Element màgic de terra rara: ytterbium

Ytterbium: Número atòmic 70, pes atòmic 173.04, nom de l'element derivat de la seva ubicació de descobriment. El contingut de Ytterbium a l'escorça és del 0,000266%, principalment present en dipòsits d'or rars i fosforita i negres. El contingut de Monazita és del 0,03%i hi ha 7 isòtops naturals

Descobrida

Per: Marinak

Temps: 1878

Ubicació: Suïssa

El 1878, els químics suïssos, Jean Charles i G Marignac, van descobrir un nou element de terra rara a "Erbium". El 1907, Ulban i Weils van assenyalar que Marignac va separar una barreja d'òxid de luteti i òxid de ytterbium. En memòria del petit poble anomenat Yteerby a prop d'Estocolm, on es va descobrir el mineral de Yttrium, aquest nou element es va anomenar Ytterbium amb el símbol YB.

Configuració d’electrons

Configuració d’electrons
1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D10 4P6 5S2 4D10 5P6 6S2 4F14

Metal

El ytterbium metàl·lic és de color gris de plata, dúctil i té una textura suau. A temperatura ambient, Ytterbium es pot oxidar lentament per aire i aigua.

Hi ha dues estructures de cristall: α- El tipus és un sistema de cristall cúbic centrat en la cara (temperatura ambient -798 ℃); β- El tipus és una gelosia cúbica centrada en el cos (per sobre de 798 ℃). Punt de fusió 824 ℃, punt d’ebullició 1427 ℃, densitat relativa 6.977 （α- tipus), 6.54 （tipus β-).

Insoluble en aigua freda, soluble en àcids i amoníac líquid. És força estable a l’aire. De forma similar a Samari i Europium, Ytterbium pertany a la terra rara de la valència variable, i també pot estar en un estat divalent positiu, a més de ser sol ser trivalent.

A causa d'aquesta característica de valència variable, la preparació del ytterbium metàl·lic no s'ha de dur a terme per l'electròlisi, sinó pel mètode de destil·lació de reducció per a la preparació i la purificació. Normalment, el metall lantà s’utilitza com a agent reductor per a la destil·lació de reducció, utilitzant la diferència entre la pressió de vapor elevada del metall de Ytterbium i la baixa pressió de vapor del metall lantà. Alternativament,Thulium, ytterbium, ilutetiEls concentrats es poden utilitzar com a matèries primeres iLanthanum metàl·licses pot utilitzar com a agent reductor. A les condicions de buit a alta temperatura de> 1100 ℃ i <0,133Pa, el metall ytterbium es pot extreure directament per destil·lació de reducció. Igual que el samari i l'Europium, el Ytterbium també es pot separar i purificar mitjançant la reducció humida. Normalment, els concentrats de Thulium, Ytterbium i Luteti s’utilitzen com a matèries primeres. Després de la dissolució, el ytterbium es redueix a un estat divalent, provocant diferències significatives en les propietats, i després es separa d’altres terres rares trivalents. La producció d’alta puresaòxid de ytterbiumnormalment es realitza mitjançant cromatografia d’extracció o mètode d’intercanvi d’ions。

Aplicació

S'utilitza per fabricar aliatges especials. Els aliatges de Ytterbium s’han aplicat en medicina dental per a experiments metal·lúrgics i químics.

En els darrers anys, Ytterbium ha sorgit i desenvolupat ràpidament en els camps de la comunicació de fibra òptica i la tecnologia làser.

Amb la construcció i el desenvolupament de la “carretera d’informació”, les xarxes informàtiques i els sistemes de transmissió de fibra òptica de llarga distància tenen requisits cada cop més elevats per al rendiment de materials de fibra òptica utilitzades en la comunicació òptica. Els ions Ytterbium, a causa de les seves excel·lents propietats espectrals, es poden utilitzar com a materials d'amplificació de fibra per a la comunicació òptica, de la mateixa manera que l'erbium i el thulium. Tot i que l’element de terra rara Erbium continua sent el principal jugador en la preparació d’amplificadors de fibra, les fibres tradicionals de quars dopades amb erbium tenen una petita amplada de banda de guany (30nm), cosa que dificulta la compliment dels requisits de la transmissió d’informació d’alta velocitat i d’alta capacitat. Els ions YB3+tenen una secció d’absorció molt més gran que els ions ER3+al voltant de 980nm. Mitjançant l'efecte de sensibilització de YB3+i la transferència d'energia d'Erbium i Ytterbium, la llum de 1530nm es pot millorar molt, millorant molt l'eficiència d'amplificació de la llum.

En els darrers anys, els investigadors han estat cada cop més afavorits pels investigadors. Les ulleres de fosfat i fluorofosfat tenen una bona estabilitat química i tèrmica, així com una àmplia transmitància d’infrarojos i grans característiques d’ampliació no uniformes, convertint-les en materials ideals per a la banda ampla i el gran guany de fibra de vidre d’amplificació dopada per erbium. Els amplificadors de fibra dopats YB3+poden aconseguir una amplificació de potència i una petita amplificació del senyal, cosa que els fa adequats per a camps com ara sensors de fibra òptica, comunicació amb làser espacial lliure i amplificació de pols ultra curt. Actualment, la Xina ha construït la capacitat de canal única i el sistema de transmissió òptica de velocitat més ràpida del món i té la carretera més àmplia del món. Els amplificadors de fibra dopats de Ytterbium i altres amplificadors de fibra dopada a la terra rara i els materials làser tenen un paper crucial i significatiu en ells.

Les característiques espectrals de Ytterbium també s’utilitzen com a materials làser d’alta qualitat, tant com a cristalls làser, gots làser i làsers de fibra. Com a material làser d’alta potència, els cristalls làser dopats amb ytterbium han format una sèrie enorme, incloent-hi el grannet d’alumini de Ytterbium dopat (YBGG), Ytterbium Doped Gadolinium Gallium Fluorofosfat d’estronci (YB: S-FAP), ytterbium doped yttrium vanadat (yb: yv04), borat dopat de ytterbium i silicat. El làser semiconductor (LD) és un nou tipus de font de bomba per a làsers en estat sòlid. YB: YAG té moltes característiques adequades per al bombeig LD d’alta potència i s’ha convertit en un material làser per al bombeig LD d’alta potència. YB: S-FAP Crystal es pot utilitzar com a material làser per a la fusió nuclear làser en el futur, que ha cridat l'atenció de la gent. En els cristalls sintonitzats amb làser, hi ha crom de crom ytterbium holmium yttrium alumini gallium de gali (Cr, Yb, Ho: Yagg) amb longituds d'ona que van de 2,84 a 3,05 μ ajustables contínuament entre m. Segons les estadístiques, la majoria dels caps d’infrarojos utilitzats en míssils de tot el món utilitzen 3-5 μ Per tant, el desenvolupament de CR, YB, HO: Els làsers YSGG poden proporcionar interferències efectives per a les controvertides de les armes guiades mitjanes i té una importància militar important. La Xina ha aconseguit una sèrie de resultats innovadors amb nivell avançat internacional en el camp dels cristalls làser dopats amb Ytterbium (YB: YAG, YB: FAP, YB: SFAP, etc.), resolent tecnologies clau com el creixement de cristalls i el làser ràpid, pols, continua i ajustable. Els resultats de la investigació s’han aplicat a la defensa nacional, la indústria i l’enginyeria científica i els productes de cristall dopat a Ytterbium s’han exportat a diversos països i regions com els Estats Units i el Japó.

Una altra categoria important de materials làser de Ytterbium és el vidre làser. S'han desenvolupat diverses ulleres làser de secció d'emissions d'alta emissió, com ara telurita de germani, niobat de silici, borat i fosfat. A causa de la facilitat del modelat de vidre, es pot convertir en mides grans i té característiques com la transmitància d’alta llum i l’alta uniformitat, cosa que permet produir làsers d’alta potència. El conegut vidre làser de terra rara solia ser principalment de vidre de neodimi, que té un historial de desenvolupament de més de 40 anys i tecnologia de producció i aplicació madura. Sempre ha estat el material preferit per a dispositius làser d’alta potència i s’ha utilitzat en dispositius experimentals de fusió nuclear i armes làser. Els dispositius làser d’alta potència construïts a la Xina, que consisteixen en el vidre de neodimi làser com a mitjà làser principal, han arribat al nivell avançat del món. Però el vidre de neodimi làser té un potent repte del vidre de ytterbium làser.

En els darrers anys, un gran nombre d’estudis han demostrat que moltes propietats del vidre de ytterbium làser superen les del vidre de neodimi. Degut al fet que la luminescència dopada per Ytterbium només té dos nivells d'energia, l'eficiència d'emmagatzematge d'energia és alta. Al mateix guany, el vidre de Ytterbium té una eficiència d’emmagatzematge d’energia 16 vegades superior al vidre de neodimi i una vida fluorescència 3 vegades la del vidre de neodimi. També té avantatges com ara una alta concentració de dopatge, amplada de banda d’absorció i pot ser bombejat directament per semiconductors, cosa que la fa molt adequada per a làsers d’alta potència. No obstant això, l’aplicació pràctica del vidre làser de Ytterbium sovint es basa en l’assistència del neodimi, com ara l’ús de ND3+com a sensibilitzador per fer que el vidre làser de Ytterbium funcioni a temperatura ambient i l’emissió làser μ s’aconsegueixi a la longitud d’ona M. Així doncs, Ytterbium i Neodymium són competidors i socis col·laboratius en el camp de Laser Glass.

En ajustar la composició de vidre, es poden millorar moltes propietats luminescents del vidre làser de Ytterbium. Amb el desenvolupament de làsers d’alta potència com a direcció principal, els làsers de vidre làser de Ytterbium s’utilitzen cada cop més en la indústria moderna, l’agricultura, la medicina, la investigació científica i les aplicacions militars.

Ús militar: l’ús de l’energia generada per la fusió nuclear ja que l’energia sempre ha estat un objectiu esperat, i l’obtenció de la fusió nuclear controlada serà un mitjà important perquè la humanitat resolgui problemes d’energia. El vidre làser dopat de Ytterbium s’està convertint en el material preferit per aconseguir actualitzacions de fusió de confinament inercial (ICF) al segle XXI a causa del seu excel·lent rendiment làser.

Les armes làser utilitzen l’enorme energia d’un feix làser per colpejar i destruir objectius, generant temperatures de milers de milions de graus centígrads i atacant directament a la velocitat de la llum. Es poden denominar Nadana i tenir una gran letalitat, especialment adequades per als sistemes moderns d’armes de defensa aèria a la guerra. L’excel·lent rendiment del vidre làser dopat de Ytterbium l’ha convertit en un material bàsic important per fabricar armes làser d’alta potència i d’alt rendiment.

El làser de fibra és una nova tecnologia que desenvolupa ràpidament i també pertany al camp de les aplicacions de vidre làser. El làser de fibra és un làser que utilitza fibra com a medi làser, que és un producte de la combinació de la tecnologia de fibra i làser. És una nova tecnologia làser desenvolupada a partir de la tecnologia Erbium Doped Fibre Amplifier (EDFA). Un làser de fibra està compost per un díode làser semiconductor com a font de la bomba, una guia d'ona de fibra òptica i un medi de guany i components òptics com ara fibres i acobladors. No requereix un ajust mecànic de la ruta òptica i el mecanisme és compacte i fàcil d’integrar. En comparació amb els làsers tradicionals d’estat sòlid i els làsers de semiconductors, té avantatges tecnològics i de rendiment com ara una qualitat de feix elevada, bona estabilitat, una forta resistència a la interferència ambiental, sense ajustament, sense manteniment i estructura compacta. Degut al fet que els ions dopats són principalment ND+3, YB+3, ER+3, TM+3, HO+3, que utilitzen fibres de la Terra Rare com a medi de guany, el làser de fibra desenvolupat per la companyia també es pot anomenar làser de fibra de terra rara.

Aplicació làser: el làser de fibra de doble revestiment dopat de Ytterbium d’alta potència s’ha convertit en un camp calent en la tecnologia làser d’estat sòlid internacionalment en els darrers anys. Té els avantatges de la bona qualitat del feix, l'estructura compacta i l'eficiència de conversió elevada i té perspectives d'aplicació àmplies en el processament industrial i altres camps. Les fibres dopades de Ytterbium doble revestides són adequades per al bombeig làser de semiconductors, amb alta eficiència d'acoblament i alta potència de sortida làser, i són la direcció principal de desenvolupament de les fibres dopades per Ytterbium. La tecnologia de fibra dopada de Ytterbium de doble revestiment de la Xina ja no és igual al nivell avançat dels països estrangers. La fibra dopada de Ytterbium, la fibra dopada de Ytterbium doble revestida i la fibra dopada Erbium Ytterbium Co -Doped desenvolupada a la Xina han assolit el nivell avançat de productes estrangers similars en termes de rendiment i fiabilitat, tenen avantatges de costos i tenen tecnologies patentades bàsiques per a diversos productes i mètodes.

La companyia de làser IPG alemanya de renom mundial ha anunciat recentment que el seu recent llançament del sistema de làser de fibra dopat a Ytterbium té excel·lents característiques del feix, una vida de bomba de més de 50000 hores, una longitud d’ona d’emissions central de 1070nm-1080nm i una potència de sortida de fins a 20kW. S'ha aplicat en soldadura fina, tall i perforació de roques.

Els materials làser són el nucli i el fonament per al desenvolupament de la tecnologia làser. Sempre hi ha hagut una dita a la indústria làser que "una generació de materials, una generació de dispositius". Per desenvolupar dispositius làser avançats i pràctics, cal tenir primer materials làser d’alt rendiment i integrar altres tecnologies rellevants. Els cristalls làser dopats per ytterbium i el vidre làser, com a nova força de materials làser sòlids, promouen el desenvolupament innovador de la comunicació de fibra òptica i la tecnologia làser, especialment en les tecnologies làser d’avantguarda com ara làsers de fusió nuclear d’alta potència, làsers de rajoles de ritme d’alta energia i làsers d’armes d’energia d’alta potència.

A més, Ytterbium també s’utilitza com a activador de pols fluorescent, ceràmica de ràdio, additius per a components de memòria de l’ordinador electrònic (bombolles magnètiques) i additius òptics de vidre. Cal assenyalar que Yttrium i Yttrium són elements de terra rara. Tot i que hi ha diferències significatives en els noms d’anglès i els símbols d’elements, l’alfabet fonètic xinès té les mateixes síl·labes. En algunes traduccions xineses, el Yttrium de vegades es coneix per error com a Yttrium. En aquest cas, hem de rastrejar el text original i combinar símbols d’elements per confirmar.