Ytterbium: atomnummer 70, atomvekt 173,04, grunnstoffnavn avledet fra oppdagelsesstedet. Innholdet avytterbiumi jordskorpen er 0,000266 %, hovedsakelig tilstede i fosforitt og svarte sjeldne gullforekomster, mens innholdet i monazitt er 0,03 %, med 7 naturlige isotoper.
Oppdage historie
Oppdaget av: Marinak
Tid: 1878
Sted: Sveits
I 1878 oppdaget de sveitsiske kjemikerne Jean Charles og G. Marignac et nytt sjeldent jordartsmetall i «erbium». I 1907 påpekte Ulban og Weils at Marignac skilte ut en blanding av lutetiumoksid og ytterbiumoksid. Til minne om den lille landsbyen Yteerby nær Stockholm, hvor yttriummalm ble oppdaget, ble dette nye elementet kalt Ytterbium med symbolet Yb.
Elektronkonfigurasjon
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14
Metall
Metallisk ytterbiumer sølvgrått, duktilt og har en myk tekstur. Ved romtemperatur kan ytterbium sakte oksideres av luft og vann.
Det finnes to krystallstrukturer: α-typen er et flatesentrert kubisk krystallsystem (romtemperatur -798 ℃); β-typen er et kroppssentrert kubisk gitter (over 798 ℃). Smeltepunkt 824 ℃, kokepunkt 1427 ℃, relativ tetthet 6,977 (α-typen), 6,54 (β-typen).
Uløselig i kaldt vann, løselig i syrer og flytende ammoniakk. Den er ganske stabil i luften. I likhet med samarium og europium tilhører ytterbium den sjeldne jordarten med variabel valens, og kan også være i en positiv toverdig tilstand i tillegg til å være vanligvis treverdig.
På grunn av denne variable valenskarakteristikken bør fremstillingen av metallisk ytterbium ikke utføres ved elektrolyse, men ved reduksjonsdestillasjon for fremstilling og rensing. Vanligvis,lantanmetallbrukes som reduksjonsmiddel for reduksjonsdestillasjon, ved å utnytte forskjellen mellom det høye damptrykket til ytterbiummetall og det lave damptrykket til lantanmetall. Alternativt,tulium, ytterbium, oglutetiumKonsentrater kan brukes som råmaterialer, og metalllantan kan brukes som reduksjonsmiddel. Under høye vakuumforhold på >1100 ℃ og <0,133 Pa kan metallytterbium ekstraheres direkte ved reduksjonsdestillasjon. Somsamariumogeuropium,Ytterbium kan også separeres og renses gjennom våtreduksjon. Vanligvis brukes tulium-, ytterbium- og lutetiumkonsentrater som råmaterialer. Etter oppløsning reduseres ytterbium til en toverdig tilstand, noe som forårsaker betydelige forskjeller i egenskaper, og separeres deretter fra andre treverdige sjeldne jordarter. Produksjonen av ytterbiumoksid med høy renhet utføres vanligvis ved ekstraksjonskromatografi eller ionebyttemetoden.
Søknad
Brukes til produksjon av spesiallegeringer.Ytterbiumlegeringerhar blitt brukt i tannmedisin for metallurgiske og kjemiske eksperimenter.
I de senere årene har ytterbium dukket opp og utviklet seg raskt innen fiberoptisk kommunikasjon og laserteknologi.
Med byggingen og utviklingen av «informasjonsmotorveien» har datanettverk og langdistanse fiberoptiske overføringssystemer stadig høyere krav til ytelsen til fiberoptiske materialer som brukes i optisk kommunikasjon. Ytterbiumioner kan, på grunn av sine utmerkede spektrale egenskaper, brukes som fiberforsterkningsmaterialer for optisk kommunikasjon, akkurat somerbiumogtuliumSelv om det sjeldne jordartsmetallen erbium fortsatt er hovedaktøren i fremstillingen av fiberforsterkere, har tradisjonelle erbiumdopede kvartsfibre en liten forsterkningsbåndbredde (30 nm), noe som gjør det vanskelig å oppfylle kravene til høyhastighets- og høykapasitetsinformasjonsoverføring. Yb3+-ioner har et mye større absorpsjonstverrsnitt enn Er3+-ioner rundt 980 nm. Gjennom sensibiliseringseffekten til Yb3+ og energioverføringen til erbium og ytterbium, kan lyset på 1530 nm forbedres betraktelig, og dermed forbedre lysets forsterkningseffektivitet betraktelig.
I de senere år har erbium-ytterbium-ko-dopet fosfatglass blitt stadig mer foretrukket av forskere. Fosfat- og fluorfosfatglass har god kjemisk og termisk stabilitet, samt bred infrarød transmittans og store, ikke-uniforme breddeegenskaper, noe som gjør dem ideelle materialer for bredbånds- og høyforsterkende erbium-dopet fiberglass. Yb3+-dopede fiberforsterkere kan oppnå effektforsterkning og liten signalforsterkning, noe som gjør dem egnet for felt som fiberoptiske sensorer, fritt rom-laserkommunikasjon og ultrakort pulsforsterkning. Kina har for tiden bygget verdens største enkeltkanalkapasitet og raskeste optiske overføringssystem, og har den bredeste informasjonsveien i verden. Ytterbium-dopede og andre sjeldne jordartsmetaller-dopede fiberforsterkere og lasermaterialer spiller en avgjørende og betydelig rolle i dem.
De spektrale egenskapene til ytterbium brukes også som lasermaterialer av høy kvalitet, både som laserkrystaller, laserglass og fiberlasere. Som et høyeffektslasermateriale har ytterbiumdopede laserkrystaller dannet en enorm serie, inkludert ytterbiumdopedeyttriumaluminiumgranat (Yb: YAG), ytterbiumdopetgadoliniumgalliumgranat (Yb: GGG), ytterbiumdopet kalsiumfluorofosfat (Yb: FAP), ytterbiumdopet strontiumfluorofosfat (Yb: S-FAP), ytterbiumdopet yttriumvanadat (Yb: YV04), ytterbiumdopet borat og silikat. Halvlederlaser (LD) er en ny type pumpekilde for faststofflasere. Yb: YAG har mange egenskaper som er egnet for høyeffekts LD-pumping og har blitt et lasermateriale for høyeffekts LD-pumping. Yb: S-FAP-krystall kan i fremtiden bli brukt som lasermateriale for laserkjernefusjon, noe som har tiltrukket seg folks oppmerksomhet. I avstembare laserkrystaller finnes kromytterbium, holmiumytttrium og aluminiumgalliumgranat (Cr, Yb, Ho: YAGG) med bølgelengder fra 2,84 til 3,05 μ. Kontinuerlig justerbar mellom m. Ifølge statistikk bruker de fleste infrarøde stridshoder som brukes i missiler rundt om i verden 3–5 μ. Derfor kan utviklingen av Cr-, Yb- og Ho-YSGG-lasere gi effektiv interferens for mottiltak med mellominfrarøde våpen, og har viktig militær betydning. Kina har oppnådd en rekke innovative resultater på internasjonalt avansert nivå innen ytterbiumdopede laserkrystaller (Yb: YAG, Yb: FAP, Yb: SFAP, etc.), og løst nøkkelteknologier som krystallvekst og laserhurtig, pulserende, kontinuerlig og justerbar utgang. Forskningsresultatene har blitt anvendt i nasjonalt forsvar, industri og vitenskapelig ingeniørfag, og ytterbiumdopede krystallprodukter har blitt eksportert til en rekke land og regioner som USA og Japan.
En annen viktig kategori av ytterbiumlasermaterialer er laserglass. Ulike laserglass med høyt tverrsnitt har blitt utviklet, inkludert germaniumtelluritt, silisiumniobat, borat og fosfat. På grunn av den enkle glassstøpingen kan det lages i store størrelser og har egenskaper som høy lysgjennomgang og høy ensartethet, noe som gjør det mulig å produsere høyeffektslasere. Det kjente laserglasset av sjeldne jordarter pleide å være hovedsakeligneodymglass, som har en utviklingshistorie på over 40 år og moden produksjons- og anvendelsesteknologi. Det har alltid vært det foretrukne materialet for høyeffektslaserenheter og har blitt brukt i eksperimentelle enheter for kjernefusjon og laservåpen. Høyeffektslaserenhetene som er bygget i Kina, består av laserneodymglass som det viktigste lasermediet har nådd verdens avanserte nivå. Men laserneodymglass står nå overfor en kraftig utfordring fra laserytterbiumglass.
I de senere år har et stort antall studier vist at mange egenskaper ved laserytterbiumglass overgår egenskapene tilneodymglass. Fordi ytterbiumdopet luminescens bare har to energinivåer, er energilagringseffektiviteten høy. Med samme forsterkning har ytterbiumglass en energilagringseffektivitet som er 16 ganger høyere enn neodymglass, og en fluorescenslevetid som er 3 ganger høyere enn neodymglass. Det har også fordeler som høy dopingkonsentrasjon, absorpsjonsbåndbredde og kan pumpes direkte av halvledere, noe som gjør det svært egnet for høyeffektslasere. Den praktiske anvendelsen av ytterbiumlaserglass er imidlertid ofte avhengig av hjelp fra neodym, for eksempel bruk av Nd3+ som sensibilisator for å få ytterbiumlaserglass til å fungere ved romtemperatur og μ. Laseremisjon oppnås ved m-bølgelengde. Så ytterbium og neodym er både konkurrenter og samarbeidspartnere innen laserglass.
Ved å justere glasssammensetningen kan mange av de luminescerende egenskapene til ytterbiumlaserglass forbedres. Med utviklingen av høyeffektslasere som hovedretning, blir lasere laget av ytterbiumlaserglass 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 kjernefusjon vil være et viktig middel for menneskeheten for å løse energiproblemer. Ytterbiumdopet laserglass er i ferd med å bli det foretrukne materialet for å oppnå oppgraderinger av treghetsfusjon (ICF) i det 21. århundre på grunn av sin utmerkede laserytelse.
Laservåpen bruker den enorme energien fra en laserstråle til å treffe og ødelegge mål, generere temperaturer på milliarder av grader Celsius og angripe direkte med lysets hastighet. De kan omtales som Nadana og har stor dødelighet, spesielt egnet for moderne luftforsvarssystemer i krigføring. Den utmerkede ytelsen til ytterbiumdopet laserglass har gjort det til et viktig basismateriale for produksjon av høyeffekts- og høytytende laservåpen.
Fiberlaser er en raskt utviklende ny teknologi og tilhører også feltet for laserglassapplikasjoner. Fiberlaser er en laser som bruker fiber som lasermedium, et produkt av kombinasjonen av fiber- og laserteknologi. Det er en ny laserteknologi utviklet på grunnlag av erbiumdopet fiberforsterkerteknologi (EDFA). En fiberlaser består av en halvlederlaserdiode som pumpekilde, en fiberoptisk bølgeleder og et forsterkningsmedium, og optiske komponenter som gitterfibre og koblere. Den krever ikke mekanisk justering av den optiske banen, og mekanismen er kompakt og enkel å integrere. Sammenlignet med tradisjonelle faststofflasere og halvlederlasere har den teknologiske og ytelsesfordeler som høy strålekvalitet, god stabilitet, sterk motstand mot miljøforstyrrelser, ingen justering, intet 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 jordartsfibre som forsterkningsmedium, kan fiberlaseren som er utviklet av selskapet også kalles en sjeldne jordartsfiberlaser.
Laserapplikasjon: Høyeffekts ytterbiumdopet dobbeltkledd fiberlaser har blitt et hett felt innen faststofflaserteknologi internasjonalt de siste årene. Den har fordelene med god strålekvalitet, kompakt struktur og høy konverteringseffektivitet, og har brede anvendelsesmuligheter innen industriell prosessering og andre felt. Dobbeltkledde ytterbiumdopede fibre er egnet for halvlederlaserpumping, med høy koblingseffektivitet og høy laserutgangseffekt, og er den viktigste utviklingsretningen for ytterbiumdopede fibre. Kinas dobbeltkledde ytterbiumdopede fiberteknologi er ikke lenger på nivå med det avanserte nivået i utlandet. Ytterbiumdopede fibre, dobbeltkledde ytterbiumdopede fibre og erbiumytterbiumko-dopede fibre utviklet i Kina har nådd det avanserte nivået til lignende utenlandske produkter når det gjelder ytelse og pålitelighet, har kostnadsfordeler og har kjernepatenterte teknologier for flere produkter og metoder.
Det verdenskjente tyske IPG-laserselskapet annonserte nylig at deres nylig lanserte ytterbiumdopede fiberlasersystem har utmerkede stråleegenskaper, en pumpelevetid på over 50 000 timer, en sentral emisjonsbølgelengde på 1070 nm–1080 nm og en utgangseffekt på opptil 20 kW. Det har blitt brukt i finsveising, skjæring og fjellboring.
Lasermaterialer er kjernen og grunnlaget for utviklingen av laserteknologi. Det har alltid vært et ordtak i laserindustrien at «én generasjon materialer, én generasjon enheter». For å utvikle avanserte og praktiske laserenheter er det nødvendig å først ha høyytelseslasermaterialer og integrere andre relevante teknologier. Ytterbiumdopede laserkrystaller og laserglass, som den nye kraften innen faste lasermaterialer, fremmer den innovative utviklingen av fiberoptisk kommunikasjon og laserteknologi, spesielt innen banebrytende laserteknologier som høyeffekts kjernefusjonslasere, høyenergiske beat tile-lasere og høyenergiske våpenlasere.
I tillegg brukes ytterbium også som fluorescerende pulveraktivator, radiokeramikk, tilsetningsstoffer for elektroniske datamaskinminnekomponenter (magnetiske bobler) og optiske glasstilsetningsstoffer. Det bør påpekes at yttrium og yttrium begge er sjeldne jordartsmetaller. Selv om det er betydelige forskjeller i engelske navn og elementsymboler, har det kinesiske fonetiske alfabetet de samme stavelsene. I noen kinesiske oversettelser blir yttrium noen ganger feilaktig omtalt som yttrium. I dette tilfellet må vi spore den originale teksten og kombinere elementsymboler for å bekrefte.
Publisert: 13. september 2023