Ytterbium: atomnummer 70, atomvægt 173,04, grundstofnavn afledt af dets opdagelsessted. Indholdet af ytterbium i skorpen er 0,000266%, hovedsageligt til stede i phosphorit og sort sjældent guld aflejringer. Indholdet i monazit er 0,03%, og der er 7 naturlige isotoper
Opdaget
Af: Marinak
Tid: 1878
Sted: Schweiz
I 1878 opdagede de schweiziske kemikere Jean Charles og G Marignac et nyt sjældent jordarters grundstof i "erbium". I 1907 påpegede Ulban og Weils, at Marignac adskilte en blanding af lutetiumoxid og ytterbiumoxid. Til minde om den lille landsby ved navn Yteerby nær Stockholm, hvor man opdagede yttriummalm, fik dette nye element navnet Ytterbium med symbolet Yb.
Elektron konfiguration
Elektron konfiguration
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14
Metal
Metallisk ytterbium er sølvgrå, duktilt og har en blød tekstur. Ved stuetemperatur kan ytterbium langsomt oxideres af luft og vand.
Der er to krystalstrukturer: α- Typen er et ansigtscentreret kubisk krystalsystem (stuetemperatur -798 ℃); β- Typen er et kropscentreret kubisk (over 798 ℃) gitter. Smeltepunkt 824 ℃, kogepunkt 1427 ℃, relativ massefylde 6,977 (α- Type), 6,54 (β- Type).
Uopløseligt i koldt vand, opløseligt i syrer og flydende ammoniak. Den er ret stabil i luften. I lighed med samarium og europium hører ytterbium til den variable valens sjældne jordarter og kan også være i en positiv divalent tilstand udover at være normalt trivalent.
På grund af denne variable valenskarakteristik bør fremstillingen af metallisk ytterbium ikke udføres ved elektrolyse, men ved en reduktionsdestillationsmetode til fremstilling og oprensning. Normalt bruges lanthanmetal som et reduktionsmiddel til reduktionsdestillation ved at udnytte forskellen mellem det høje damptryk af ytterbiummetal og det lave damptryk af lanthanmetal. Alternativtthulium, ytterbium, oglutetiumkraftfoder kan bruges som råvarer, ogmetal lanthankan bruges som reduktionsmiddel. Under højtemperaturvakuumforhold på>1100 ℃ og <0,133Pa kan metalytterbium ekstraheres direkte ved reduktionsdestillation. Ligesom samarium og europium kan ytterbium også adskilles og renses gennem vådreduktion. Normalt bruges thulium-, ytterbium- og lutetiumkoncentrater som råmaterialer. Efter opløsning reduceres ytterbium til en divalent tilstand, hvilket forårsager betydelige forskelle i egenskaber og adskilles derefter fra andre trivalente sjældne jordarter. Fremstilling af høj renhedytterbiumoxidudføres normalt ved ekstraktionskromatografi eller ionbytningsmetode.
Anvendelse
Anvendes til fremstilling af specielle legeringer. Ytterbium legeringer er blevet anvendt i dental medicin til metallurgiske og kemiske eksperimenter.
I de senere år er ytterbium opstået og hurtigt udviklet inden for fiberoptisk kommunikation og laserteknologi.
Med konstruktionen og udviklingen af "informationsmotorvejen" stiller computernetværk og langdistanceoptiske fibertransmissionssystemer stadig højere krav til ydeevnen af optiske fibermaterialer, der anvendes i optisk kommunikation. Ytterbium-ioner kan på grund af deres fremragende spektrale egenskaber bruges som fiberforstærkningsmaterialer til optisk kommunikation, ligesom erbium og thulium. Selvom sjældne jordarters grundstof erbium stadig er hovedspilleren i fremstillingen af fiberforstærkere, har traditionelle erbium-doterede kvartsfibre en lille forstærkningsbåndbredde (30nm), hvilket gør det vanskeligt at opfylde kravene til højhastigheds- og højkapacitetsinformationstransmission. Yb3+ioner har et meget større absorptionstværsnit end Er3+ioner omkring 980nm. Gennem sensibiliseringseffekten af Yb3+ og energioverførslen af erbium og ytterbium kan 1530nm-lyset forbedres betydeligt, hvorved lysets forstærkningseffektivitet i høj grad forbedres.
I de senere år er erbium ytterbium co-doteret fosfatglas i stigende grad blevet favoriseret af forskere. Fosfat- og fluorfosfatglas har god kemisk og termisk stabilitet, samt bred infrarød transmittans og store uensartede udvidelsesegenskaber, hvilket gør dem ideelle materialer til bredbånd og erbium-doteret forstærkningsfiberglas med høj forstærkning. Yb3+doterede fiberforstærkere kan opnå effektforstærkning og lille signalforstærkning, hvilket gør dem velegnede til felter som fiberoptiske sensorer, frirumslaserkommunikation og ultrakort pulsforstærkning. Kina har i øjeblikket bygget verdens største enkeltkanalkapacitet og hurtigste optiske transmissionssystem og har den bredeste informationsmotorvej i verden. Ytterbium-doterede og andre sjældne jordarter-doterede fiberforstærkere og lasermaterialer spiller en afgørende og væsentlig rolle i dem.
Ytterbiums spektrale egenskaber bruges også som lasermaterialer af høj kvalitet, både som laserkrystaller, laserbriller og fiberlasere. Som et højeffekt lasermateriale har ytterbium-doteret laserkrystaller dannet en enorm serie, herunder ytterbium-doteret yttrium-aluminium-granat (Yb: YAG), ytterbium-doteret gadolinium-gallium-granat (Yb: GGG), ytterbium-doteret calciumfluorophosphat (Yb: FAP) , ytterbium-doteret strontiumfluorphosphat (Yb: S-FAP), ytterbiumdoteret yttriumvanadat (Yb: YV04), ytterbiumdoteret borat og silikat. Halvlederlaser (LD) er en ny type pumpekilde til solid-state lasere. Yb: YAG har mange egenskaber, der egner sig til højeffekt LD-pumpning og er blevet et lasermateriale til højeffekt LD-pumpning. Yb: S-FAP krystal kan blive brugt som lasermateriale til laserkernefusion i fremtiden, hvilket har tiltrukket folks opmærksomhed. I afstembare laserkrystaller er der krom ytterbium holmium yttrium aluminium gallium granat (Cr, Yb, Ho: YAGG) med bølgelængder fra 2,84 til 3,05 μ Kontinuerlig justerbar mellem m. Ifølge statistikker bruger de fleste af de infrarøde sprænghoveder, der bruges i missiler rundt om i verden, 3-5 μ. Derfor kan udviklingen af Cr, Yb, Ho: YSGG lasere give effektiv interferens til mid-infrarøde guidede våbenmodforanstaltninger, og har vigtig militær betydning. Kina har opnået en række innovative resultater med internationalt avanceret niveau inden for ytterbium-doterede laserkrystaller (Yb: YAG, Yb: FAP, Yb: SFAP osv.), der løser nøgleteknologier såsom krystalvækst og laserhurtig, puls, kontinuerlig og justerbar udgang. Forskningsresultaterne er blevet anvendt i nationalt forsvar, industri og videnskabelig teknik, og ytterbium-doterede krystalprodukter er blevet eksporteret til flere lande og regioner såsom USA og Japan.
En anden hovedkategori af ytterbiumlasermaterialer er laserglas. Forskellige laserglas med høj emissionstværsnit er blevet udviklet, herunder germaniumtellurit, siliciumniobat, borat og fosfat. På grund af den lette glasstøbning kan den laves i store størrelser og har egenskaber som høj lystransmission og høj ensartethed, hvilket gør det muligt at producere højeffektlasere. Det velkendte laserglas af sjældne jordarter var tidligere hovedsageligt neodymglas, som har en udviklingshistorie på over 40 år og moden produktions- og anvendelsesteknologi. Det har altid været det foretrukne materiale til højeffekt laserenheder og er blevet brugt i kernefusionseksperimentelle enheder og laservåben. De højeffekt laserenheder bygget i Kina, bestående af laser neodymglas som det vigtigste lasermedium, har nået verdens avancerede niveau. Men laser neodym glas står nu over for en stærk udfordring fra laser ytterbium glas.
I de senere år har en lang række undersøgelser vist, at mange egenskaber ved laser-ytterbiumglas overstiger neodymglass. På grund af det faktum, at ytterbium-doteret luminescens kun har to energiniveauer, er energilagringseffektiviteten høj. Med samme gevinst har ytterbiumglas en energilagringseffektivitet, der er 16 gange højere end neodymglas, og en fluorescenslevetid 3 gange så stor som neodymglas. Den har også fordele såsom høj dopingkoncentration, absorptionsbåndbredde og kan pumpes direkte af halvledere, hvilket gør den meget velegnet til højeffektlasere. Imidlertid er den praktiske anvendelse af ytterbiumlaserglas ofte afhængig af hjælp fra neodym, såsom at bruge Nd3+ som en sensibilisator for at få ytterbiumlaserglas til at fungere ved stuetemperatur og μ laseremission opnås ved m bølgelængde. Så ytterbium og neodym er begge konkurrenter og samarbejdspartnere inden for laserglas.
Ved at justere glassammensætningen kan mange luminescerende egenskaber af ytterbiumlaserglas forbedres. Med udviklingen af højeffektlasere som hovedretning bliver lasere lavet af ytterbiumlaserglas i stigende grad brugt i moderne industri, landbrug, medicin, videnskabelig forskning og militære applikationer.
Militær brug: At bruge den energi, der genereres af atomfusion som energi, har altid været et forventet mål, og at opnå kontrolleret atomfusion vil være et vigtigt middel for menneskeheden til at løse energiproblemer. Ytterbium-doteret laserglas er ved at blive det foretrukne materiale til at opnå opgraderinger af inertial confinement fusion (ICF) i det 21. århundrede på grund af dets fremragende laserydeevne.
Laservåben bruger den enorme energi fra en laserstråle til at ramme og ødelægge mål, generere temperaturer på milliarder af grader Celsius og angribe direkte med lysets hastighed. De kan omtales som Nadana og har stor dødelighed, især velegnet til moderne luftforsvarsvåbensystemer i krigsførelse. Den fremragende ydeevne af ytterbium-doteret laserglas har gjort det til et vigtigt grundmateriale til fremstilling af højtydende og højtydende laservåben.
Fiberlaser er en ny teknologi i hastig udvikling og hører også til området for laserglasapplikationer. Fiberlaser er en laser, der bruger fiber som lasermediet, som er et produkt af kombinationen af fiber og laserteknologi. Det er en ny laserteknologi udviklet på basis af erbium-doteret fiberforstærker (EDFA) teknologi. En fiberlaser er sammensat af en halvlederlaserdiode som pumpekilde, en fiberoptisk bølgeleder og et forstærkningsmedium og optiske komponenter såsom gitterfibre og koblere. Det kræver ikke mekanisk justering af den optiske vej, og mekanismen er kompakt og nem at integrere. Sammenlignet med traditionelle solid-state lasere og halvlederlasere har den teknologiske og ydeevne fordele såsom høj strålekvalitet, god stabilitet, stærk modstand mod miljøinterferens, ingen justering, ingen vedligeholdelse og kompakt struktur. På grund af det faktum, at de dopede ioner hovedsageligt er Nd+3, Yb+3, Er+3, Tm+3, Ho+3, som alle bruger sjældne jordartsfibre som forstærkningsmedier, kan fiberlaseren udviklet af virksomheden også kaldes en fiberlaser af sjældne jordarter.
Laserapplikation: Ytterbium-doteret dobbeltbeklædt fiberlaser med høj effekt er blevet et varmt felt inden for solid-state laserteknologi internationalt i de senere år. Det har fordelene ved god strålekvalitet, kompakt struktur og høj konverteringseffektivitet og har brede anvendelsesmuligheder inden for industriel forarbejdning og andre områder. Dobbeltbeklædte ytterbium-doterede fibre er velegnede til halvlederlaserpumpning med høj koblingseffektivitet og høj laserudgangseffekt og er hovedudviklingsretningen for ytterbium-doterede fibre. Kinas dobbeltbeklædte ytterbium-doterede fiberteknologi er ikke længere på niveau med fremmede landes avancerede niveau. Den ytterbium-doterede fiber, den dobbeltbeklædte ytterbium-doterede fiber og den erbium-ytterbium-co-doterede fiber, der er udviklet i Kina, har nået det avancerede niveau af lignende udenlandske produkter med hensyn til ydeevne og pålidelighed, har omkostningsfordele og har kernepatenterede teknologier til flere produkter og metoder .
Det verdenskendte tyske IPG-laserfirma annoncerede for nylig, at deres nyligt lancerede ytterbium-doterede fiberlasersystem har fremragende stråleegenskaber, en pumpelevetid på over 50.000 timer, en central emissionsbølgelængde på 1070nm-1080nm og en udgangseffekt på op til 20KW. Det er blevet anvendt til finsvejsning, skæring og klippeboring.
Lasermaterialer er kernen og fundamentet for udviklingen af laserteknologi. Der har altid været et ordsprog i laserindustrien, at 'en generation af materialer, en generation af enheder'. For at udvikle avancerede og praktiske laseranordninger er det nødvendigt først at besidde højtydende lasermaterialer og integrere andre relevante teknologier. Ytterbium-doterede laserkrystaller og laserglas, som den nye kraft af solide lasermaterialer, fremmer den innovative udvikling af fiberoptisk kommunikation og laserteknologi, især inden for banebrydende laserteknologier såsom høj-effekt kernefusionslasere, højenergibeat fliselasere og højenergi-våbenlasere.
Ytterbium bruges desuden også som fluorescerende pulveraktivator, radiokeramik, additiver til elektroniske computerhukommelseskomponenter (magnetiske bobler) og optiske glasadditiver. Det skal påpeges, at yttrium og yttrium begge er sjældne jordarters grundstoffer. Selvom der er betydelige forskelle i engelske navne og elementsymboler, har det kinesiske fonetiske alfabet de samme stavelser. I nogle kinesiske oversættelser kaldes yttrium nogle gange fejlagtigt som yttrium. I dette tilfælde skal vi spore den originale tekst og kombinere elementsymboler for at bekræfte.
Indlægstid: 30. august 2023