Magický prvok vzácnych zemín: ytterbium

Ytterbium: atómové číslo 70, atómová hmotnosť 173.04, názov prvku odvodený z jeho umiestnenia objavu. Obsah ytterbium v ​​kôre je 0,000266%, ktorý je prítomný hlavne vo fosforitových a čiernych ložiskách zriedkavých zlata. Obsah v monazite je 0,03%a existuje 7 prírodných izotopov

Objavený

Autor: Marinak

Čas: 1878

Umiestnenie: Švajčiarsko

V roku 1878 objavili švajčiarski chemici Jean Charles a G Marignac nový prvok vzácnych zemín v „Erbium“. V roku 1907 Ulban a Weils poukázali na to, že spoločnosť Marignac oddelila zmes oxidu lutetium a oxidu ytterbium. Na pamiatku malej dediny menom Yteerby neďaleko Štokholmu, kde bola objavená ruda YTtrium, tento nový prvok bol pomenovaný Ytterbium so symbolom YB.

Konfigurácia elektrónov

Konfigurácia elektrónov
1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D10 4P6 5S2 4D10 5P6 6S2 4F14

Kov

Metalické ytterbium je strieborné šedé, ťažné a má mäkkú textúru. Pri teplote miestnosti môže byť ytterbium pomaly oxidovaný vzduchom a vodou.

Existujú dve kryštalické štruktúry: a- typ je kubický kryštálový systém zameraný na tvár (teplota miestnosti -798 ℃); P- Typ je mriežka kubickej (nad 798 ℃) zameraná na telo. Bod topenia 824 ℃, bod varu 1427 ℃, relatívna hustota 6,977 （α typu), 6,54 （β-typu).

Nerozpustné v studenej vode, rozpustné v kyselinách a kvapalný amoniak. Vo vzduchu je dosť stabilný. Podobne ako v prípade Samarium a Europium, aj Ytterbium patrí do premenlivej valencie vzácnej Zeme a môže byť tiež v pozitívnom dvojmocnom stave okrem toho, že je zvyčajne trivalentný.

V dôsledku tejto variabilnej valenčnej charakteristiky by sa príprava kovového ytterbium nemala vykonávať elektrolýzou, ale metódou redukčnej destilácie na prípravu a čistenie. Lanthanum kov sa zvyčajne používa ako redukčné činidlo na redukciu destilácie pomocou rozdielu medzi vysokým tlakom pary kovu ytterbium a nízkym tlakom pary kovu lanthanum. Alternatívne,tulium, ytterbiumalutetiumkoncentráty sa môžu použiť ako suroviny akovový lanthanumMôže sa použiť ako redukčné činidlo. Pri vákuových podmienkach s vysokou teplotou> 1100 ℃ a <0,133Pa sa môže kov Ytterbium priamo extrahovať redukčnou destiláciou. Rovnako ako Samarium a Europium, aj ytterbium sa môže tiež oddeliť a čistiť redukciou mokra. Koncentráty Thulium, Ytterbium a Lutetium sa zvyčajne používajú ako suroviny. Po rozpustení sa ytterbium redukuje na dvojmocný stav, čo spôsobuje významné rozdiely vo vlastnostiach a potom sa oddeľuje od iných trivalentných vzácnych zemín. Výroba vysokej bezpečnostioxid ytterbiumsa zvyčajne vykonáva extrakčnou chromatografiou alebo metódou výmeny iónov。

Aplikácia

Používa sa na výrobu špeciálnych zliatin. Zliatiny Ytterbium sa použili v zubnej medicíne na metalurgické a chemické experimenty.

V posledných rokoch sa spoločnosť Ytterbium objavila a rýchlo vyvinula v oblasti vlákien z optickej komunikácie a laserovej technológie.

Vďaka výstavbe a vývoji „informačnej diaľnice“ majú počítačové siete a systémy prenosu optických vlákien na dlhé vzdialenosti stále viac vysokých požiadaviek na výkon optických vlákien používaných v optickej komunikácii. Ióny Ytterbium sa môžu vďaka svojim vynikajúcim spektrálnym vlastnostiam použiť ako materiály na zosilnenie vlákien na optickú komunikáciu, rovnako ako Erbium a Thulium. Aj keď je Erbium Element Rare Earth stále hlavným hráčom pri príprave zosilňovačov vlákien, tradičné kremenné vlákna dopované Erbium majú malú šírku pásma (30nm), čo sťažuje splnenie požiadaviek vysokorýchlostného a vysokokapacitného prenosu informácií. Ióny YB3+majú oveľa väčší prierez absorpcie ako ióny ER3+okolo 980 nm. Prostredníctvom senzibilizačného účinku YB3+a prenosu energie Erbium a Ytterbium je možné výrazne vylepšiť svetlo 1530nm, čím sa výrazne zlepší účinnosť amplifikácie svetla.

V posledných rokoch vedci stále viac uprednostňovali fosfátové sklo Erbium Ytterbium Co dopované. Fosfátové a fluórofosfátové sklá majú dobrú chemickú a tepelnú stabilitu, ako aj širokú infračervú priepustnosť a veľké nejednotné rozširovacie charakteristiky, vďaka čomu sú ideálne materiály pre širokopásmové a vysoké ziskové sklo dotknuté Erbium dotkované sklo. Zosilňovače YB3+Doped vlákien môžu dosiahnuť amplifikáciu výkonu a zosilnenie malého signálu, vďaka čomu sú vhodné pre polia, ako sú optické senzory vlákien, komunikácia s voľným priestorom a ultra krátkou zosilnenie impulzov. Čína v súčasnosti vybudovala najväčšiu kapacitu jednotlivých kanálov na svete a najrýchlejší systém optického prenosu rýchlosti a má najširšiu informačnú diaľnicu na svete. Ytterbium Doped a ďalšie zosilňovače vlákniny dotkované zriedkavou zemou a laserové materiály v nich hrajú rozhodujúcu a významnú úlohu.

Spektrálne charakteristiky ytterbium sa tiež používajú ako kvalitné laserové materiály, ako laserové kryštály, laserové okuliare a vláknité lasery. Ako vysoko výkonný laserový materiál vytvoril laserové kryštály dopované YTTERBIUM obrovskú sériu, vrátane ytterbium dotovaného yttrium hliníkového granátu (YB: YAG), YTTERBIUM TOPED GADOLINIUM GALIUM (YB: YTTERBICK SROPED SRAPED Fluórofosfát (YB: S-FAP), YTTERBIUM DOPED YTTRIUM VanADATE (YB: YV04), YTTERBIUM DOPED BOARTY A SIMIKÁT. Semiconductor laser (LD) je nový typ zdroja čerpadla pre lasery v tuhých štátoch. YB: YAG má veľa charakteristík vhodných pre vysoké výkonné LD čerpanie a stala sa laserovým materiálom pre vysoké výkony LD. YB: S-FAP Crystal sa môže v budúcnosti použiť ako laserový materiál pre laserovú jadrovú fúziu, ktorá upútala pozornosť ľudí. V laditeľných laserových kryštáloch je chróm ytterbium holmium ytrium hliníkový gálium granátu (CR, YB, HO: YAGG) s vlnovými dĺžkami v rozmedzí od 2,84 do 3,05 μ nepretržite nastaviteľné medzi m. Podľa štatistík väčšina infračervených hlavíc používaných v raketách na celom svete používa preto rozvoj CR, YB, HO: YSGG lasery poskytnúť účinné zasahovanie do stredne infračervených protiopatrených zbraní a má dôležitý vojenský význam. Čína dosiahla sériu inovatívnych výsledkov s medzinárodnou pokročilou úrovňou v oblasti laserových kryštálov dopovaných Ytterbium (YB: YAG, YB: FAP, YB: SFAP atď.), Riešenie kľúčových technológií, ako je rast kryštálov a laser rýchly, pulz, nepretržitý a nastaviteľný výstup. Výsledky výskumu sa uplatňovali v oblasti národnej obrany, priemyslu a vedeckého inžinierstva a výrobky z krištáľových dotovaných YTTERBIUM boli vyvážané do viacerých krajín a regiónov, ako sú Spojené štáty a Japonsko.

Ďalšou hlavnou kategóriou laserových materiálov Ytterbium je laserové sklo. Boli vyvinuté rôzne laserové okuliare s vysokým emisiou, vrátane germánskeho teluritu, kremíka niobate, boritanu a fosfátu. Vzhľadom na ľahkosť formovania skla sa môže vyrobiť do veľkých veľkostí a má vlastnosti, ako je priepustnosť s vysokou svetlom a vysoká jednotnosť, čo umožňuje produkovať lasery s vysokým výkonom. Známe laserové sklo Rare Earth Earth bolo hlavne neodymiové sklo, ktoré má vývojovú históriu viac ako 40 rokov a zrelá výrobná a aplikačná technológia. Vždy to bol preferovaným materiálom pre vysoko výkonné laserové zariadenia a používa sa v experimentálnych zariadeniach jadrovej fúzie a laserových zbraní. Vysoko výkonné laserové zariadenia postavené v Číne, ktoré pozostávajú z laserového noodymského skla ako hlavného laserového média, dosiahli pokročilú úroveň na svete. Ale laserové neodymové sklo teraz čelí silnej výzve z laserového ytterbium skla.

V posledných rokoch veľké množstvo štúdií ukázalo, že mnoho vlastností laserového ytterbium skla presahuje vlastnosti neodymového skla. Vzhľadom na to, že luminiscencia YTTERBIUM má iba dve hladiny energie, účinnosť skladovania energie je vysoká. Pri rovnakom zisku má sklo Ytterbium sklo energiu 16 -krát vyššiu ako neodymové sklo a fluorescenčnú životnosť 3 -násobok neodymského skla. Má tiež výhody, ako je napríklad vysoká koncentrácia dopingu, šírka absorpcie pásma a môže byť priamo čerpaná polovodičmi, vďaka čomu je veľmi vhodná pre vysoko výkonné lasery. Praktické uplatňovanie laserového skla Ytterbium sa však často spolieha na pomoc neodymia, ako je napríklad použitie ND3+ako senzibilizátora na výrobu laserového skla YTTERBIUM, ktoré funguje pri laboratórnej teplote a las laserová emisia sa dosahuje pri vlnovej dĺžke M. Takže Ytterbium a Neodymium sú konkurentmi a spolupracujúcimi partnermi v oblasti laserového skla.

Upravením skla je možné vylepšiť mnoho luminiscenčných vlastností laserového skla ytterbium. S vývojom vysokorýchlostných laserov ako hlavným smerom sa lasery vyrobené z laserového skla Ytterbium čoraz viac používajú v modernom priemysle, poľnohospodárstve, medicíne, vedeckom výskume a vojenských aplikáciách.

Vojenské použitie: Využitie energie generovanej jadrovou fúziou ako energia bolo vždy očakávaným cieľom a dosiahnutie kontrolovanej jadrovej fúzie bude dôležitým prostriedkom na riešenie energetických problémov. Ytterbium Doped laserové sklo sa stáva preferovaným materiálom na dosiahnutie vylepšení fúzie zotrvačného zadržiavania (ICF) v 21. storočí kvôli jeho vynikajúcemu laserovému výkonu.

Laserové zbrane využívajú obrovskú energiu laserového lúča na štrajk a zničenie cieľov, vytvárajúce teploty miliárd stupňov Celzia a priamo útočia na rýchlosť svetla. Môžu sa označovať ako Nadana a majú veľkú smrteľnosť, najmä vhodné pre moderné zbrane protivzdušných zbraní vo vojne. Vynikajúci výkon laserového skla dopovaného YTTERBIUM z neho urobil dôležitý základný materiál na výrobu vysokokvalitných a vysokovýkonných laserových zbraní.

Fiber Laser je rýchlo sa rozvíjajúca nová technológia a tiež patrí do oblasti aplikácií laserového skla. Vlákno laser je laser, ktorý používa vlákno ako laserové médium, ktoré je produktom kombinácie technológie vlákien a laserov. Je to nová laserová technológia vyvinutá na základe technológie zosilňovača vlákien Erbium Doped Fiber (EDFA). Vláktový laser sa skladá z polovodičovej laserovej diódy ako zdroja čerpadla, vlnovodu optického vlákna a ziskového média a optických komponentov, ako sú mriežkové vlákna a spojky. Nevyžaduje mechanické nastavenie optickej cesty a mechanizmus je kompaktný a ľahko sa integruje. V porovnaní s tradičnými lasermi v tuhom stave a polovodičovými lasermi má technologické a výkonné výhody, ako je vysoká kvalita lúča, dobrá stabilita, silná odolnosť voči environmentálnemu rušeniu, bez úpravy, bez údržby a kompaktnej štruktúry. Vzhľadom na to, že dotované ióny sú hlavne ND+3, YB+3, ER+3, TM+3, HO+3, z ktorých všetky používajú vlákna vzácnych zemín ako ziskové médiá, laser vlákien vyvinutej spoločnosťou sa môže tiež nazývať laserom vlákniny vzácnych zemín.

Laserová aplikácia: Vysoko výkonný Ytterbium Doped Double Cld Fiber Fiber Laser sa v posledných rokoch stal horúcim poľom v pevnom stave laserovej technológie. Má výhody dobrej kvality lúča, kompaktnej štruktúry a vysokej účinnosti konverzie a má široké vyhliadky na aplikáciu v priemyselnom spracovaní a iných oblastiach. Dvojité klenoty ytterbium dopované vlákna sú vhodné pre polovodičové laserové čerpanie, s vysokou účinnosťou spojenia a vysokým laserovým výstupným výkonom a sú hlavným smerom rozvoja vlákien dopovaných YTTERBIUM. Technológia čínskej dvojitého plášťa Ytterbium Doped Fibre už nie je na rovnakej úrovni ako pokročilá úroveň zahraničných krajín. Vlákno YTTERBIUM Doped Fiber, Double Clad Ytterbium Doped Fiber a Erbium Ytterbium Co Doped vlákna vyvinuté v Číne dosiahli pokročilú úroveň podobných zahraničných výrobkov z hľadiska výkonu a spoľahlivosti, majú nákladové výhody a majú základné patentované technológie pre viaceré výrobky a metódy.

Svetovo uznávaná nemecká laserová spoločnosť IPG nedávno oznámila, že ich novo spustený laserový systém s dopredovými vláknami YTTERBIUM má vynikajúce charakteristiky lúča, životnosť čerpadla viac ako 50000 hodín, centrálna emisná vlnová dĺžka 1070nm-1080nm a výstupný výkon až 20 kW. Bola aplikovaná pri jemnom zváraní, rezaní a vŕtaní skaly.

Laserové materiály sú jadrom a základom rozvoja laserovej technológie. V laserovom priemysle sa vždy hovorí, že „jedna generácia materiálov, jedna generácia zariadení“. Na vývoj pokročilých a praktických laserových zariadení je potrebné najprv mať vysoko výkonné laserové materiály a integrovať ďalšie príslušné technológie. Ytterbium dotované laserové kryštály a laserové sklo, ako nová sila tuhých laserových materiálov, propagujú inovatívny rozvoj optickej komunikácie a laserových technológií vlákien, najmä v špičkových laserových technológiách, ako sú vysokorýchlostné lasery jadrovej fúzie, a vysoké lasery s vysokou energiou.

Okrem toho sa Ytterbium používa aj ako fluorescenčný prášok, aktivátor, rádiová keramika, prísady pre komponenty elektronickej počítačovej pamäte (magnetické bubliny) a optické sklenené prísady. Malo by sa zdôrazniť, že YTTRIum a YTTRIum sú prvkami vzácnych zemín. Aj keď existujú významné rozdiely v anglických názvoch a symboloch prvkov, čínska fonetická abeceda má rovnaké slabiky. V niektorých čínskych prekladoch sa YTTRIum niekedy omylom označuje ako YTTRIum. V tomto prípade musíme vysledovať pôvodný text a kombinovať symboly prvkov, aby sme potvrdili.