Magisk sjeldent jordelement: Ytterbium

Ytterbium: Atomic Number 70, Atomic Weight 173.04, elementnavn avledet fra dets oppdagelsessted. Innholdet av Ytterbium i skorpen er 0,000266%, hovedsakelig til stede i fosforitt og svart sjeldne gullforekomster. Innholdet i monazitt er 0,03%, og det er 7 naturlige isotoper

Oppdaget

Av: Marinak

Tid: 1878

Sted: Sveits

I 1878 oppdaget sveitsiske kjemikere Jean Charles og G Marignac et nytt sjeldent jordelement i "Erbium". I 1907 påpekte Ulban og Weils at Marignac skilte en blanding av lutetiumoksyd og Ytterbium oksid. Til minne om den lille landsbyen som heter Yteerby nær Stockholm, der Yttrium malm ble oppdaget, ble dette nye elementet kalt Ytterbium med symbolet YB.

Elektronkonfigurasjon

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

Metall

Metallisk ytterbium er sølvgrå, duktil og har en myk tekstur. Ved romtemperatur kan Ytterbium sakte oksyderes med luft og vann.

Det er to krystallstrukturer: α - typen er et ansiktssentrert kubikkkrystallsystem (romtemperatur -798 ℃); β- Typen er et kroppssentrert kubikk (over 798 ℃) gitter. Smeltepunkt 824 ℃, kokepunkt 1427 ℃, relativ tetthet 6.977 （α-type), 6.54 （ß-type).

Uoppløselig i kaldt vann, oppløselig i syrer og flytende ammoniakk. Det er ganske stabilt i luften. I likhet med Samarium og Europium tilhører Ytterbium den sjeldne jorden med variabel valens, og kan også være i en positiv divalent tilstand i tillegg til å være vanligvis trivalent.

På grunn av denne variable valensegenskapen, bør ikke preparatet av metallisk ytterbium utføres ved elektrolyse, men ved reduksjonsdestillasjonsmetode for fremstilling og rensing. Vanligvis brukes lantanummetall som et reduksjonsmiddel for reduksjonsdestillasjon, ved å bruke forskjellen mellom det høye damptrykket til Ytterbium metall og det lave damptrykket til lantanummetall. Alternativt,Thulium, Ytterbium, ogLutetiumKonsentrater kan brukes som råvarer, ogmetall lantanumkan brukes som et reduserende middel. Under vakuumforhold på høy temperatur på> 1100 ℃ og <0.133pa, kan metall Ytterbium trekkes direkte ut ved reduksjonsdestillasjon. I likhet med samarium og europium, kan Ytterbium også skilles og renses gjennom våt reduksjon. Vanligvis brukes Thulium, Ytterbium og Lutetium -konsentrater som råvarer. Etter oppløsning reduseres Ytterbium til en divalent tilstand, noe som forårsaker signifikante forskjeller i egenskaper og deretter atskilt fra andre trivalente sjeldne jordarter. Produksjonen av høy renhetYtterbium oksidblir vanligvis utført ved ekstraksjonskromatografi eller ionutvekslingsmetode。

Søknad

Brukes til å produsere spesielle legeringer. Ytterbium -legeringer er blitt brukt i tannmedisin for metallurgiske og kjemiske eksperimenter.

De siste årene har Ytterbium dukket opp og raskt utviklet seg innen fiberoptisk kommunikasjon og laserteknologi.

Med konstruksjon og utvikling av “Information Highway” har datanettverk og langdistanse optiske fiberoverføringssystemer i økende grad høye krav til ytelse av optiske fibermaterialer som brukes i optisk kommunikasjon. Ytterbiumioner, på grunn av deres utmerkede spektrale egenskaper, kan brukes som fiberforsterkningsmaterialer for optisk kommunikasjon, akkurat som erbium og thulium. Selv om det sjeldne jordelementet erbium fremdeles er den viktigste aktøren i fremstilling av fiberforsterkere, har tradisjonelle Erbium-dopede kvartsfibre en liten gevinstbåndbredde (30nm), noe som gjør det vanskelig å oppfylle kravene til høyhastighetsinformasjonsoverføring. YB3+-ioner har et mye større absorpsjonstverrsnitt enn ER3+-ioner rundt 980nm. Gjennom sensibiliseringseffekten av YB3+og energioverføring av erbium og YTterbium, kan 1530Nm -lyset forbedres kraftig, og dermed forbedrer lysets forsterkningseffektivitet.

De siste årene har Erbium Ytterbium Co -dopet fosfatglass i økende grad blitt foretrukket av forskere. Fosfat- og fluorofosfatglass har god kjemisk og termisk stabilitet, samt bred infrarød transmittans og store ikke-uniform utvidelsesegenskaper, noe som gjør dem til ideelle materialer for bredbånd og høy forsterkning av erbium-dopet amplifiseringsfiberglass. YB3+dopede fiberforsterkere kan oppnå effektforsterkning og liten signalforsterkning, noe som gjør dem egnet for felt som fiberoptiske sensorer, ledningsplasslaser -kommunikasjon og ultra kort pulsforsterkning. Kina har for tiden bygget verdens største enkeltkanalkapasitet og den raskeste hastighetsoptiske overføringssystemet, og har den bredeste informasjonsmotorveien i verden. Ytterbium doped og andre sjeldne jorddopede fiberforsterkere og lasermaterialer spiller en avgjørende og betydelig rolle i dem.

De spektrale egenskapene til Ytterbium brukes også som lasermaterialer av høy kvalitet, begge som laserkrystaller, laserglass og fiberlasere. Som et lasermateriale med høy effekt har Ytterbium doped laserkrystaller dannet en enorm serie, inkludert Ytterbium dopet yttrium aluminiums granat (YB: YAG), Ytterbium doped gadol dopy gally Garnet (YB: GGG), Yttterbium Doped Calkium Garpet Strontium fluorofosfat (YB: S-FAP), YTTERBIUM DOPED YTTRIUM VANADATE (YB: YV04), YTTERBIUM DOPED BORATE og SILICATE. Semiconductor Laser (LD) er en ny type pumpekilde for solid-state-lasere. YB: YAG har mange egenskaper som er egnet for høyeffekt LD-pumping og har blitt et lasermateriale for høy effekt LD-pumping. YB: S-FAP-krystall kan brukes som et lasermateriale for laser-kjernefusjon i fremtiden, noe som har vakt folks oppmerksomhet. I avstembare laserkrystaller er det krom Ytterbium holmium yttrium aluminium gallium granat (CR, YB, HO: YAGG) med bølgelengder fra 2,84 til 3,05 μ kontinuerlig justerbar mellom m. I følge statistikk bruker de fleste av de infrarøde stridshodene som brukes i missiler rundt om i verden 3-5 μ derfor utviklingen av CR, YB, HO: YSGG-lasere kan gi effektiv forstyrrelse for midtinfrarøde guidede våpenmotmål, og har viktig militær betydning. Kina har oppnådd en serie innovative resultater med internasjonalt avansert nivå innen Ytterbium -dopede laserkrystaller (YB: YAG, YB: FAP, YB: SFAP, etc.), å løse nøkkelteknologier som krystallvekst og laserrask, puls, kontinuerlig og justerbar produksjon. Forskningsresultatene har blitt brukt i nasjonalt forsvar, industri og vitenskapelig ingeniørvitenskap, og Ytterbium doped krystallprodukter er eksportert til flere land og regioner som USA og Japan.

En annen hovedkategori av Ytterbium lasermaterialer er laserglass. Ulike tverrsnitts-laserglass med høyt utslipp er utviklet, inkludert Germanium Tellurite, Silicon Niobate, Borate og Fosfat. På grunn av enkel glassstøping, kan det gjøres til store størrelser og har egenskaper som høy lysoverføring og høy ensartethet, noe som gjør det mulig å produsere lasere med høy effekt. Det kjente sjeldne jordlaserglasset pleide å være hovedsakelig neodymglass, som har en utviklingshistorie på over 40 år og moden produksjon og applikasjonsteknologi. Det har alltid vært det foretrukne materialet for laserenheter med høy effekt og har blitt brukt i eksperimentelle enheter for kjernefusjon og laservåpen. Laserenhetene med høy effekt bygget i Kina, bestående av laser neodymglass som det viktigste lasermediet, har nådd verdens avanserte nivå. Men Laser Neodymium Glass står nå overfor en kraftig utfordring fra laser Ytterbium Glass.

De siste årene har et stort antall studier vist at mange egenskaper ved laser ytterbiumglass overskrider de av neodymglass. På grunn av det faktum at Ytterbium dopet luminescens bare har to energinivåer, er energilagringseffektiviteten høy. Med samme gevinst har Ytterbium Glass en energilagringseffektivitet 16 ganger høyere enn neodymglass, og en fluorescens levetid 3 ganger den for neodymglass. Det har også fordeler som høy dopingkonsentrasjon, absorpsjonsbåndbredde, og kan pumpes direkte av halvledere, noe som gjør det veldig egnet for lasere med høy effekt. Imidlertid er den praktiske anvendelsen av Ytterbium -laserglass ofte avhengig av hjelp fra neodym, for eksempel å bruke ND3+som en sensibilisator for å få Ytterbium laserglass til å fungere ved romtemperatur og μ -laserutslipp oppnås ved M -bølgelengde. Så Ytterbium og Neodymium er både konkurrenter og samarbeidspartnere innen laserglass.

Ved å justere glasssammensetningen kan mange selvlysende egenskaper til Ytterbium -laserglass forbedres. Med utviklingen av høyeffektlasere som hovedretning, blir lasere laget av Ytterbium laserglass stadig mer brukt i moderne industri, landbruk, medisin, vitenskapelig forskning og militære applikasjoner.

Militær bruk: Å bruke energien generert av kjernefusjon som energi har alltid vært et forventet mål, og å oppnå kontrollert atomfusjon vil være et viktig middel for menneskeheten å løse energiproblemer. Ytterbium doped laserglass blir det foretrukne materialet for å oppnå treghetsfusjonsfusjonsoppgraderinger (ICF) i det 21. århundre på grunn av den utmerkede laserytelsen.

Laservåpen bruker den enorme energien til en laserstråle for å slå og ødelegge mål, generere temperaturer av milliarder av grader Celsius og angriper direkte med lysets hastighet. De kan omtales som Nadana og har stor dødelighet, spesielt egnet for moderne luftforsvarsvåpensystemer i krigføring. Den utmerkede ytelsen til Ytterbium dopet laserglass har gjort det til et viktig grunnmateriale for å produsere laservåpen med høy effekt og høy ytelse.

Fiberlaser er en raskt utviklende ny teknologi og tilhører også feltet Laser Glass -applikasjoner. Fiberlaser er en laser som bruker fiber som lasermedium, som er et produkt av kombinasjonen av fiber og laserteknologi. Det er en ny laserteknologi utviklet på grunnlag av Erbium doped fiberforsterker (EDFA) -teknologi. En fiberlaser er sammensatt av en halvlederlaserdiode som pumpekilde, en fiberoptisk bølgeleder og et forsterkningsmedium og optiske komponenter som ristfibre og koblinger. Det krever ikke mekanisk justering av den optiske banen, og mekanismen er kompakt og enkel å integrere. Sammenlignet med tradisjonelle solid-state-lasere og halvlederlasere, har den teknologiske og ytelsesfordeler som høye strålekvalitet, god stabilitet, sterk motstand mot miljøforstyrrelser, ingen justering, ingen vedlikehold og kompakt struktur. På grunn av det faktum at de dopede ionene hovedsakelig er ND+3, YB+3, ER+3, TM+3, HO+3, som alle bruker sjeldne jordfibre som forsterkningsmedier, kan fiberlaseren utviklet av selskapet også kalles en sjelden jordfiberlaser.

Laserpåføring: Høy effekt Ytterbium dopet dobbel kledd fiberlaser har blitt et varmt felt i solid-state laserteknologi internasjonalt de siste årene. Det har fordelene med god strålekvalitet, kompakt struktur og høy konverteringseffektivitet, og har brede applikasjonsutsikter innen industriell prosessering og andre felt. Dobbeltkledde Ytterbium -dopede fibre er egnet for pumping av halvlederlaser, med høy koblingseffektivitet og høy laserutgangseffekt, og er hovedutviklingsretningen til Ytterbium dopede fibre. Kinas dobbeltkledde Ytterbium dopet fiberteknologi er ikke lenger på nivå med det avanserte nivået av fremmede land. Ytterbium dopet fiber, dobbeltkledd Ytterbium dopet fiber, og Erbium Ytterbium co dopet fiber utviklet i Kina har nådd det avanserte nivået av lignende utenlandske produkter når det gjelder ytelse og pålitelighet, har kostnadsfordeler og har kjernepatentert teknologier for flere produkter og metoder.

Det verdenskjente tyske IPG-laserselskapet kunngjorde nylig at deres nylig lanserte Ytterbium-dopede fiberlasersystem har utmerkede strålegenskaper, en pumpeliv på over 50000 timer, en sentral emisjonsbølgelengde på 1070NM-1080Nm og en utgangseffekt på opptil 20kW. Det har blitt brukt i fin sveising, skjæring og bergboring.

Lasermaterialer er kjernen og grunnlaget for utvikling av laserteknologi. Det har alltid vært et ordtak i laserindustrien at 'en generasjon materialer, en generasjon av enheter'. For å utvikle avanserte og praktiske laserenheter er det nødvendig å først ha lasermaterialer med høy ytelse og integrere andre relevante teknologier. Ytterbium doped laserkrystaller og laserglass, som den nye kraften av faste lasermaterialer, fremmer den innovative utviklingen av fiberoptisk kommunikasjon og laserteknologi, spesielt i banebrytende laserteknologier som høyeffekt kjernefusjonslasere, høye energi-fliser-fliser og høyenergipåre lasere.

I tillegg brukes Ytterbium også som en fluorescerende pulveraktivator, radiokeramikk, tilsetningsstoffer for elektroniske datamaskinminnekomponenter (magnetiske bobler) og optiske glasstilsetningsstoffer. Det skal påpekes at yttrium og yttrium begge er sjeldne jordelementer. Selv om det er signifikante forskjeller i engelske navn og elementsymboler, har det kinesiske fonetiske alfabetet de samme stavelsene. I noen kinesiske oversettelser blir yttrium noen ganger feilaktig referert til som yttrium. I dette tilfellet må vi spore originalteksten og kombinere elementsymboler for å bekrefte.