Υττερβίο: ατομικός αριθμός 70, ατομικό βάρος 173,04, όνομα στοιχείου που προέρχεται από την τοποθεσία ανακάλυψής του. Το περιεχόμενο τουυττερβίοστον φλοιό είναι 0,000266%, κυρίως σε κοιτάσματα φωσφορίτη και μαύρου σπάνιου χρυσού, ενώ η περιεκτικότητα σε μοναζίτη είναι 0,03%, με 7 φυσικά ισότοπα.
Ανακαλύπτοντας την Ιστορία
Ανακαλύφθηκε από: Marinak
Χρόνος: 1878
Τοποθεσία: Ελβετία
Το 1878, οι Ελβετοί χημικοί Jean Charles και G Marignac ανακάλυψαν ένα νέο στοιχείο σπάνιας γαίας στο «έρβιο». Το 1907, οι Ulban και Weils επεσήμαναν ότι ο Marignac διαχώρισε ένα μείγμα οξειδίου του λουτετίου και οξειδίου του υττερβίου. Σε ανάμνηση του μικρού χωριού με το όνομα Yteerby κοντά στη Στοκχόλμη, όπου ανακαλύφθηκε μετάλλευμα υττρίου, αυτό το νέο στοιχείο ονομάστηκε Ύτερβιο με το σύμβολο Yb.
Διαμόρφωση ηλεκτρονίων
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14
Μέταλλο
Μεταλλικό υττέρβιοείναι ασημί γκρι, όλκιμο και έχει απαλή 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 πρόσωπο (θερμοκρασία δωματίου -798 ℃). β- Ο τύπος είναι ένα κυβικό πλέγμα με κέντρο (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 σαμάριο και το ευρώπιο, το υττέρβιο ανήκει στη σπάνια γη μεταβλητού σθένους και μπορεί επίσης να βρίσκεται σε θετική δισθενή κατάσταση εκτός από το ότι είναι συνήθως τρισθενές.
Λόγω αυτού του χαρακτηριστικού μεταβλητού σθένους, η παρασκευή του μεταλλικού υττερβίου δεν πρέπει να πραγματοποιείται με ηλεκτρόλυση, αλλά με μέθοδο απόσταξης αναγωγής για παρασκευή και καθαρισμό. Συνήθως,μέταλλο λανθάνιοχρησιμοποιείται ως αναγωγικός παράγοντας για την απόσταξη αναγωγής, χρησιμοποιώντας 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 και το μεταλλικό λανθάνιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αναγωγικός παράγοντας. Υπό συνθήκες κενού υψηλής θερμοκρασίας >1100 ℃ και <0,133 Pa, το μεταλλικό υττέρβιο μπορεί να εξαχθεί απευθείας με απόσταξη αναγωγής. Σανσαμάριοκαιευρώπιο,Το υττέρβιο μπορεί επίσης να διαχωριστεί και να καθαριστεί μέσω υγρής αναγωγής. Συνήθως, ως πρώτες ύλες χρησιμοποιούνται συμπυκνώματα θούλιου, υττερβίου και λουτετίου. Μετά τη διάλυση, το υττέρβιο ανάγεται σε δισθενή κατάσταση, προκαλώντας σημαντικές διαφορές στις ιδιότητες, και στη συνέχεια διαχωρίζεται από άλλες τρισθενείς σπάνιες γαίες. Η παραγωγή οξειδίου του υττερβίου υψηλής καθαρότητας πραγματοποιείται συνήθως με χρωματογραφία εκχύλισης ή μέθοδο ανταλλαγής ιόντων
Εφαρμογή
Χρησιμοποιείται για την κατασκευή ειδικών κραμάτων.Κράματα υττερβίουέχουν εφαρμοστεί στην οδοντιατρική για μεταλλουργικά και χημικά πειράματα.
Τα τελευταία χρόνια, το υττέρβιο εμφανίστηκε και αναπτύχθηκε γρήγορα στους τομείς της επικοινωνίας οπτικών ινών και της τεχνολογίας λέιζερ.
Με την κατασκευή και την ανάπτυξη του «εθνικού δρόμου πληροφοριών», τα δίκτυα υπολογιστών και τα συστήματα μετάδοσης οπτικών ινών μεγάλων αποστάσεων έχουν ολοένα και περισσότερες 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, όπωςέρβιοκαιθούλιο. Αν και το στοιχείο σπανίων γαιών το έρβιο εξακολουθεί να είναι ο κύριος παίκτης στην παρασκευή ενισχυτών ινών, οι παραδοσιακές ίνες χαλαζία με πρόσμειξη έρβιου έχουν μικρό εύρος ζώνης (30nm), καθιστώντας δύσκολη την κάλυψη των απαιτήσεων μετάδοσης πληροφοριών υψηλής ταχύτητας και υψηλής χωρητικότητας. Τα ιόντα Yb3+ έχουν πολύ μεγαλύτερη διατομή απορρόφησης από τα ιόντα Er3+ περίπου 980 nm. Μέσω της επίδρασης ευαισθητοποίησης του Yb3+ και της μεταφοράς ενέργειας του ερβίου και του υττερβίου, το φως των 1530 nm μπορεί να βελτιωθεί σημαντικά, βελτιώνοντας έτσι σημαντικά την απόδοση ενίσχυσης του φωτός.
Τα τελευταία χρόνια, το φωσφορικό γυαλί συν-ντοπαρισμένο με έρβιο υττέρβιο ευνοείται όλο και περισσότερο από τους ερευνητές. Τα γυαλιά φωσφορικών και φθοροφωσφορικών έχουν καλή χημική και θερμική σταθερότητα, καθώς και ευρεία υπέρυθρη μετάδοση και μεγάλα ανομοιόμορφα χαρακτηριστικά διεύρυνσης, καθιστώντας τα ιδανικά υλικά για υαλοπίνακες ινών ενίσχυσης ευρείας ζώνης και υψηλής απολαβής με πρόσμειξη με έρβιο. Οι ενισχυτές ινών με πρόσμειξη 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 με εξαιρετικά σύντομο παλμό. Η Κίνα έχει σήμερα κατασκευάσει τη μεγαλύτερη χωρητικότητα ενός καναλιού στον κόσμο και το σύστημα οπτικής μετάδοσης ταχύτερης ταχύτητας και διαθέτει τον ευρύτερο αυτοκινητόδρομο πληροφοριών στον κόσμο. Ενισχυτές ινών με ντόπινγκ υττέρβιο και άλλοι ενισχυτές ινών σπανίων γαιών και 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 και λέιζερ ινών. Ως υλικό λέιζερ υψηλής ισχύος, οι κρύσταλλοι λέιζερ που έχουν προστεθεί με υττέρβιο έχουν σχηματίσει μια τεράστια σειρά, συμπεριλαμβανομένου του ντοπαρισμένου υττέρβιουύττριο αλουμίνιογρανάτης (Yb: YAG), ντοπαρισμένο με υττέρβιογαδολίνιογρανάτης γαλλίου (Yb: GGG), φθοροφωσφορικό ασβέστιο με πρόσμειξη υττέρβιο (Yb: FAP), φθοροφωσφορικό στρόντιο με πρόσμειξη υττέρβιο (Yb: S-FAP), βαναδικό ύττριο με πρόσμειξη υττέρβιο (Yb: YV04), σιτερβορικό, σιτερβορικό. Το λέιζερ ημιαγωγών (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: Ο κρύσταλλος S-FAP μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως υλικό λέιζερ για πυρηνική σύντηξη λέιζερ στο μέλλον, κάτι που έχει προσελκύσει την προσοχή των ανθρώπων. Στους συντονιζόμενους κρυστάλλους λέιζερ, υπάρχει γρανάτης χρωμίου υττέρβιο ολμίου υττρίου αλουμινίου γαλλίου (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 υπέρυθρες κεφαλές που χρησιμοποιούνται σε πυραύλους σε όλο τον κόσμο χρησιμοποιούν 3-5 μ. Επομένως, η ανάπτυξη των λέιζερ Cr, Yb, Ho: YSGG μπορεί να παρέχει αποτελεσματική παρεμβολή για αντίμετρα κατευθυνόμενων όπλων 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 πρόσμειξη υττερβίου (Yb: YAG, Yb: FAP, Yb: SFAP, κ.λπ.), λύνοντας βασικές τεχνολογίες όπως ανάπτυξη κρυστάλλων και γρήγορο λέιζερ, συνεχής και ρυθμιζόμενη έξοδος. Τα αποτελέσματα της έρευνας έχουν εφαρμοστεί στην εθνική άμυνα, τη βιομηχανία και την επιστημονική μηχανική, και τα κρυσταλλικά προϊόντα με πρόσμιξη υττέρβιο έχουν εξαχθεί σε πολλές χώρες και περιοχές όπως οι Ηνωμένες Πολιτείες και η Ιαπωνία.
Μια άλλη μεγάλη κατηγορία υλικών λέιζερ υττερβίου είναι το γυαλί λέιζερ. Έχουν αναπτυχθεί διάφορα γυαλιά λέιζερ διατομής υψηλών εκπομπών, συμπεριλαμβανομένου του τελουρίτη γερμανίου, του νιοβικού πυριτίου, του βορικού και του φωσφορικού. Λόγω της ευκολίας χύτευσης 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 παλιά ήταν κυρίωςνεοδύμιογυαλί, το οποίο έχει ιστορία ανάπτυξης πάνω από 40 χρόνια 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, αποτελούνται από λέιζερνεοδύμιογυαλί ως το κύριο μέσο λέιζερ, έχουν φτάσει στο προηγμένο επίπεδο του κόσμου. Αλλά το γυαλί νεοδυμίου λέιζερ αντιμετωπίζει τώρα μια ισχυρή πρόκληση από το γυαλί υττερβίου λέιζερ.
Τα τελευταία χρόνια, ένας μεγάλος αριθμός μελετών έχει δείξει ότι πολλές ιδιότητες του γυαλιού υττερβίου λέιζερ υπερβαίνουν αυτές τουνεοδύμιοποτήρι. Λόγω του γεγονότος ότι η φωταύγεια με πρόσμιξη υττέρβιου έχει μόνο δύο επίπεδα ενέργειας, 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 εκείνη του γυαλιού νεοδυμίου. Έχει επίσης πλεονεκτήματα όπως υψηλή συγκέντρωση ντόπινγκ, 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 βασίζεται συχνά στη βοήθεια του νεοδυμίου, όπως η χρήση Nd3+ ως ευαισθητοποιητή για να κάνει το γυαλί λέιζερ υττερβίου να λειτουργεί σε θερμοκρασία δωματίου και η εκπομπή λέιζερ μ επιτυγχάνεται σε μήκος κύματος m. Έτσι, το υττέρβιο και το νεοδύμιο είναι τόσο ανταγωνιστές όσο και συνεργάτες στον τομέα του γυαλιού λέιζερ.
Με την προσαρμογή της σύνθεσης του γυαλιού, πολλές ιδιότητες φωταύγειας του γυαλιού λέιζερ υττερβίου μπορούν να βελτιωθούν. Με την ανάπτυξη των λέιζερ υψηλής ισχύος ως κύρια κατεύθυνση, τα λέιζερ από γυαλί λέιζερ υττερβίου χρησιμοποιούνται όλο 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 πάντα αναμενόμενος στόχος και η επίτευξη ελεγχόμενης πυρηνικής σύντηξης θα είναι ένα σημαντικό μέσο για την ανθρωπότητα για την επίλυση ενεργειακών προβλημάτων. Το γυαλί λέιζερ με πρόσμιξη υττέρβιο γίνεται το προτιμώμενο υλικό για την επίτευξη αναβαθμίσεων αδρανειακής σύντηξης περιορισμού (ICF) τον 21ο αιώνα λόγω της εξαιρετικής του 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 απευθείας με την ταχύτητα του φωτός. Μπορούν να αναφέρονται ως Nadana και έχουν μεγάλη φονικότητα, ιδιαίτερα κατάλληλα για σύγχρονα οπλικά συστήματα αεράμυνας στον πόλεμο. Η εξαιρετική απόδοση του γυαλιού λέιζερ με πρόσμιξη υττερβίου το έχει καταστήσει σημαντικό βασικό υλικό για την κατασκευή όπλων λέιζερ υψηλής ισχύος και υψηλής απόδοσης.
Το λέιζερ ινών είναι μια ταχέως αναπτυσσόμενη νέα τεχνολογία και ανήκει επίσης στον τομέα των εφαρμογών γυαλιού λέιζερ. Το λέιζερ ινών είναι ένα λέιζερ που χρησιμοποιεί ίνα ως μέσο λέιζερ, το οποίο είναι προϊόν του συνδυασμού τεχνολογίας ινών και λέιζερ. Είναι μια νέα τεχνολογία λέιζερ που αναπτύχθηκε με βάση την τεχνολογία ενισχυτή ινών με εμποτισμένο έρβιο (EDFA). Ένα λέιζερ ινών αποτελείται από μια δίοδο λέιζερ ημιαγωγών ως πηγή αντλίας, έναν κυματοδηγό οπτικών ινών και ένα μέσο απολαβής, και οπτικά εξαρτήματα όπως ίνες πλέγματος 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 λέιζερ ημιαγωγών, έχει τεχνολογικά πλεονεκτήματα και πλεονεκτήματα απόδοσης, όπως υψηλή ποιότητα δέσμης, καλή σταθερότητα, ισχυρή αντίσταση στις περιβαλλοντικές παρεμβολές, χωρίς ρύθμιση, χωρίς συντήρηση και συμπαγή δομή. Λόγω του γεγονότος ότι τα ντοπαρισμένα ιόντα είναι κυρίως Nd+3, Yb+3, Er+3, Tm+3, Ho+3, τα οποία χρησιμοποιούν ίνες σπάνιων γαιών ως μέσο απολαβής, το λέιζερ ινών που αναπτύχθηκε από την εταιρεία μπορεί επίσης ονομάζεται λέιζερ ινών σπάνιων γαιών.
Εφαρμογή λέιζερ: Το λέιζερ ινών διπλής επένδυσης με διπλή επένδυση υττέρβιο υψηλής ισχύος έχει γίνει ένα καυτό πεδίο στην τεχνολογία λέιζερ στερεάς κατάστασης διεθνώς τα τελευταία χρόνια. 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 με διπλή επένδυση υττέρβιο είναι κατάλληλες για άντληση με λέιζερ ημιαγωγών, με υψηλή απόδοση σύζευξης και υψηλή ισχύ εξόδου λέιζερ, και αποτελούν την κύρια κατεύθυνση ανάπτυξης των ινών με πρόσμιξη υττερβίου. Η τεχνολογία ινών διπλής επένδυσης υττερβίου της Κίνας δεν είναι πλέον στο ίδιο επίπεδο με το προηγμένο επίπεδο ξένων χωρών. Οι ίνες ντοπαρισμένες με υττέρβιο, διπλής επένδυσης ίνες ντοπαρίσματος υττερβίου και ίνες ερβίου υττέρβιο συν-ντοπαρισμένες που αναπτύχθηκαν στην Κίνα έχουν φτάσει στο προηγμένο επίπεδο παρόμοιων ξένων προϊόντων όσον αφορά την απόδοση και την αξιοπιστία, έχουν πλεονεκτήματα κόστους και διαθέτουν βασικές κατοχυρωμένες τεχνολογίες για πολλαπλά προϊόντα και μεθόδους .
Η παγκοσμίου φήμης γερμανική εταιρεία λέιζερ IPG ανακοίνωσε πρόσφατα ότι το πρόσφατα λανσαρισμένο σύστημα λέιζερ ινών υττερβίου έχει εξαιρετικά χαρακτηριστικά δέσμης, διάρκεια ζωής αντλίας πάνω από 50000 ώρες, κεντρικό μήκος κύματος εκπομπής 1070nm-1080nm και ισχύ εξόδου έως 20KW. Έχει εφαρμοστεί σε λεπτή συγκόλληση, κοπή και διάτρηση βράχου.
Τα υλικά λέιζερ αποτελούν τον πυρήνα και το θεμέλιο για την ανάπτυξη της τεχνολογίας λέιζερ. Υπήρχε πάντα ένα ρητό στη βιομηχανία λέιζερ ότι «μία γενιά υλικών, μία γενιά συσκευών». Για την ανάπτυξη προηγμένων και πρακτικών συσκευών λέιζερ, είναι απαραίτητο πρώτα να κατέχουμε υλικά λέιζερ υψηλής απόδοσης και να ενσωματώσουμε άλλες σχετικές τεχνολογίες. Οι κρύσταλλοι λέιζερ με ντοπαρισμένο ύτερβιο και το γυαλί λέιζερ, ως η νέα δύναμη των στερεών υλικών λέιζερ, προάγουν την καινοτόμο ανάπτυξη της επικοινωνίας οπτικών ινών και της τεχνολογίας λέιζερ, ειδικά σε τεχνολογίες λέιζερ αιχμής, όπως λέιζερ πυρηνικής σύντηξης υψηλής ισχύος, ρυθμός υψηλής ενέργειας λέιζερ πλακιδίων και λέιζερ όπλων υψηλής ενέργειας.
Επιπλέον, το υττέρβιο χρησιμοποιείται επίσης ως ενεργοποιητής φθορίζουσας σκόνης, ραδιοκεραμικά, πρόσθετα για εξαρτήματα ηλεκτρονικής μνήμης υπολογιστών (μαγνητικές φυσαλίδες) και πρόσθετα οπτικού γυαλιού. Πρέπει να σημειωθεί ότι το ύττριο και το ύττριο είναι και τα δύο στοιχεία σπανίων γαιών. Αν και υπάρχουν σημαντικές διαφορές στα αγγλικά ονόματα και σύμβολα 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 ανιχνεύσουμε το αρχικό κείμενο και να συνδυάσουμε σύμβολα στοιχείων για επιβεβαίωση.
Ώρα δημοσίευσης: Σεπ-13-2023