Ytterbium: atomnummer 70, atomvekt 173,04, elementnavn avledet fra funnstedet.Innholdet iytterbiumi skorpen er 0,000266%, hovedsakelig tilstede i fosforitt og svart 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 sjeldne jordartselement i "erbium".I 1907 påpekte Ulban og Weils at Marignac skilte 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 sølvgrå, duktil og har en myk tekstur.Ved romtemperatur kan ytterbium sakte oksideres av luft og vann.
Det er to krystallstrukturer: α- Typen er et ansiktssentrert kubisk krystallsystem (romtemperatur -798 ℃);β- Typen er et kroppssentrert kubisk (over 798 ℃) gitter.Smeltepunkt 824 ℃, kokepunkt 1427 ℃, relativ tetthet 6,977 (α- Type), 6,54 (β- Type).
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 variable valens sjeldne jordarten, og kan også være i en positiv divalent tilstand i tillegg til å være vanligvis trivalent.
På grunn av denne variable valenskarakteristikken bør fremstillingen av metallisk ytterbium ikke utføres ved elektrolyse, men ved reduksjonsdestillasjonsmetode for fremstilling og rensing.Som oftest,lantan metallbrukes som et reduksjonsmiddel for reduksjonsdestillasjon, ved å utnytte forskjellen mellom det høye damptrykket til ytterbiummetall og det lave damptrykket til lantanmetall.Alternativtthulium, ytterbium, oglutetiumkonsentrater kan brukes som råvarer, og metalllantan kan brukes som reduksjonsmiddel.Under høytemperaturvakuumforhold på>1100 ℃ og <0,133Pa, kan metallytterbium ekstraheres direkte ved reduksjonsdestillasjon.Somsamariumogeuropium,ytterbium kan også separeres og renses gjennom våtreduksjon.Vanligvis brukes thulium-, ytterbium- og lutetiumkonsentrater som råvarer.Etter oppløsning reduseres ytterbium til en toverdig tilstand, noe som forårsaker betydelige forskjeller i egenskaper, og separeres deretter fra andre trivalente sjeldne jordarter.Produksjonen av ytterbiumoksid med høy renhet utføres vanligvis ved ekstraksjonskromatografi eller ionebyttemetode
applikasjon
Brukes til produksjon av spesiallegeringer.Ytterbium legeringerhar 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 konstruksjonen og utviklingen av "informasjonsmotorveien", har datanettverk og langdistanse optiske fiberoverføringssystemer stadig høyere krav til ytelsen til optiske fibermaterialer som brukes i optisk kommunikasjon.Ytterbiumioner, på grunn av sine utmerkede spektrale egenskaper, kan brukes som fiberforsterkningsmaterialer for optisk kommunikasjon, akkurat somerbiumogthulium.Selv om sjeldne jordartselementer erbium fortsatt er hovedaktøren i fremstillingen av fiberforsterkere, har tradisjonelle erbium-dopete kvartsfibre en liten forsterkningsbåndbredde (30nm), noe som gjør det vanskelig å oppfylle kravene til høyhastighets og høykapasitets informasjonsoverføring.Yb3+ioner har et mye større absorpsjonstverrsnitt enn Er3+ioner rundt 980nm.Gjennom sensibiliseringseffekten til Yb3+ og energioverføringen av erbium og ytterbium, kan 1530nm-lyset forbedres kraftig, og dermed forbedre forsterkningseffektiviteten til lyset.
De siste årene har erbium ytterbium co-dopet fosfatglass blitt stadig mer foretrukket av forskere.Fosfat- og fluorfosfatglass har god kjemisk og termisk stabilitet, samt bred infrarød transmittans og store uensartede utvidelsesegenskaper, noe som gjør dem ideelle materialer for bredbånd og erbium-dopet forsterkningsfiberglass med høy forsterkning.Yb3+dopete fiberforsterkere kan oppnå effektforsterkning og liten signalforsterkning, noe som gjør dem egnet for felt som fiberoptiske sensorer, laserkommunikasjon med ledig plass og ultrakort pulsforsterkning.Kina har for tiden bygget verdens største enkeltkanalkapasitet og raskeste optiske overføringssystem, og har den bredeste informasjonsmotorveien i verden.Ytterbium dopede og andre sjeldne jordarter dopede fiberforsterkere og lasermaterialer spiller en avgjørende og betydelig rolle i dem.
Spektralegenskapene til ytterbium brukes også som lasermaterialer av høy kvalitet, både som laserkrystaller, laserbriller og fiberlasere.Som et lasermateriale med høy effekt har ytterbiumdopede laserkrystaller dannet en enorm serie, inkludert ytterbiumdopetyttrium aluminiumgranat (Yb: YAG), ytterbium dopetgadoliniumgalliumgranat (Yb: GGG), ytterbiumdopet kalsiumfluorfosfat (Yb: FAP), ytterbiumdotert strontiumfluorfosfat (Yb: S-FAP), ytterbiumdopet yttriumvanadat (Yb: YV04), ytterbiumdopet borat og silikat.Halvlederlaser (LD) er en ny type pumpekilde for solid-state lasere.Yb: YAG har mange egenskaper egnet for høyeffekts LD-pumping og har blitt et lasermateriale for høyeffekts LD-pumping.Yb: S-FAP-krystall kan bli brukt som lasermateriale for laserkjernefysisk fusjon i fremtiden, noe som har tiltrukket seg 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 kan utviklingen av Cr, Yb, Ho: YSGG-lasere gi effektiv interferens for mid-infrarøde guidede våpenmottiltak, og har viktig militær betydning.Kina har oppnådd en rekke innovative resultater med internasjonalt avansert nivå innen ytterbium-dopede laserkrystaller (Yb: YAG, Yb: FAP, Yb: SFAP, etc.), og løser nøkkelteknologier som krystallvekst og laserfast, puls, kontinuerlig og justerbar utgang.Forskningsresultatene har blitt brukt i nasjonalt forsvar, industri og vitenskapelig ingeniørvitenskap, og ytterbium-dopede krystallprodukter har blitt eksportert til flere land og regioner som USA og Japan.
En annen hovedkategori av ytterbiumlasermaterialer er laserglass.Ulike laserbriller med høy emisjon i tverrsnitt er utviklet, inkludert germaniumtelluritt, silisiumniobat, borat og fosfat.På grunn av den enkle glassstøpingen kan den lages i store størrelser og har egenskaper som høy lystransmittans og høy ensartethet, noe som gjør det mulig å produsere lasere med høy effekt.Den kjente sjeldne jordartsglasset pleide å være hovedsakeligneodymglass, som har en utviklingshistorie på over 40 år og moden produksjons- og påføringsteknologi.Det har alltid vært det foretrukne materialet for laserenheter med høy effekt og har blitt brukt i eksperimentelle enheter med kjernefusjon og laservåpen.Høyeffekt laserenheter bygget i Kina, bestående av laserneodymglass som det viktigste lasermediet, har nådd verdens avanserte nivå.Men laser neodym glass står nå overfor en kraftig utfordring fra laser ytterbium glass.
De siste årene har et stort antall studier vist at mange egenskaper til laser ytterbium glass overgår egenskapene tilneodymglass.På grunn av det faktum at ytterbium-dopet luminescens kun har to energinivåer, er energilagringseffektiviteten høy.Med samme gevinst har ytterbiumglass en energilagringseffektivitet som er 16 ganger høyere enn neodymglass, og en fluorescenslevetid som er 3 ganger så stor som neodymglass.Den har også fordeler som høy dopingkonsentrasjon, absorpsjonsbåndbredde, og kan pumpes direkte av halvledere, noe som gjør den veldig egnet for lasere med høy effekt.Imidlertid er den praktiske anvendelsen av ytterbiumlaserglass ofte avhengig av hjelp av neodym, for eksempel å bruke Nd3+ som en 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 luminescerende egenskaper til ytterbiumlaserglass forbedres.Med utviklingen av høyeffektlasere som hovedretning, blir lasere laget av ytterbiumlaserglass i økende grad brukt i moderne industri, landbruk, medisin, vitenskapelig forskning og militære applikasjoner.
Militær bruk: Å bruke energien som genereres av kjernefysisk fusjon som energi har alltid vært et forventet mål, og å oppnå kontrollert kjernefysisk fusjon vil være et viktig middel for menneskeheten til å løse energiproblemer.Ytterbium-dopet laserglass er i ferd med å bli det foretrukne materialet for å oppnå inertial confinement fusion (ICF) oppgraderinger i det 21. århundre på grunn av dets utmerkede laserytelse.
Laservåpen bruker den enorme energien til en laserstråle til å treffe og ødelegge mål, generere temperaturer på milliarder av grader Celsius og direkte angripe med lysets hastighet.De kan omtales som Nadana og har stor dødelighet, spesielt egnet for moderne luftvernvåpensystemer i krigføring.Den utmerkede ytelsen til ytterbium-dopet laserglass har gjort det til et viktig grunnmateriale for produksjon av laservåpen med høy effekt og høy ytelse.
Fiberlaser er en ny teknologi i rask utvikling og tilhører også laserglassapplikasjoner.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-dopet fiberforsterker-teknologi (EDFA).En fiberlaser er sammensatt 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 solid-state lasere og halvlederlasere, har den teknologiske og ytelsesfordeler som høy strålekvalitet, god stabilitet, sterk motstand mot miljøinterferens, 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 jordartsfibre som forsterkningsmedier, kan fiberlaseren utviklet av selskapet også kalles en fiberlaser for sjeldne jordarter.
Laserapplikasjon: Høyeffekt ytterbium-dopet dobbeltkledd fiberlaser har blitt et hett felt innen solid-state laserteknologi internasjonalt de siste årene.Den har fordelene med god strålekvalitet, kompakt struktur og høy konverteringseffektivitet, og har brede bruksmuligheter innen industriell prosessering og andre felt.Dobbeltkledde ytterbiumdopede fibre er egnet for halvlederlaserpumping, med høy koblingseffektivitet og høy laserutgangseffekt, og er hovedutviklingsretningen for ytterbiumdopede fibre.Kinas dobbeltkledde ytterbium-dopte fiberteknologi er ikke lenger på nivå med det avanserte nivået i fremmede land.Den ytterbiumdopede fiberen, den dobbeltkledde ytterbiumdopet fiberen og erbium ytterbium co-dopet fiber 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 nylanserte ytterbium-dopet fiberlasersystem har utmerkede stråleegenskaper, en pumpelevetid på over 50 000 timer, en sentral emisjonsbølgelengde på 1070nm-1080nm, og en utgangseffekt på opptil 20KW.Den 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 høyytelses lasermaterialer og integrere andre relevante teknologier.Ytterbium-dopede laserkrystaller og laserglass, som den nye kraften til solide lasermaterialer, fremmer den innovative utviklingen av fiberoptisk kommunikasjon og laserteknologi, spesielt innen banebrytende laserteknologier som høykraftige kjernefysiske fusjonslasere, høyenergislag fliselasere og høyenergivåpenlasere.
I tillegg brukes ytterbium også som fluorescerende pulveraktivator, radiokeramikk, tilsetningsstoffer for elektroniske datamaskinminnekomponenter (magnetiske bobler) og optiske glasstilsetninger.Det bør påpekes at yttrium og yttrium begge er sjeldne jordartselementer.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 referert til som yttrium.I dette tilfellet må vi spore den opprinnelige teksten og kombinere elementsymboler for å bekrefte.
Innleggstid: 13. september 2023