, ως η νέα δύναμη των στερεών υλικών λέιζερ, προωθούν την καινοτόμο ανάπτυξη της επικοινωνίας οπτικών ινών και της τεχνολογίας λέιζερ, ειδικά σε τεχνολογίες λέιζερ αιχμής, όπως τα λέιζερ πυρηνικής σύντηξης υψηλής ισχύος, τα λέιζερ πλακιδίων υψηλής ενέργειας και τα λέιζερ όπλων υψηλής ενέργειας.
Επιπλέον, το υττέρβιο χρησιμοποιείται επίσης ως ενεργοποιητής φθορίζουσας σκόνης, σε ραδιοκεραμικά, σε πρόσθετα για εξαρτήματα μνήμης ηλεκτρονικών υπολογιστών (μαγνητικές φυσαλίδες) και σε πρόσθετα οπτικού γυαλιού. Πρέπει να επισημανθεί ότι το ύττριο και το ύττριο είναι και τα δύο στοιχεία σπάνιων γαιών. Αν και υπάρχουν σημαντικές διαφορές στις αγγλικές ονομασίες και τα σύμβολα των στοιχείων, το κινεζικό φωνητικό αλφάβητο έχει τις ίδιες συλλαβές. Σε ορισμένες κινεζικές μεταφράσεις, το ύττριο μερικές φορές αναφέρεται λανθασμένα ως ύττριο. Σε αυτήν την περίπτωση, πρέπει να εντοπίσουμε το αρχικό κείμενο και να συνδυάσουμε σύμβολα στοιχείων για επιβεβαίωση.
Ώρα δημοσίευσης: 30 Αυγούστου 2023