Ytterbium: atomnummer 70, atomvægt 173,04, grundstofnavn afledt af dets opdagelsessted. Indholdet afytterbiumi jordskorpen er 0,000266%, hovedsageligt til stede i fosforit og sorte sjældne guldforekomster, mens indholdet i monazit er 0,03%, med 7 naturlige isotoper.
Opdage historie
Opdaget af: Marinak
Tid: 1878
Sted: Schweiz
I 1878 opdagede de schweiziske kemikere Jean Charles og G. Marignac et nyt sjældent jordartselement i "erbium". I 1907 påpegede Ulban og Weils, at Marignac udskilte en blanding af lutetiumoxid og ytterbiumoxid. Til minde om den lille landsby Yteerby nær Stockholm, hvor yttriummalm blev opdaget, blev dette nye element navngivet Ytterbium med symbolet Yb.
Elektronkonfiguration
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14
Metal
Metallisk ytterbiumer 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 fladecentreret kubisk krystalsystem (stuetemperatur -798 ℃); β-typen er et kropscentreret kubisk gitter (over 798 ℃). Smeltepunkt 824 ℃, kogepunkt 1427 ℃, relativ densitet 6,977 (α-typen), 6,54 (β-typen).
Uopløselig i koldt vand, opløselig i syrer og flydende ammoniak. Den er ret stabil i luften. Ligesom samarium og europium tilhører ytterbium den sjældne jordart med variabel valens og kan også være i en positiv divalent tilstand udover at være sædvanligvis trivalent.
På grund af denne variable valenskarakteristik bør fremstillingen af metallisk ytterbium ikke udføres ved elektrolyse, men ved reduktionsdestillation til fremstilling og rensning. Normalt,lanthanmetalbruges som reduktionsmiddel til reduktionsdestillation, hvor forskellen mellem ytterbiummetalets høje damptryk og lanthanmetalets lave damptryk udnyttes. Alternativt,thulium, ytterbium, oglutetiumKoncentrater kan bruges som råmaterialer, og metallantan kan bruges som reduktionsmiddel. Under høje vakuumforhold på >1100 ℃ og <0,133 Pa kan metalytterbium ekstraheres direkte ved reduktionsdestillation. Ligesomsamariumogeuropium,Ytterbium kan også separeres og renses ved vådreduktion. Normalt anvendes thulium-, ytterbium- og lutetiumkoncentrater som råmaterialer. Efter opløsning reduceres ytterbium til en divalent tilstand, hvilket forårsager betydelige forskelle i egenskaber, og separeres derefter fra andre trivalente sjældne jordarter. Produktionen af ytterbiumoxid med høj renhed udføres normalt ved ekstraktionskromatografi eller ionbytningsmetode.
Anvendelse
Anvendes til fremstilling af speciallegeringer.Ytterbiumlegeringerhar været anvendt i tandmedicin til metallurgiske og kemiske eksperimenter.
I de senere år er ytterbium dukket op og udviklet sig hurtigt inden for fiberoptisk kommunikation og laserteknologi.
Med opførelsen og udviklingen af "informationsmotorvejen" stiller computernetværk og langdistanceoptiske fibertransmissionssystemer stadig højere krav til ydeevnen af optiske fibermaterialer, der anvendes i optisk kommunikation. Ytterbiumioner kan på grund af deres fremragende spektrale egenskaber bruges som fiberforstærkningsmaterialer til optisk kommunikation, ligesomerbiumogthuliumSelvom det sjældne jordartsmetal erbium stadig er den vigtigste aktør i fremstillingen af fiberforstærkere, har traditionelle erbiumdopede kvartsfibre en lille forstærkningsbåndbredde (30 nm), hvilket gør det vanskeligt at opfylde kravene til informationstransmission med høj hastighed og høj kapacitet. Yb3+-ioner har et meget større absorptionstværsnit end Er3+-ioner omkring 980 nm. Gennem Yb3+'s sensibiliseringseffekt og energioverførslen af erbium og ytterbium kan lyset på 1530 nm forbedres betydeligt, hvorved lysets forstærkningseffektivitet forbedres betydeligt.
I de senere år er erbium-ytterbium-co-dopet fosfatglas blevet i stigende grad foretrukket af forskere. Fosfat- og fluorfosfatglas har god kemisk og termisk stabilitet, såvel som bred infrarød transmission og store, ikke-ensartede udvidelsesegenskaber, hvilket gør dem til ideelle materialer til bredbånds- og højforstærknings-erbium-dopet fiberglas. Yb3+-dopede fiberforstærkere kan opnå effektforstærkning og lille signalforstærkning, hvilket gør dem velegnede til områder 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-dopede og andre sjældne jordartsmetaller-dopede fiberforstærkere og lasermaterialer spiller en afgørende og betydelig rolle i dem.
Ytterbiums spektrale egenskaber bruges også som lasermaterialer af høj kvalitet, både som laserkrystaller, laserglas og fiberlasere. Som et højtydende lasermateriale har ytterbiumdopede laserkrystaller dannet en enorm serie, herunder ytterbiumdopedeyttriumaluminiumgranat (Yb: YAG), ytterbiumdoteretgadoliniumgalliumgranat (Yb: GGG), ytterbiumdoteret calciumfluorophosphat (Yb: FAP), ytterbiumdoteret strontiumfluorophosphat (Yb: S-FAP), ytterbiumdoteret yttriumvanadat (Yb: YV04), ytterbiumdoteret borat og silikat. Halvlederlaser (LD) er en ny type pumpekilde til faststoflasere. Yb: YAG har mange egenskaber, der er egnede til højtydende LD-pumpning og er blevet et lasermateriale til højtydende LD-pumpning. Yb: S-FAP-krystal kan i fremtiden bruges som lasermateriale til laserkernefusion, hvilket har tiltrukket folks opmærksomhed. I justerbare laserkrystaller findes der kromytterbium, holmiumytttrium og aluminiumgalliumgranat (Cr, Yb, Ho: YAGG) med bølgelængder fra 2,84 til 3,05 μ. Trinløs justerbar mellem m. Ifølge statistikker bruger de fleste infrarøde sprænghoveder, der anvendes i missiler verden over, 3-5 μ. Derfor kan udviklingen af Cr-, Yb-, Ho-: YSGG-lasere give effektiv interferens til modforanstaltninger mod melleminfrarøde våben og har stor militær betydning. Kina har opnået en række innovative resultater på internationalt avanceret niveau inden for ytterbiumdopede laserkrystaller (Yb: YAG, Yb: FAP, Yb: SFAP osv.) og løst nøgleteknologier såsom krystalvækst og laserhurtig, pulserende, kontinuerlig og justerbar output. Forskningsresultaterne er blevet anvendt inden for nationalt forsvar, industri og videnskabelig teknik, og ytterbiumdopede krystalprodukter er blevet eksporteret til flere lande og regioner såsom USA og Japan.
En anden vigtig kategori af ytterbiumlasermaterialer er laserglas. Der er udviklet forskellige laserglas med højt emissionstværsnit, herunder germaniumtellurit, siliciumniobat, borat og fosfat. På grund af den nemme glasstøbning kan det fremstilles i store størrelser og har egenskaber som høj lystransmission og høj ensartethed, hvilket gør det muligt at producere højtydende lasere. Det velkendte sjældne jordartslaserglas blev tidligere primært brugtneodymglas, som har en udviklingshistorie på over 40 år og en moden produktions- og anvendelsesteknologi. Det har altid været det foretrukne materiale til højtydende laserenheder og er blevet brugt i eksperimentelle atomfusionsenheder og laservåben. De højtydende laserenheder, der er bygget i Kina, består af laserneodymglas som det primære lasermedium har nået verdens avancerede niveau. Men laserneodymglas står nu over for en stærk udfordring fra laserytterbiumglas.
I de senere år har et stort antal undersøgelser vist, at mange egenskaber ved laserytterbiumglas overgår dem afneodymglas. Da ytterbiumdoteret luminescens kun har to energiniveauer, er energilagringseffektiviteten høj. Med samme forstærkning har ytterbiumglas en energilagringseffektivitet, der er 16 gange højere end neodymglas, og en fluorescenslevetid, der er 3 gange højere end neodymglas. Det har også fordele såsom høj doteringskoncentration, absorptionsbåndbredde og kan pumpes direkte af halvledere, hvilket gør det meget velegnet til højeffektlasere. Den praktiske anvendelse af ytterbiumlaserglas er dog ofte afhængig af neodyms hjælp, såsom brugen af Nd3+ som sensibilisator for at få ytterbiumlaserglas til at fungere ved stuetemperatur og μ. Laseremission opnås ved m-bølgelængde. Så ytterbium og neodym er både konkurrenter og samarbejdspartnere inden for laserglas.
Ved at justere glassammensætningen kan mange af ytterbiumlaserglass luminescerende egenskaber forbedres. Med udviklingen af højtydende lasere som hovedretning anvendes lasere lavet af ytterbiumlaserglas i stigende grad i moderne industri, landbrug, medicin, videnskabelig forskning og militære anvendelser.
Militær anvendelse: Det har altid været et forventet mål at udnytte den energi, der genereres ved kernefusion, som energikilde, og opnåelse af kontrolleret kernefusion vil være et vigtigt middel for menneskeheden til at løse energiproblemer. Ytterbiumdoteret laserglas er ved at blive det foretrukne materiale til at opnå opgraderinger af inertiel indeslutningsfusion (ICF) i det 21. århundrede på grund af dets fremragende laserydelse.
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 kaldes Nadana og har stor dødelighed, især velegnede til moderne luftforsvarssystemer i krigsførelse. Den fremragende ydeevne af ytterbiumdoteret laserglas har gjort det til et vigtigt grundmateriale til fremstilling af højtydende laservåben med høj effekt.
Fiberlaser er en hurtigt udviklende ny teknologi og tilhører også området for laserglasapplikationer. Fiberlaser er en laser, der bruger fiber som lasermedium, hvilket er et produkt af kombinationen af fiber- og laserteknologi. Det er en ny laserteknologi udviklet på basis af erbiumdoteret fiberforstærker (EDFA) teknologi. En fiberlaser består af en halvlederlaserdiode som pumpekilde, en fiberoptisk bølgeleder og et forstærkningsmedium samt optiske komponenter såsom gitterfibre og koblere. Den kræver ikke mekanisk justering af den optiske bane, og mekanismen er kompakt og nem at integrere. Sammenlignet med traditionelle faststoflasere og halvlederlasere har den teknologiske og ydeevnemæssige fordele såsom høj strålekvalitet, god stabilitet, stærk modstandsdygtighed over for miljøforstyrrelser, ingen justering, ingen vedligeholdelse og kompakt struktur. Da de doterede ioner hovedsageligt er Nd+3, Yb+3, Er+3, Tm+3, Ho+3, som alle bruger sjældne jordartersfibre som forstærkningsmedium, kan den fiberlaser, som virksomheden har udviklet, også kaldes en sjældne jordarters fiberlaser.
Laseranvendelse: Højtydende ytterbium-doteret dobbeltklædt fiberlaser er blevet et internationalt hot felt inden for faststoflaserteknologi i de senere år. Den har fordelene ved god strålekvalitet, kompakt struktur og høj konverteringseffektivitet og har brede anvendelsesmuligheder inden for industriel forarbejdning og andre områder. Dobbeltklædte ytterbium-dopede fibre er velegnede til halvlederlaserpumpning med høj koblingseffektivitet og høj laserudgangseffekt og er den primære udviklingsretning for ytterbium-dopede fibre. Kinas dobbeltklædte ytterbium-dopede fiberteknologi er ikke længere på niveau med det avancerede niveau i udlandet. De ytterbium-dopede fibre, dobbeltklædte ytterbium-dopede fibre og erbium ytterbium-co-dopede fibre, 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-dopede fiberlasersystem har fremragende stråleegenskaber, en pumpelevetid på over 50.000 timer, en central emissionsbølgelængde på 1070 nm-1080 nm og en udgangseffekt på op til 20 kW. Det er blevet anvendt til finsvejsning, skæring og bjergboring.
Lasermaterialer er kernen og fundamentet for udviklingen af laserteknologi. Der har altid været et ordsprog i laserindustrien, at "én generation af materialer, én generation af enheder". For at udvikle avancerede og praktiske laserenheder er det nødvendigt først at besidde højtydende lasermaterialer og integrere andre relevante teknologier. Ytterbiumdopede laserkrystaller og laserglas, som den nye kraft inden for faste lasermaterialer, fremmer den innovative udvikling af fiberoptisk kommunikation og laserteknologi, især inden for banebrydende laserteknologier såsom højtydende kernefusionslasere, højenergiske beat tile-lasere og højenergiske våbenlasere.
Derudover bruges ytterbium også som fluorescerende pulveraktivator, radiokeramik, tilsætningsstoffer til elektroniske computerhukommelseskomponenter (magnetiske bobler) og tilsætningsstoffer til optiske glas. Det skal påpeges, at yttrium og yttrium begge er sjældne jordarter. Selvom der er betydelige forskelle i engelske navne og elementsymboler, har det kinesiske fonetiske alfabet de samme stavelser. I nogle kinesiske oversættelser omtales yttrium undertiden fejlagtigt som yttrium. I dette tilfælde er vi nødt til at spore den originale tekst og kombinere elementsymboler for at bekræfte.
Opslagstidspunkt: 13. september 2023