Elemento máxico de terra rara: ytterbium

Ytterbium: número atómico 70, peso atómico 173,04, nome do elemento derivado da súa situación de descubrimento. O contido de Ytterbium na codia é do 0,000266%, principalmente presente nos fosforitos e depósitos de ouro raros negros. O contido en monazita é do 0,03%e hai 7 isótopos naturais

Descuberto

Por: Marinak

Tempo: 1878

Localización: Suíza

En 1878, os químicos suízos Jean Charles e G Marignac descubriron un novo elemento de terra rara en "Erbium". En 1907, Ulban e Weils sinalaron que Marignac separaba unha mestura de óxido de lutetio e óxido de ytterbio. En memoria da pequena aldea chamada Yteerby preto de Estocolmo, onde se descubriu o mineral de Yttrium, este novo elemento foi nomeado Ytterbium co símbolo YB.

Configuración de electróns

Configuración de electróns
1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D10 4P6 5S2 4D10 5P6 6S2 4F14

Metal

O Ytterbium metálico é gris de prata, dúctil e ten unha textura suave. A temperatura ambiente, Ytterbium pódese oxidarse lentamente polo aire e a auga.

Hai dúas estruturas de cristal: α- O tipo é un sistema de cristal cúbico centrado na cara (temperatura ambiente -798 ℃); β- O tipo é un enreixado cúbico centrado no corpo (por riba de 798 ℃). Punto de fusión 824 ℃, punto de ebulición 1427 ℃, densidade relativa 6,977 （α- tipo), 6,54 （tipo β).

Insoluble en auga fría, soluble en ácidos e amoníaco líquido. É bastante estable no aire. Semellante ao samario e ao europio, Ytterbium pertence á terra rara de valencia variable e tamén pode estar nun estado divalente positivo ademais de ser normalmente trivalente.

Debido a esta característica de valencia variable, a preparación do ytterbio metálico non se debe realizar mediante electrólise, senón por método de destilación de redución para a preparación e purificación. Normalmente, o metal lantán úsase como axente reductor para a destilación de redución, empregando a diferenza entre a alta presión de vapor do metal Ytterbium e a baixa presión de vapor do metal lantán. Alternativamente,thulium, ytterbium, eLutetiumOs concentrados pódense usar como materias primas eLantán metálicopódese usar como axente reductor. En condicións de baleiro de alta temperatura de> 1100 ℃ e <0.133PA, o ytterbio metálico pódese extraer directamente por destilación de redución. Do mesmo xeito que o samario e o europio, o ytterbium tamén se pode separar e purificarse mediante redución húmida. Normalmente, os concentrados de Thulium, Ytterbium e Lutetium úsanse como materias primas. Despois da disolución, Ytterbium redúcese a un estado divalente, provocando diferenzas significativas nas propiedades e logo separadas doutras terras raras trivalentes. A produción de alta purezaóxido de ytterbionormalmente realízase mediante cromatografía de extracción ou método de intercambio iónico。

Aplicación

Usado para fabricar aliaxes especiais. As aliaxes de Ytterbium aplicáronse en medicina dental para experimentos metalúrxicos e químicos.

Nos últimos anos, Ytterbium xurdiu e desenvolveuse rapidamente nos campos da comunicación de fibra óptica e da tecnoloxía láser.

Coa construción e desenvolvemento da "estrada de información", as redes informáticas e os sistemas de transmisión de fibras ópticas de longa distancia teñen requisitos cada vez máis altos para o rendemento de materiais de fibra óptica empregados na comunicación óptica. Os ións Ytterbium, debido ás súas excelentes propiedades espectrais, pódense usar como materiais de amplificación de fibra para a comunicación óptica, do mesmo xeito que Erbium e Thulium. Aínda que o elemento de terra rara Erbium segue sendo o principal xogador na preparación de amplificadores de fibras, as fibras tradicionais de cuarzo dopadas por erbio teñen un pequeno ancho de banda de ganancia (30 nm), dificultando a satisfacción dos requisitos de transmisión de información de alta velocidade e alta capacidade. Os ións YB3+teñen unha sección transversal de absorción moito maior que os ións ER3+arredor de 980 nm. A través do efecto de sensibilización de YB3+e a transferencia de enerxía de Erbium e Ytterbium, a luz de 1530nm pódese mellorar moito, mellorando moito a eficiencia de amplificación da luz.

Nos últimos anos, os investigadores foron favorecidos por Erbium Ytterbium co doped fosfato. As lentes de fosfato e fluorofosfato teñen unha boa estabilidade química e térmica, así como unha ampla transmisión infravermella e grandes características de ampliación non uniformes, converténdose en materiais ideais para a banda ancha e de alta ganancia de amplificación de fibra de amplificación de erbio. Os amplificadores de fibra dopados YB3+poden conseguir unha amplificación de potencia e unha pequena amplificación do sinal, tornándoos adecuados para campos como sensores de fibra óptica, comunicación láser de espazo libre e amplificación de pulso ultra curta. Actualmente China construíu a maior capacidade de canle única do mundo e o sistema de transmisión óptica de velocidade máis rápida e ten a estrada de información máis ampla do mundo. Ytterbium dopado e outros amplificadores de fibra dopados por terra rara e materiais láser xogan un papel crucial e significativo neles.

As características espectrais de Ytterbium tamén se usan como materiais láser de alta calidade, tanto como cristais láser, lentes láser como láseres de fibra. Como material láser de alta potencia, os cristais láser dopados de Ytterbium formaron unha enorme serie, incluíndo Ytterbium Doped Yttrium Garnet de aluminio (Yb: Yag), ytterbio dopado gadolinio Gallium Gallium (yb: ggg), ytterbium Doped Doped Doped. Fluorofosfato de estroncio (YB: S-FAP), Vanadato de Yttrium dopado Ytterbium (YB: YV04), borato dopado de Ytterbium e silicato. O láser semiconductor (LD) é un novo tipo de fonte de bomba para láseres de estado sólido. YB: YAG ten moitas características adecuadas para o bombeo LD de alta potencia e converteuse nun material láser para o bombeo de alta potencia LD. YB: O cristal S-FAP pode usarse como material láser para a fusión nuclear láser no futuro, o que chamou a atención da xente. Nos cristais láser axustables, hai cromo ytterbium holmium yttrium de aluminio galio de galio (cr, yb, ho: yagg) con lonxitudes de onda que oscilan entre 2,84 e 3,05 μ axustables continuamente entre m. Segundo as estatísticas, a maioría das focas infravermellas empregadas en mísiles de todo o mundo usan 3-5 μ polo tanto, o desenvolvemento de láseres CR, YB, HO: YSGG pode proporcionar unha interferencia eficaz para as contramadas de armas guiadas por infravermellos e ten importancia militar. China acadou unha serie de resultados innovadores con nivel avanzado internacional no campo dos cristais láser dopados de Ytterbium (YB: YAG, YB: FAP, YB: SFAP, etc.), resolvendo tecnoloxías clave como o crecemento de cristal e a saída de láser, pulso, continua e axustable. Os resultados da investigación aplicáronse na defensa nacional, na industria e na enxeñaría científica e os produtos de cristal dopados de Ytterbium foron exportados a varios países e rexións como Estados Unidos e Xapón.

Outra das principais categorías de materiais láser Ytterbium é o vidro láser. Desenvolvéronse diversos lentes con láser de sección transversal de alta emisión, incluíndo tellurite xermanio, niobato de silicio, borato e fosfato. Debido á facilidade de moldura de vidro, pódese converter en tamaños grandes e ten características como a transmisión de alta luz e a alta uniformidade, o que permite producir láseres de alta potencia. O familiar vidro láser de terra rara adoitaba ser principalmente vidro de neodimio, que ten unha historia de desenvolvemento de máis de 40 anos e tecnoloxía de produción e aplicación de aplicacións maduras. Sempre foi o material preferido para dispositivos láser de alta potencia e foi usado en dispositivos experimentais de fusión nuclear e armas láser. Os dispositivos láser de alta potencia construídos en China, formados por vidro de neodimio láser como medio láser principal, alcanzaron o nivel avanzado do mundo. Pero o vidro de neodimio láser enfróntase agora a un poderoso reto de Laser Ytterbium Glass.

Nos últimos anos, un gran número de estudos demostraron que moitas propiedades do vidro láser ytterbium superan as do vidro de neodimio. Debido a que a luminiscencia dopada por Ytterbium só ten dous niveis de enerxía, a eficiencia de almacenamento de enerxía é alta. Á mesma ganancia, Ytterbium Glass ten unha eficiencia de almacenamento de enerxía 16 veces superior ao vidro de neodimio e unha vida de fluorescencia 3 veces a do vidro de neodimio. Tamén ten vantaxes como a alta concentración de dopaxe, o ancho de banda de absorción e pode ser bombeado directamente por semiconductores, tornándoo moi adecuado para láseres de alta potencia. Non obstante, a aplicación práctica do vidro láser de Ytterbium a miúdo depende da asistencia de neodimio, como o uso de ND3+como sensibilizador para facer que o vidro láser Ytterbium funcione a temperatura ambiente e a emisión de láser μ conséguese na lonxitude de onda M. Así, Ytterbium e Neodymium son competidores e socios colaborativos no campo do vidro láser.

Ao axustar a composición do vidro, pódense mellorar moitas propiedades luminiscentes do vidro láser de Ytterbium. Co desenvolvemento de láseres de alta potencia como dirección principal, os láseres feitos de vidro láser de Ytterbium son cada vez máis empregados na industria moderna, agricultura, medicina, investigación científica e aplicacións militares.

Uso militar: o uso da enerxía xerada pola fusión nuclear xa que a enerxía sempre foi un obxectivo esperado, e lograr a fusión nuclear controlada será un medio importante para a humanidade para resolver problemas de enerxía. O vidro láser dopado de Ytterbium está a converterse no material preferido para lograr as actualizacións de fusión de confinamento inercial (ICF) no século XXI debido ao seu excelente rendemento láser.

As armas láser usan a enorme enerxía dun feixe láser para golpear e destruír obxectivos, xerando temperaturas de miles de millóns de graos centígrados e atacando directamente á velocidade da luz. Pódense denominar nadana e ter unha gran letalidade, especialmente adecuados para os sistemas modernos de armas de defensa aérea na guerra. O excelente rendemento do vidro láser dopado de Ytterbium converteuno nun importante material básico para fabricar armas láser de alta potencia e de alto rendemento.

Fiber Laser é unha nova tecnoloxía en rápido desenvolvemento e tamén pertence ao campo das aplicacións de vidro láser. A fibra láser é un láser que usa a fibra como medio láser, que é un produto da combinación de fibra e tecnoloxía láser. É unha nova tecnoloxía láser desenvolvida sobre a base da tecnoloxía de amplificador de fibras dopadas por Erbium (EDFA). Un láser de fibra está composto por un diodo láser semiconductor como fonte da bomba, unha guía de onda de fibra óptica e un medio de ganancia e compoñentes ópticos como fibras de reixa e acopladores. Non require un axuste mecánico da ruta óptica e o mecanismo é compacto e fácil de integrar. En comparación cos láseres tradicionais de estado sólido e os láseres de semiconductores, ten vantaxes tecnolóxicas e de rendemento como a alta calidade do feixe, a boa estabilidade, a forte resistencia á interferencia ambiental, sen axuste, sen mantemento e estrutura compacta. Debido a que os ións dopados son principalmente ND+3, YB+3, ER+3, TM+3, HO+3, que usan fibras de terra rara como soporte de ganancia, o láser de fibra desenvolvido pola compañía tamén se pode chamar un láser de fibra de terra rara.

Aplicación láser: Láser de fibra dobre de dobre de alta potencia Ytterbium converteuse nun campo quente na tecnoloxía láser de estado sólido internacionalmente nos últimos anos. Ten as vantaxes dunha boa calidade de feixe, estrutura compacta e alta eficiencia de conversión e ten amplas perspectivas de aplicacións no procesamento industrial e outros campos. As fibras dopadas do dobre clado de Ytterbium son adecuadas para o bombeo de láser semiconductor, con alta eficiencia de acoplamiento e alta potencia de saída láser, e son a principal dirección de desenvolvemento das fibras dopadas de Ytterbium. A dobre tecnoloxía de fibra dopada de Ytterbium dobre de China xa non está á par do nivel avanzado de países estranxeiros. A fibra dopada de Ytterbium, a fibra dopada do dobre de Ytterbium dobre e a fibra dopada de Erbium Ytterbium coped en China alcanzaron o nivel avanzado de produtos estranxeiros similares en termos de rendemento e fiabilidade, teñen vantaxes de custos e teñen tecnoloxías patentadas básicas para múltiples produtos e métodos.

A empresa de láser IPG alemán de renome mundial anunciou recentemente que o seu recén lanzado sistema láser de fibra dopada de Ytterbium ten excelentes características de feixe, unha vida de bomba de máis de 50000 horas, unha lonxitude de onda de emisión central de 1070 NM-1080nm e unha potencia de saída de ata 20KW. Aplicouse en soldadura fina, corte e perforación en rocha.

Os materiais láser son o núcleo e a base para o desenvolvemento da tecnoloxía láser. Sempre houbo un dito na industria láser que "unha xeración de materiais, unha xeración de dispositivos". Para desenvolver dispositivos láser avanzados e prácticos, é necesario ter primeiro posuír materiais láser de alto rendemento e integrar outras tecnoloxías relevantes. Os cristais láser dopados de Ytterbium e o vidro láser, como a nova forza de materiais láser sólidos, están a promover o desenvolvemento innovador de comunicación de fibra óptica e tecnoloxía láser, especialmente en tecnoloxías láser de punta de alta potencia, láser de fusión nuclear de alta enerxía, láser de láser de gran enerxía de alta enerxía.

Ademais, Ytterbium tamén se usa como activador de po fluorescente, cerámica de radio, aditivos para compoñentes de memoria electrónica (burbullas magnéticas) e aditivos de vidro óptico. Cómpre salientar que Yttrium e Yttrium son elementos da Terra rara. Aínda que hai diferenzas significativas nos nomes e símbolos de elementos ingleses, o alfabeto fonético chinés ten as mesmas sílabas. Nalgunhas traducións chinesas, Yttrium ás veces chámase erróneamente como Yttrium. Neste caso, necesitamos rastrexar o texto orixinal e combinar símbolos de elementos para confirmar.