Ytterbium: atomnummer 70, atomvikt 173,04, grundämnesnamn härlett från dess upptäcktsplats. Innehållet av ytterbium i skorpan är 0,000266%, huvudsakligen närvarande i fosforit och svarta sällsynta guldfyndigheter. Halten i monazit är 0,03 %, och det finns 7 naturliga isotoper
Upptäckt
Av: Marinak
Tid: 1878
Plats: Schweiz
1878 upptäckte de schweiziska kemisterna Jean Charles och G Marignac ett nytt sällsynt jordartselement i "erbium". År 1907 påpekade Ulban och Weils att Marignac separerade en blandning av lutetiumoxid och ytterbiumoxid. Till minne av den lilla byn Yteerby nära Stockholm, där yttriummalm upptäcktes, fick detta nya grundämne namnet Ytterbium med symbolen Yb.
Elektronkonfiguration
Elektronkonfiguration
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14
Metall
Metalliskt ytterbium är silvergrå, seg och har en mjuk konsistens. Vid rumstemperatur kan ytterbium långsamt oxideras av luft och vatten.
Det finns två kristallstrukturer: α- Typen är ett ansiktscentrerat kubiskt kristallsystem (rumstemperatur -798 ℃); β- Typen är ett kroppscentrerat kubiskt (över 798 ℃) gitter. Smältpunkt 824 ℃, kokpunkt 1427 ℃, relativ densitet 6,977 (α-typ), 6,54 (β-typ).
Olöslig i kallt vatten, löslig i syror och flytande ammoniak. Det är ganska stabilt i luften. I likhet med samarium och europium tillhör ytterbium den variabla valensen sällsynta jordartsmetaller, och kan även vara i ett positivt tvåvärt tillstånd förutom att vara vanligtvis trivalent.
På grund av denna variabla valensegenskaper bör framställningen av metalliskt ytterbium inte utföras genom elektrolys, utan genom reduktionsdestillationsmetod för framställning och rening. Vanligtvis används lantanmetall som ett reduktionsmedel för reduktionsdestillation, med användning av skillnaden mellan det höga ångtrycket hos ytterbiummetall och det låga ångtrycket hos lantanmetall. Alternativtthulium, ytterbium, ochlutetiumkoncentrat kan användas som råvara, ochmetall lantankan användas som ett reduktionsmedel. Under högtemperaturvakuumförhållanden på >1100 ℃ och <0,133 Pa, kan metallytterbium extraheras direkt genom reduktionsdestillation. Liksom samarium och europium kan även ytterbium separeras och renas genom våtreduktion. Vanligtvis används thulium-, ytterbium- och lutetiumkoncentrat som råmaterial. Efter upplösning reduceras ytterbium till ett tvåvärt tillstånd, vilket orsakar betydande skillnader i egenskaper, och separeras sedan från andra trevärda sällsynta jordartsmetaller. Produktionen av hög renhetytterbiumoxidutförs vanligtvis genom extraktionskromatografi eller jonbytesmetod.
Ansökan
Används för tillverkning av speciallegeringar. Ytterbiumlegeringar har använts inom dentalmedicinen för metallurgiska och kemiska experiment.
Under de senaste åren har ytterbium vuxit fram och utvecklats snabbt inom områdena fiberoptisk kommunikation och laserteknik.
I och med konstruktionen och utvecklingen av "informationsmotorvägen" ställer datornätverk och långdistanstransmissionssystem för optiska fibrer allt högre krav på prestanda hos optiska fibermaterial som används i optisk kommunikation. Ytterbiumjoner kan, på grund av sina utmärkta spektrala egenskaper, användas som fiberförstärkningsmaterial för optisk kommunikation, precis som erbium och thulium. Även om sällsynta jordartsmetaller erbium fortfarande är huvudaktören i framställningen av fiberförstärkare, har traditionella erbiumdopade kvartsfibrer en liten förstärkningsbandbredd (30nm), vilket gör det svårt att uppfylla kraven på informationsöverföring med hög hastighet och hög kapacitet. Yb3+joner har ett mycket större absorptionstvärsnitt än Er3+joner runt 980nm. Genom sensibiliseringseffekten av Yb3+ och energiöverföringen av erbium och ytterbium kan 1530nm-ljuset förstärkas avsevärt, och därigenom avsevärt förbättra ljusets förstärkningseffektivitet.
Under de senaste åren har erbium ytterbium co-dopat fosfatglas blivit alltmer gynnat av forskare. Fosfat- och fluorfosfatglas har god kemisk och termisk stabilitet, såväl som bred infraröd transmittans och stora ojämna breddningsegenskaper, vilket gör dem till idealiska material för bredband och erbiumdopat glasfiber med hög förstärkning. Yb3+dopade fiberförstärkare kan uppnå effektförstärkning och liten signalförstärkning, vilket gör dem lämpliga för områden som fiberoptiska sensorer, laserkommunikation med fritt utrymme och ultrakort pulsförstärkning. Kina har för närvarande byggt världens största enkanalskapacitet och snabbaste optiska överföringssystem och har den bredaste informationsmotorvägen i världen. Ytterbiumdopade och andra sällsynta jordartsmetalldopade fiberförstärkare och lasermaterial spelar en avgörande och betydande roll i dem.
De spektrala egenskaperna hos ytterbium används också som lasermaterial av hög kvalitet, både som laserkristaller, laserglasögon och fiberlasrar. Som ett högeffektlasermaterial har ytterbiumdopade laserkristaller bildat en enorm serie, inklusive ytterbiumdopad yttriumaluminiumgranat (Yb: YAG), ytterbiumdopad gadoliniumgalliumgranat (Yb: GGG), ytterbiumdopad kalciumfluorfosfat (Yb: FAP) , ytterbiumdopat strontiumfluorfosfat (Yb: S-FAP), ytterbiumdopat yttriumvanadat (Yb: YV04), ytterbiumdopat borat och silikat. Halvledarlaser (LD) är en ny typ av pumpkälla för halvledarlasrar. Yb: YAG har många egenskaper som är lämpliga för högeffekts LD-pumpning och har blivit ett lasermaterial för högeffekts LD-pumpning. Yb: S-FAP-kristall kan komma att användas som lasermaterial för laserkärnfusion i framtiden, vilket har väckt folks uppmärksamhet. I avstämbara laserkristaller finns krom ytterbium holmium yttrium aluminium gallium granat (Cr, Yb, Ho: YAGG) med våglängder från 2,84 till 3,05 μ Kontinuerligt justerbar mellan m. Enligt statistik använder de flesta av de infraröda stridsspetsarna som används i missiler runt om i världen 3-5 μ. Därför kan utvecklingen av Cr, Yb, Ho: YSGG-lasrar ge effektiv interferens för medelinfraröda guidade vapenmotåtgärder och har en viktig militär betydelse. Kina har uppnått en rad innovativa resultat med internationell avancerad nivå inom området ytterbiumdopade laserkristaller (Yb: YAG, Yb: FAP, Yb: SFAP, etc.), och löst nyckelteknologier som kristalltillväxt och lasersnabb, puls, kontinuerlig och justerbar utgång. Forskningsresultaten har tillämpats inom nationellt försvar, industri och vetenskaplig ingenjörskonst, och ytterbiumdopade kristallprodukter har exporterats till flera länder och regioner som USA och Japan.
En annan huvudkategori av ytterbiumlasermaterial är laserglas. Olika laserglasögon med hög emissionstvärsnitt har utvecklats, inklusive germaniumtellurit, kiselniobat, borat och fosfat. På grund av den enkla glasformningen kan den göras i stora storlekar och har egenskaper som hög ljustransmittans och hög enhetlighet, vilket gör det möjligt att producera högeffektlasrar. Det välbekanta laserglaset för sällsynta jordartsmetaller var tidigare huvudsakligen neodymglas, som har en utvecklingshistoria på över 40 år och mogen produktions- och applikationsteknik. Det har alltid varit det föredragna materialet för högeffektslaserenheter och har använts i experimentella enheter för kärnfusion och laservapen. De kraftfulla laserenheterna byggda i Kina, bestående av laser neodymglas som det huvudsakliga lasermediet, har nått världens avancerade nivå. Men laser neodymglas står nu inför en kraftfull utmaning från laser ytterbiumglas.
Under de senaste åren har ett stort antal studier visat att många egenskaper hos laserytterbiumglas överstiger neodymglasets. På grund av att ytterbiumdopad luminescens endast har två energinivåer är energilagringseffektiviteten hög. Samtidigt har ytterbiumglas en energilagringseffektivitet som är 16 gånger högre än neodymglas och en fluorescenslivslängd som är 3 gånger så stor som neodymglas. Den har också fördelar som hög dopningskoncentration, absorptionsbandbredd och kan pumpas direkt av halvledare, vilket gör den mycket lämplig för högeffektslasrar. Den praktiska tillämpningen av ytterbiumlaserglas förlitar sig emellertid ofta på hjälp av neodym, som att använda Nd3+ som en sensibilisator för att få ytterbiumlaserglas att fungera vid rumstemperatur och μ laseremission uppnås vid m våglängd. Så ytterbium och neodym är båda konkurrenter och samarbetspartners inom laserglasområdet.
Genom att justera glassammansättningen kan många luminescerande egenskaper hos ytterbiumlaserglas förbättras. Med utvecklingen av högeffektlasrar som huvudriktning används lasrar gjorda av ytterbiumlaserglas i allt större utsträckning inom modern industri, jordbruk, medicin, vetenskaplig forskning och militära tillämpningar.
Militär användning: Att använda energin som genereras av kärnfusion som energi har alltid varit ett förväntat mål, och att uppnå kontrollerad kärnfusion kommer att vara ett viktigt medel för mänskligheten att lösa energiproblem. Ytterbiumdopat laserglas håller på att bli det föredragna materialet för att uppnå uppgraderingar av tröghetsinneslutningsfusion (ICF) på 2000-talet på grund av dess utmärkta laserprestanda.
Laservapen använder den enorma energin från en laserstråle för att träffa och förstöra mål, generera temperaturer på miljarder grader Celsius och direkt attackera med ljusets hastighet. De kan kallas Nadana och har stor dödlighet, särskilt lämpliga för moderna luftvärnsvapensystem i krigföring. Den utmärkta prestandan hos ytterbiumdopat laserglas har gjort det till ett viktigt grundmaterial för tillverkning av högeffektiva och högpresterande laservapen.
Fiberlaser är en ny teknologi som utvecklas snabbt och tillhör även området laserglasapplikationer. Fiberlaser är en laser som använder fiber som lasermedium, vilket är en produkt av kombinationen av fiber och laserteknik. Det är en ny laserteknik utvecklad på basis av erbiumdopad fiberförstärkare (EDFA)-teknik. En fiberlaser är sammansatt av en halvledarlaserdiod som pumpkälla, en fiberoptisk vågledare och ett förstärkningsmedium, och optiska komponenter såsom gitterfibrer och kopplare. Den kräver ingen mekanisk justering av den optiska banan, och mekanismen är kompakt och lätt att integrera. Jämfört med traditionella solid-state lasrar och halvledarlasrar har den tekniska och prestandafördelar som hög strålkvalitet, god stabilitet, stark motståndskraft mot miljöstörningar, ingen justering, inget underhåll och kompakt struktur. På grund av att de dopade jonerna huvudsakligen är Nd+3, Yb+3, Er+3, Tm+3, Ho+3, som alla använder sällsynta jordartsfibrer som förstärkningsmedia, kan fiberlasern som företaget utvecklat också kallas en laser för sällsynta jordartsmetaller.
Laserapplikation: Ytterbiumdopad dubbelklädd fiberlaser med hög effekt har blivit ett hett område inom solid-state laserteknologi internationellt de senaste åren. Den har fördelarna med god strålkvalitet, kompakt struktur och hög konverteringseffektivitet, och har breda tillämpningsmöjligheter inom industriell bearbetning och andra områden. Dubbelklädda ytterbiumdopade fibrer är lämpliga för halvledarlaserpumpning, med hög kopplingseffektivitet och hög laseruteffekt, och är den huvudsakliga utvecklingsriktningen för ytterbiumdopade fibrer. Kinas dubbelklädda ytterbiumdopade fiberteknologi är inte längre i nivå med den avancerade nivån i främmande länder. Den ytterbiumdopade fibern, den dubbelklädda ytterbiumdopad fibern och erbium ytterbium co-dopad fiber som utvecklats i Kina har nått den avancerade nivån av liknande utländska produkter när det gäller prestanda och tillförlitlighet, har kostnadsfördelar och har kärnpatenterade teknologier för flera produkter och metoder .
Det världsberömda tyska IPG-laserföretaget meddelade nyligen att deras nylanserade ytterbiumdopade fiberlasersystem har utmärkta strålegenskaper, en pumplivslängd på över 50 000 timmar, en central emissionsvåglängd på 1070nm-1080nm och en uteffekt på upp till 20KW. Det har använts vid finsvetsning, skärning och bergborrning.
Lasermaterial är kärnan och grunden för utvecklingen av laserteknik. Det har alltid funnits ett talesätt inom laserindustrin att "en generation av material, en generation av enheter". För att utveckla avancerade och praktiska laserenheter är det nödvändigt att först ha högpresterande lasermaterial och integrera andra relevanta teknologier. Ytterbiumdopade laserkristaller och laserglas, som den nya kraften hos solida lasermaterial, främjar den innovativa utvecklingen av fiberoptisk kommunikation och laserteknik, särskilt inom banbrytande laserteknologier som högeffektslasrar för kärnfusion, högenergislag. kakellasrar och högenergivapenlasrar.
Dessutom används ytterbium även som fluorescerande pulveraktivator, radiokeramik, tillsatser för elektroniska datorminneskomponenter (magnetiska bubblor) och optiska glastillsatser. Det bör påpekas att yttrium och yttrium båda är sällsynta jordartsmetaller. Även om det finns betydande skillnader i engelska namn och elementsymboler, har det kinesiska fonetiska alfabetet samma stavelser. I vissa kinesiska översättningar kallas yttrium ibland felaktigt för yttrium. I det här fallet måste vi spåra den ursprungliga texten och kombinera elementsymboler för att bekräfta.
Posttid: 2023-aug-30