Elemento máxico de terras raras: iterbio

Iterbio: número atómico 70, peso atómico 173,04, nome do elemento derivado da súa localización de descubrimento. O contido de iterbio na codia é do 0,000266%, presente principalmente en depósitos de fosforita e ouro negro raro. O contido en monacita é do 0,03% e hai 7 isótopos naturais

Descuberto

Por: Marinak

Tempo: 1878

Lugar: Suíza

En 1878, os químicos suízos Jean Charles e G Marignac descubriron un novo elemento de terras raras no "erbio". En 1907, Ulban e Weils sinalaron que Marignac separou unha mestura de óxido de lutecio e óxido de iterbio. En lembranza da pequena aldea chamada Yteerby preto de Estocolmo, onde se descubriu o mineral de itrio, este novo elemento chamouse Iterbio co símbolo Yb.

Configuración electrónica

Configuración electrónica
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14

Metal

O iterbio metálico é gris prata, dúctil e ten unha textura suave. A temperatura ambiente, o iterbio pode ser oxidado lentamente polo aire e a auga.

Hai dúas estruturas cristalinas: α- O tipo é un sistema de cristal cúbico centrado en caras (temperatura ambiente -798 ℃); β- O tipo é unha rede cúbica centrada no corpo (por riba de 798 ℃). Punto de fusión 824 ℃, punto de ebulición 1427 ℃, densidade relativa 6,977 (tipo α), 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, o iterbio pertence á terra rara de valencia variable, e tamén pode estar en estado divalente positivo ademais de ser normalmente trivalente.

Debido a esta característica de valencia variable, a preparación de iterbio metálico non debe realizarse por electrólise, senón por método de destilación por redución para a súa preparación e purificación. Normalmente, o lantano metálico úsase como axente redutor para a destilación de redución, utilizando a diferenza entre a alta presión de vapor do iterbio metálico e a baixa presión de vapor do lantano metálico. Alternativamente,tulio, iterbio, elutecioos concentrados pódense utilizar como materias primas, elantano metálicopode usarse como axente redutor. En condicións de baleiro de alta temperatura de> 1100 ℃ e < 0,133 Pa, o iterbio metálico pódese extraer directamente por destilación por redución. Do mesmo xeito que o samario e o europio, o iterbio tamén se pode separar e purificar mediante a redución húmida. Normalmente, utilízanse concentrados de tulio, iterbio e lutecio como materias primas. Despois da disolución, o iterbio redúcese a un estado divalente, causando diferenzas significativas nas propiedades, e despois sepárase doutras terras raras trivalentes. A produción de alta purezaóxido de iterbioadoita realizarse mediante cromatografía de extracción ou método de intercambio iónico.

Aplicación

Úsase para a fabricación de aliaxes especiais. As aliaxes de iterbio aplicáronse na medicina dental para experimentos metalúrxicos e químicos.

Nos últimos anos, o iterbio xurdiu e desenvolveuse rapidamente nos campos da comunicación por fibra óptica e da tecnoloxía láser.

Coa construción e desenvolvemento da "estrada da información", as redes informáticas e os sistemas de transmisión de fibra óptica de longa distancia teñen requisitos cada vez máis elevados para o rendemento dos materiais de fibra óptica utilizados na comunicación óptica. Os ións de iterbio, debido ás súas excelentes propiedades espectrais, pódense usar como materiais de amplificación de fibras para a comunicación óptica, igual que o erbio e o tulio. Aínda que o erbio do elemento de terras raras segue sendo o principal actor na preparación de amplificadores de fibra, as fibras tradicionais de cuarzo dopadas con erbio teñen un ancho de banda de ganancia pequena (30 nm), o que dificulta cumprir os 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+ ao redor de 980 nm. A través do efecto de sensibilización de Yb3+ e da transferencia de enerxía de erbio e iterbio, a luz de 1530 nm pódese mellorar moito, mellorando así moito a eficiencia de amplificación da luz.

Nos últimos anos, o vidro de fosfato dopado con erbio e iterbio foi cada vez máis favorecido polos investigadores. Os lentes de fosfato e fluorofosfato teñen unha boa estabilidade química e térmica, así como unha ampla transmitancia infravermella e grandes características de ampliación non uniformes, o que os converte en materiais ideais para fibra de vidro de amplificación de banda ancha e alta ganancia dopada con erbio. Os amplificadores de fibra dopada Yb3 + poden conseguir amplificación de potencia e amplificación de pequeno sinal, polo que son axeitados para campos como sensores de fibra óptica, comunicación con láser de espazo libre e amplificación de pulso ultra curto. China construíu actualmente o sistema de transmisión óptica de maior velocidade e capacidade de canle máis grande do mundo e ten a autoestrada da información máis ampla do mundo. Os amplificadores de fibras dopadas con iterbio e outros materiais láser dopados con terras raras xogan un papel crucial e significativo neles.

As características espectrais do iterbio tamén se usan como materiais láser de alta calidade, tanto como cristais láser, lentes láser e láseres de fibra. Como material láser de alta potencia, os cristais de láser dopados con iterbio formaron unha serie enorme, incluíndo granate de aluminio de itrio dopado con iterbio (Yb: YAG), granate de gadolinio galio dopado con iterbio (Yb: GGG), fluorofosfato de calcio dopado con iterbio (Yb: FAP) , fluorofosfato de estroncio dopado con iterbio (Yb: S-FAP), Vanadato de itrio dopado con iterbio (Yb: YV04), borato dopado con iterbio e silicato. Láser semicondutor (LD) é un novo tipo de fonte de bomba para láseres de estado sólido. Yb: YAG ten moitas características adecuadas para o bombeo de LD de alta potencia e converteuse nun material láser para o bombeo de LD de alta potencia. Yb: O cristal S-FAP pode usarse como material láser para a fusión nuclear con láser no futuro, o que chamou a atención da xente. Nos cristais láser sintonizables, hai cromo iterbio holmio itrio aluminio galio granate (Cr, Yb, Ho: YAGG) con lonxitudes de onda que van de 2,84 a 3,05 μ axustable continuamente entre m. Segundo as estatísticas, a maioría das oxivas infravermellas utilizadas en mísiles en todo o mundo usan 3-5 μ Polo tanto, o desenvolvemento de láseres Cr, Yb, Ho: YSGG pode proporcionar interferencias eficaces para as contramedidas de armas guiadas por infravermellos medios e ten un importante significado militar. China conseguiu unha serie de resultados innovadores con nivel avanzado internacional no campo dos cristais láser dopados con iterbio (Yb: YAG, Yb: FAP, Yb: SFAP, etc.), resolvendo tecnoloxías clave como o crecemento de cristais e láser rápido, pulso, saída continua e axustable. Os resultados da investigación aplicáronse na defensa nacional, na industria e na enxeñería científica, e os produtos de cristal dopado con iterbio foron exportados a varios países e rexións como Estados Unidos e Xapón.

Outra categoría importante de materiais láser de iterbio é o vidro láser. Desenvolvéronse varios lentes láser de sección transversal de alta emisión, incluíndo telurito de xermanio, niobato de silicio, borato e fosfato. Debido á facilidade de moldeado do vidro, pódese facer en grandes tamaños e ten características como unha alta transmisión da luz e unha alta uniformidade, o que permite producir láseres de alta potencia. O vidro láser de terras raras coñecido adoitaba ser principalmente vidro de neodimio, que ten unha historia de desenvolvemento de máis de 40 anos e tecnoloxía de produción e aplicación madura. Sempre foi o material preferido para dispositivos láser de alta potencia e utilizouse en dispositivos experimentais de fusión nuclear e armas láser. Os dispositivos láser de alta potencia construídos en China, que consisten en vidro láser de neodimio como principal medio láser, alcanzaron o nivel avanzado do mundo. Pero o vidro láser de neodimio agora enfróntase a un poderoso desafío do vidro de iterbio láser.

Nos últimos anos, un gran número de estudos demostraron que moitas propiedades do vidro de iterbio láser superan as do vidro de neodimio. Debido ao feito de que a luminiscencia dopada con iterbio só ten dous niveis de enerxía, a eficiencia de almacenamento de enerxía é alta. Coa mesma ganancia, o vidro de iterbio ten unha eficiencia de almacenamento de enerxía 16 veces superior á do vidro de neodimio e unha vida útil de fluorescencia 3 veces superior á 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 semicondutores, polo que é moi axeitado para láseres de alta potencia. Non obstante, a aplicación práctica do vidro láser de iterbio adoita depender da axuda do neodimio, como o uso de Nd3+ como sensibilizador para que o vidro láser de iterbio funcione a temperatura ambiente e a emisión de láser μ conséguese a lonxitude de onda m. Así, o iterbio e o neodimio son competidores e socios de colaboración no campo do vidro láser.

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

Uso militar: Utilizar a enerxía xerada pola fusión nuclear como enerxía sempre foi un obxectivo esperado, e lograr unha fusión nuclear controlada será un medio importante para que a humanidade resolva os problemas enerxéticos. O vidro láser dopado con iterbio estase a converter no material preferido para conseguir melloras de fusión de confinamento inercial (ICF) no século XXI debido ao seu excelente rendemento do láser.

As armas láser usan a enorme enerxía dun raio láser para atacar e destruír obxectivos, xerando temperaturas de miles de millóns de graos centígrados e atacando directamente á velocidade da luz. Pódense denominar Nadana e teñen unha gran letalidade, especialmente axeitados para os modernos sistemas de armas de defensa aérea na guerra. O excelente rendemento do vidro láser dopado con iterbio converteuno nun importante material básico para a fabricación de armas láser de alta potencia e alto rendemento.

O láser de fibra é unha nova tecnoloxía en rápido desenvolvemento e tamén pertence ao campo das aplicacións de vidro láser. O láser de fibra é un láser que utiliza 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 do amplificador de fibra dopada con erbio (EDFA). Un láser de fibra está composto por un díodo láser semicondutor como fonte de bomba, unha guía de ondas de fibra óptica e un medio de ganancia e compoñentes ópticos como fibras de reixa e acopladores. Non require un axuste mecánico do camiño óptico e o mecanismo é compacto e fácil de integrar. En comparación cos láseres tradicionais de estado sólido e os láseres de semicondutores, ten vantaxes tecnolóxicas e de rendemento, como unha alta calidade do feixe, unha boa estabilidade, unha forte resistencia ás interferencias ambientais, sen axustes, sen mantemento e estrutura compacta. Debido ao feito de que os ións dopados son principalmente Nd+3, Yb+3, Er+3, Tm+3, Ho+3, todos os cales usan fibras de terras raras como medios de ganancia, o láser de fibra desenvolvido pola empresa tamén pode chamarase láser de fibra de terras raras.

Aplicación de láser: o láser de fibra de dobre capa dopada con iterbio de alta potencia converteuse nun campo quente na tecnoloxía de láser de estado sólido a nivel internacional nos últimos anos. Ten as vantaxes dunha boa calidade do feixe, estrutura compacta e alta eficiencia de conversión, e ten amplas perspectivas de aplicación no procesamento industrial e noutros campos. As fibras dopadas con iterbio de dobre revestimento son adecuadas para o bombeo con láser de semicondutores, con alta eficiencia de acoplamento e alta potencia de saída do láser, e son a principal dirección de desenvolvemento das fibras dopadas con iterbio. A tecnoloxía de fibra dopada con iterbio de dobre capa de China xa non está á altura do nivel avanzado dos países estranxeiros. A fibra dopada con iterbio, a fibra dopada con dobre iterbio e a fibra dopada con iterbio co erbio desenvolvidas en China alcanzaron o nivel avanzado de produtos estranxeiros similares en termos de rendemento e fiabilidade, teñen vantaxes de custo e teñen tecnoloxías patentadas básicas para varios produtos e métodos. .

A mundialmente coñecida compañía alemá de láser IPG anunciou recentemente que o seu sistema de láser de fibra dopada con iterbio, recentemente lanzado, ten excelentes características de feixe, unha vida útil de bomba de máis de 50.000 horas, unha lonxitude de onda de emisión central de 1070 nm-1080 nm e unha potencia de saída de ata 20 kW. Aplicouse en soldadura fina, corte e perforación de rochas.

Os materiais láser son o núcleo e a base para o desenvolvemento da tecnoloxía láser. Sempre houbo un dito na industria do láser de que "unha xeración de materiais, unha xeración de dispositivos". Para desenvolver dispositivos láser avanzados e prácticos, primeiro é necesario posuír materiais láser de alto rendemento e integrar outras tecnoloxías relevantes. Os cristais do láser dopado con iterbio e o vidro láser, como a nova forza dos materiais láser sólidos, están a promover o desenvolvemento innovador da comunicación por fibra óptica e da tecnoloxía láser, especialmente en tecnoloxías de láser de vangarda, como láseres de fusión nuclear de alta potencia, ritmo de alta enerxía. láseres de baldosas e láseres de armas de alta enerxía.

Ademais, o iterbio tamén se usa como activador de po fluorescente, radiocerámica, aditivos para compoñentes electrónicos de memoria de ordenadores (burbullas magnéticas) e aditivos de vidro óptico. Hai que sinalar que o itrio e o itrio son elementos de terras raras. Aínda que hai diferenzas significativas nos nomes e símbolos dos elementos en inglés, o alfabeto fonético chinés ten as mesmas sílabas. Nalgunhas traducións chinesas, o itrio é ás veces referido por erro como itrio. Neste caso, necesitamos rastrexar o texto orixinal e combinar símbolos de elementos para confirmar.