Μαγικό στοιχείο σπάνιων γαιών: ytterbium

Υττερβίο: Ατομικός αριθμός 70, ατομικό βάρος 173.04, όνομα στοιχείου που προέρχεται από τη θέση ανακάλυψης. Η περιεκτικότητα σε ytterbium στο φλοιό είναι 0,000266%, κυρίως παρούσα σε φωσφορίτες και μαύρες σπάνιες χρυσές αποθέσεις. Το περιεχόμενο στο monazite είναι 0,03%και υπάρχουν 7 φυσικά ισότοπα

Ανακαλυφθείς

Από: Marinak

Ώρα: 1878

Τοποθεσία: Ελβετία

Το 1878, οι Ελβετοί χημικοί Jean Charles και G Marignac ανακάλυψαν ένα νέο στοιχείο σπάνιων γαιών στο "Erbium". Το 1907, ο Ulban και ο Weils επεσήμαναν ότι ο Marignac διαχωρίστηκε ένα μείγμα οξειδίου του λουτετίου και οξειδίου του ytterbium. Στη μνήμη του μικρού χωριού που ονομάστηκε Yteerby κοντά στη Στοκχόλμη, όπου ανακαλύφθηκε το μεταλλεύμα Yttrium, αυτό το νέο στοιχείο ονομάστηκε Ytterbium με το σύμβολο YB.

Διαμόρφωση ηλεκτρονίων

Διαμόρφωση ηλεκτρονίων
1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D10 4P6 5S2 4D10 5P6 6S2 4F14

Μέταλλο

Το μεταλλικό ytterbium είναι ασημένιο γκρι, όλκιμο, και έχει μια μαλακή υφή. Σε θερμοκρασία δωματίου, το ytterbium μπορεί να οξειδωθεί αργά με αέρα και νερό.

Υπάρχουν δύο κρυσταλλικές δομές: α- Ο τύπος είναι ένα σύστημα κρυστάλλων με επίκεντρο το πρόσωπο (θερμοκρασία δωματίου -798 ℃). β- Ο τύπος είναι ένα πλέγμα με κεντρικό πλέγμα (πάνω από 798 ℃). Σημείο τήξης 824 ℃, σημείο βρασμού 1427 ℃, σχετική πυκνότητα 6.977 (α-τύπος), 6.54 (β-τύπος).

Αδιάλυτο σε κρύο νερό, διαλυτό σε οξέα και υγρή αμμωνία. Είναι αρκετά σταθερό στον αέρα. Παρόμοια με το Samarium και το Europium, το Ytterbium ανήκει στη μεταβλητή σθένος σπάνια γη και μπορεί επίσης να βρίσκεται σε θετική δισθενή κατάσταση εκτός από το να είναι συνήθως τρισδιάστατο.

Λόγω αυτού του χαρακτηριστικού μεταβλητής σθένους, η παρασκευή του μεταλλικού ytterbium δεν πρέπει να πραγματοποιείται με ηλεκτρόλυση, αλλά με μέθοδο απόσταξης μείωσης για την παρασκευή και τον καθαρισμό. Συνήθως, το μέταλλο Lanthanum χρησιμοποιείται ως αναγωγικός παράγοντας για την απόσταξη μείωσης, χρησιμοποιώντας τη διαφορά μεταξύ της υψηλής πίεσης ατμών του μεταλλικού ytterbium και της χαμηλής πίεσης ατμών του μεταλλικού λανθάνου. Εναλλακτικά,θούλιο, υττερβίο,λουτετόνιοΤα συμπυκνώματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως πρώτες ύλες καιμεταλλικό λανθάνιομπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αναγωγικός παράγοντας. Κάτω από συνθήκες κενού υψηλής θερμοκρασίας> 1100 ℃ και <0,133pa, το μεταλλικό ytterbium μπορεί να εξαχθεί άμεσα με απόσταξη μείωσης. Όπως το Samarium και το Europium, το Ytterbium μπορεί επίσης να διαχωριστεί και να καθαριστεί μέσω υγρής μείωσης. Συνήθως, τα συμπυκνώματα Thulium, Ytterbium και Lutetium χρησιμοποιούνται ως πρώτες ύλες. Μετά τη διάλυση, το ytterbium μειώνεται σε μια δισθενή κατάσταση, προκαλώντας σημαντικές διαφορές στις ιδιότητες και στη συνέχεια διαχωρίζεται από άλλες τρισθενές σπάνιες γη. Την παραγωγή υψηλής καθαρότηταςοξείδιο Ytterbiumπραγματοποιείται συνήθως με τη μέθοδο χρωματογραφίας εκχύλισης ή ανταλλαγής ιόντων。。

Εφαρμογή

Χρησιμοποιείται για την κατασκευή ειδικών κραμάτων. Τα κράματα Ytterbium έχουν εφαρμοστεί σε οδοντιατρική ιατρική για μεταλλουργικά και χημικά πειράματα.

Τα τελευταία χρόνια, το Ytterbium έχει αναδειχθεί και αναπτύχθηκε γρήγορα στους τομείς της επικοινωνίας οπτικών ινών και της τεχνολογίας λέιζερ.

Με την κατασκευή και την ανάπτυξη του "αυτοκινητόδρομου πληροφοριών", τα δίκτυα ηλεκτρονικών υπολογιστών και τα συστήματα μετάδοσης οπτικών ινών μεγάλων αποστάσεων έχουν ολοένα και μεγαλύτερες απαιτήσεις για την απόδοση των υλικών οπτικών ινών που χρησιμοποιούνται στην οπτική επικοινωνία. Τα ιόντα Ytterbium, λόγω των εξαιρετικών φασματικών τους ιδιοτήτων, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως υλικά ενίσχυσης ινών για οπτική επικοινωνία, ακριβώς όπως το Erbium και το Thulium. Παρόλο που το Erbium Erbium σπάνιας γης εξακολουθεί να είναι ο κύριος παίκτης στην παρασκευή ενισχυτών ινών, οι παραδοσιακές ίνες χαλαζία που έχουν προσβληθεί από το erbium έχουν ένα μικρό εύρος ζώνης κέρδους (30nm), καθιστώντας δύσκολη την κάλυψη των απαιτήσεων της μετάδοσης πληροφοριών υψηλής ταχύτητας και υψηλής χωρητικότητας. Τα ιόντα YB3+έχουν πολύ μεγαλύτερη διατομή απορρόφησης από τα ιόντα ER3+περίπου 980nm. Μέσω της επίδρασης ευαισθητοποίησης του YB3+και της μεταφοράς ενέργειας του Erbium και του Ytterbium, το φως 1530nm μπορεί να ενισχυθεί σημαντικά, βελτιώνοντας έτσι σημαντικά την αποτελεσματικότητα της ενίσχυσης του φωτός.

Τα τελευταία χρόνια, το φωσφορικό γυαλί Erbium ytterbium CO, έχει ευνοηθεί όλο και περισσότερο από τους ερευνητές. Τα φωσφορικά και φθοροφωσφορικά γυαλιά έχουν καλή χημική και θερμική σταθερότητα, καθώς και ευρεία υπερύθρων και μεγάλα μη ομοιόμορφα χαρακτηριστικά διεύρυνσης, καθιστώντας τα ιδανικά υλικά για γυαλί ενίσχυσης ενίσχυσης ευρυζωνικού και υψηλού κέρδους. Οι ενισχυτές ινών YB3+μπορεί να επιτύχουν ενίσχυση ισχύος και μικρή ενίσχυση σήματος, καθιστώντας τα κατάλληλα για πεδία όπως αισθητήρες οπτικών ινών, επικοινωνία με λέιζερ ελεύθερου χώρου και εξαιρετικά σύντομη ενίσχυση παλμών. Η Κίνα έχει δημιουργήσει σήμερα τη μεγαλύτερη χωρητικότητα του ενιαίου καναλιού στον κόσμο και το ταχύτερο σύστημα οπτικής μετάδοσης ταχύτητας και έχει την ευρύτερη οδό πληροφόρησης στον κόσμο. Το Ytterbium doped και άλλοι ενισχυτές ινών με σπάνια γήινα και υλικά λέιζερ διαδραματίζουν έναν κρίσιμο και σημαντικό ρόλο σε αυτά.

Τα φασματικά χαρακτηριστικά του ytterbium χρησιμοποιούνται επίσης ως υλικά λέιζερ υψηλής ποιότητας, τόσο ως κρύσταλλοι λέιζερ, γυαλιά λέιζερ και λέιζερ ινών. Ως υλικό λέιζερ υψηλής ισχύος, οι κρυστάλλοι λέιζερ Ytterbium έχουν σχηματίσει μια τεράστια σειρά, συμπεριλαμβανομένου του γρανάτου αλουμινίου (YB: YAG), Ytterbium Doped Gadolinium Gallium Garnet (YB: GGG) (YB: S-FAP), βαναδικό Ytterbium yttrium (YB: YV04), ytterbium doped borate και πυριτικό άλατο. Το Semiconductor Laser (LD) είναι ένας νέος τύπος πηγής αντλίας για λέιζερ στερεάς κατάστασης. YB: Το YAG έχει πολλά χαρακτηριστικά κατάλληλα για άντληση LD υψηλής ισχύος και έχει γίνει υλικό λέιζερ για άντληση LD υψηλής ισχύος. YB: Το S-FAP Crystal μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως υλικό λέιζερ για τη σύντηξη πυρηνικής λέιζερ στο μέλλον, το οποίο έχει προσελκύσει την προσοχή των ανθρώπων. Σε συντονισμένους κρυστάλλους λέιζερ, υπάρχει χρωμίου ytterbium holmium yttrium αλουμινίου γρανάτη (Cr, Yb, Ho: Yagg) με μήκη κύματος που κυμαίνονται από 2,84 έως 3,05 μ συνεχώς ρυθμιζόμενα μεταξύ Μ. Σύμφωνα με τα στατιστικά στοιχεία, οι περισσότερες από τις υπέρυθρες κεφαλές που χρησιμοποιούνται σε πυραύλους σε όλο τον κόσμο χρησιμοποιούν 3-5 μ. Ως εκ τούτου, η ανάπτυξη CR, YB, HO: YSGG LASERS μπορεί να παρέχει αποτελεσματική παρέμβαση για τα μέσα υπέρμετρα υπέρμετρα οπλισμένα όπλα και έχει σημαντική στρατιωτική σημασία. Η Κίνα έχει επιτύχει μια σειρά καινοτόμων αποτελεσμάτων με διεθνή προηγμένο επίπεδο στον τομέα των κρυστάλλων λέιζερ Ytterbium (YB: YAG, YB: FAP, YB: SFAP κ.λπ.) Τα αποτελέσματα της έρευνας έχουν εφαρμοστεί στην εθνική άμυνα, τη βιομηχανία και την επιστημονική μηχανική και τα κρυστάλλινα προϊόντα της Ytterbium έχουν εξαχθεί σε πολλές χώρες και περιοχές όπως οι Ηνωμένες Πολιτείες και η Ιαπωνία.

Μια άλλη σημαντική κατηγορία υλικών λέιζερ Ytterbium είναι το γυαλί λέιζερ. Έχουν αναπτυχθεί διάφορα γυαλιά διατομής υψηλής εκπομπής, συμπεριλαμβανομένου του γερμανίου Tellurite, του πυριτίου Niobate, του βορικού και του φωσφορικού. Λόγω της ευκολίας της χύτευσης γυαλιού, μπορεί να γίνει σε μεγάλα μεγέθη και έχει χαρακτηριστικά όπως η διαίρεση υψηλής φωτός και η υψηλή ομοιομορφία, καθιστώντας δυνατή την παραγωγή λέιζερ υψηλής ισχύος. Το γνωστό γυαλί λέιζερ σπάνιας γης ήταν κυρίως γυαλί νεοδύμιου, το οποίο έχει ιστορικό ανάπτυξης άνω των 40 ετών και ώριμη τεχνολογία παραγωγής και εφαρμογών. 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 χτίστηκαν στην Κίνα, που αποτελούνται από γυαλί νεοδύμιου λέιζερ ως κύριο μέσο λέιζερ, έχουν φτάσει στο προχωρημένο επίπεδο του κόσμου. Αλλά το γυαλί Neodymium του λέιζερ αντιμετωπίζει τώρα μια ισχυρή πρόκληση από το γυαλί λέιζερ Ytterbium.

Τα τελευταία χρόνια, ένας μεγάλος αριθμός μελετών έχουν δείξει ότι πολλές ιδιότητες του γυαλιού Ytterbium λέιζερ υπερβαίνουν εκείνες του γυαλιού νεοδυμίου. Λόγω του γεγονότος ότι η φωταύγεια που έχει προσβληθεί από το Ytterbium έχει μόνο δύο επίπεδα ενέργειας, η αποδοτικότητα αποθήκευσης ενέργειας είναι υψηλή. Με το ίδιο κέρδος, το γυαλί Ytterbium έχει απόδοση αποθήκευσης ενέργειας 16 φορές υψηλότερη από το γυαλί νεοδυμίου και μια διάρκεια ζωής φθορισμού 3 φορές αυτή του γυαλιού νεοδύμιου. Έχει επίσης πλεονεκτήματα όπως η συγκέντρωση υψηλού ντόπινγκ, το εύρος ζώνης απορρόφησης και μπορεί να αντληθεί άμεσα από ημιαγωγούς, καθιστώντας το πολύ κατάλληλο για λέιζερ υψηλής ισχύος. Ωστόσο, η πρακτική εφαρμογή του γυαλιού λέιζερ Ytterbium βασίζεται συχνά στη βοήθεια του νεοδυμίου, όπως η χρήση του ND3+ως ευαισθητοποιητή για την κατασκευή του γυαλιού λέιζερ Ytterbium σε θερμοκρασία δωματίου και η εκπομπή μιάν -λέιζερ επιτυγχάνεται σε μήκος κύματος Μ. Έτσι, το Ytterbium και το Neodymium είναι ανταγωνιστές και συνεργατικοί συνεργάτες στον τομέα του γυαλιού λέιζερ.

Ρυθμίζοντας τη σύνθεση γυαλιού, μπορούν να βελτιωθούν πολλές ιδιότητες φωταύγειας του γυαλιού λέιζερ Ytterbium. Με την ανάπτυξη λέιζερ υψηλής ισχύος ως κύρια κατεύθυνση, τα λέιζερ από γυαλί λέιζερ Ytterbium χρησιμοποιούνται όλο και ευρέως 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 πάντα ένας αναμενόμενος στόχος και η επίτευξη ελεγχόμενης πυρηνικής σύντηξης θα αποτελέσει σημαντικό μέσο για την επίλυση ενεργειακών προβλημάτων της ανθρωπότητας. Το γυαλί λέιζερ Ytterbium doped γίνεται το προτιμώμενο υλικό για την επίτευξη αναβαθμίσεων αδρανειακής σύντηξης (ICF) στον 21ο αιώνα λόγω της εξαιρετικής απόδοσης του λέιζερ.

Τα όπλα λέιζερ χρησιμοποιούν την τεράστια ενέργεια μιας δέσμης λέιζερ για να χτυπήσουν και να καταστρέψουν τους στόχους, δημιουργώντας θερμοκρασίες δισεκατομμυρίων βαθμών Κελσίου και άμεσα επίθεση με την ταχύτητα του φωτός. Μπορούν να αναφέρονται ως Nadana και να έχουν μεγάλη θνησιμότητα, ειδικά κατάλληλα για σύγχρονα συστήματα όπλων αεροπορικής άμυνας στον πόλεμο. Η εξαιρετική απόδοση του γυαλιού με λέιζερ Ytterbium έχει καταστήσει ένα σημαντικό βασικό υλικό για την κατασκευή όπλων λέιζερ υψηλής ισχύος και υψηλής απόδοσης.

Το Laser Fiber είναι μια ταχέως αναπτυσσόμενη νέα τεχνολογία και ανήκει επίσης στον τομέα των εφαρμογών γυαλιού λέιζερ. Το Laser Fiber είναι ένα λέιζερ που χρησιμοποιεί ίνες ως μέσο λέιζερ, το οποίο είναι προϊόν του συνδυασμού της τεχνολογίας ινών και λέιζερ. Πρόκειται για μια νέα τεχνολογία λέιζερ που αναπτύχθηκε με βάση την τεχνολογία ενισχυτή ινών Erbium (EDFA). Ένα λέιζερ ινών αποτελείται από μια δίοδο λέιζερ ημιαγωγού ως πηγή αντλίας, κυματοδηγό οπτικών ινών και μέσο κέρδους και οπτικά εξαρτήματα όπως ίνες σχάρας και συζεύκτες. 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 πλεονεκτήματα και πλεονεκτήματα απόδοσης, όπως η ποιότητα υψηλής δέσμης, η καλή σταθερότητα, η ισχυρή αντίσταση στην περιβαλλοντική παρεμβολή, η προσαρμογή, η συντήρηση και η συμπαγής δομή. Λόγω του γεγονότος ότι τα ιόντα που έχουν προσβληθεί κυρίως είναι κυρίως ND+3, YB+3, ER+3, TM+3, HO+3, τα οποία χρησιμοποιούν τις ίνες σπάνιων γαιών ως μέσου κέρδους, το λέιζερ ινών που αναπτύχθηκε από την εταιρεία μπορεί επίσης να ονομαστεί λέιζερ σπάνιων ινών.

Εφαρμογή λέιζερ: Υψηλή ισχύς ytterbium doped διπλής επένδυσης ινών λέιζερ έχει γίνει ένα ζεστό πεδίο σε τεχνολογία λέιζερ στερεάς κατάστασης διεθνώς τα τελευταία χρόνια. Έχει τα πλεονεκτήματα της καλής ποιότητας δέσμης, της συμπαγής δομή και της υψηλής απόδοσης μετατροπής και έχει ευρείες προοπτικές εφαρμογής στη βιομηχανική επεξεργασία και σε άλλους τομείς. Οι διπλή επένδυση ytterbium doped ίνες είναι κατάλληλες για την άντληση λέιζερ ημιαγωγών, με υψηλή απόδοση σύζευξης και υψηλή ισχύ εξόδου λέιζερ, και είναι η κύρια κατεύθυνση ανάπτυξης των ινών ytterbium doped. Η διπλή επένδυση της τεχνολογίας ινών με ντόπιους ίνας της Κίνας δεν είναι πλέον στο ίδιο επίπεδο με το προηγμένο επίπεδο ξένων χωρών. Η ίνα ytterbium doped, η διπλή επένδυση ινών με doped ytterbium και το Erbium ytterbium co doped fiber που αναπτύχθηκαν στην Κίνα έχουν φτάσει στο προχωρημένο επίπεδο παρόμοιων ξένων προϊόντων όσον αφορά την απόδοση και την αξιοπιστία, έχουν πλεονεκτήματα κόστους και έχουν βασικά κατοχυρωμένα με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας τεχνολογίες για πολλαπλά προϊόντα και μεθόδους.

Η παγκοσμίου φήμης γερμανική εταιρία λέιζερ IPG ανακοίνωσε πρόσφατα ότι το νεοεμφανιζόμενο σύστημα λέιζερ Fiber του Ytterbium έχει εξαιρετικά χαρακτηριστικά δέσμης, μια διάρκεια ζωής πάνω από 50000 ώρες, ένα κεντρικό μήκος κύματος εκπομπής 1070nm-1080nm και μια ισχύ εξόδου μέχρι 20kW. Έχει εφαρμοστεί σε λεπτή συγκόλληση, κοπή και γεώτρηση βράχου.

Τα υλικά λέιζερ είναι ο πυρήνας και το θεμέλιο για την ανάπτυξη της τεχνολογίας λέιζερ. Υπήρξε πάντα ένα ρητό στη βιομηχανία λέιζερ ότι «μία γενιά υλικών, μία γενιά συσκευών». Για την ανάπτυξη προηγμένων και πρακτικών συσκευών λέιζερ, είναι απαραίτητο να διαθέτετε πρώτα υλικά λέιζερ υψηλής απόδοσης και να ενσωματώσετε άλλες σχετικές τεχνολογίες. Οι κρύσταλλοι λέιζερ και γυαλί λέιζερ Ytterbium, ως νέα δύναμη των στερεών υλικών λέιζερ, προωθούν την καινοτόμο ανάπτυξη της τεχνολογίας οπτικών ινών και της τεχνολογίας λέιζερ, ειδικά σε τεχνολογίες λέιζερ αιχμής, όπως λέιζερ πυρηνικής σύντηξης υψηλής ισχύος, λέιζερ υψηλής ενέργειας, και λέιζερ υψηλής ενέργειας.

Επιπλέον, το ytterbium χρησιμοποιείται επίσης ως ενεργοποιητής φθορισμού σκόνης, ραδιοφωνικά κεραμικά, πρόσθετα για ηλεκτρονικά εξαρτήματα μνήμης υπολογιστών (μαγνητικές φυσαλίδες) και πρόσθετα οπτικών γυαλιών. Θα πρέπει να επισημανθεί ότι το Yttrium και το Yttrium είναι και τα δύο στοιχεία σπάνιων γαιών. Παρόλο που υπάρχουν σημαντικές διαφορές στα αγγλικά ονόματα και τα σύμβολα στοιχείων, το κινεζικό φωνητικό αλφάβητο έχει τις ίδιες συλλαβές. Σε ορισμένες κινεζικές μεταφράσεις, το Yttrium μερικές φορές αναφέρεται λανθασμένα ως Yttrium. Σε αυτή την περίπτωση, πρέπει να εντοπίσουμε το αρχικό κείμενο και να συνδυάσουμε σύμβολα στοιχείων για να επιβεβαιώσουμε.