Element màgic de terres rares: iterbi

Iterbi: nombre atòmic 70, pes atòmic 173,04, nom de l'element derivat de la ubicació del seu descobriment. El contingut d'iterbi a l'escorça és del 0,000266%, present principalment en dipòsits de fosforita i or rar negre. El contingut en monazita és del 0,03% i hi ha 7 isòtops naturals

Descobert

Per: Marinak

Època: 1878

Lloc: Suïssa

El 1878, els químics suïssos Jean Charles i G Marignac van descobrir un nou element de terres rares en "erbi". El 1907, Ulban i Weils van assenyalar que Marignac va separar una barreja d'òxid de luteci i òxid d'itterbi. En record del petit poble anomenat Yteerby prop d'Estocolm, on es va descobrir el mineral d'itri, aquest nou element va rebre el nom d'Itterbi amb el símbol Yb.

Configuració electrònica

Configuració electrònica
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14

Metall

L'iterbi metàl·lic és de color gris plata, dúctil i té una textura suau. A temperatura ambient, l'iterbi es pot oxidar lentament per l'aire i l'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 xarxa cúbica centrada en el cos (per sobre de 798 ℃). Punt de fusió 824 ℃, punt d'ebullició 1427 ℃, densitat relativa 6,977 (Tipus α), 6,54 (Tipus β).

Insoluble en aigua freda, soluble en àcids i amoníac líquid. És bastant estable a l'aire. De manera semblant al samari i l'europi, l'iterbi pertany a la terra rara de valència variable, i també pot estar en estat divalent positiu a més de ser normalment trivalent.

A causa d'aquesta característica de valència variable, la preparació d'iterbi metàl·lic no s'ha de dur a terme per electròlisi, sinó per mètode de destil·lació de reducció per a la seva preparació i purificació. Normalment, el metall de lantà s'utilitza com a agent reductor per a la destil·lació de reducció, utilitzant la diferència entre l'alta pressió de vapor del metall iterbi i la baixa pressió de vapor del metall de lantà. Alternativament,tuli, iterbi, iluteciels concentrats es poden utilitzar com a matèries primeres, ilantà metàl·lices pot utilitzar com a agent reductor. En condicions de buit d'alta temperatura de> 1100 ℃ i <0,133 Pa, l'iterbi metàl·lic es pot extreure directament per destil·lació de reducció. Igual que el samari i l'europi, l'iterbi també es pot separar i purificar mitjançant la reducció humida. Normalment, com a matèries primeres s'utilitzen concentrats de tuli, iterbi i luteci. Després de la dissolució, l'iterbi 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 d'iterbinormalment es realitza mitjançant cromatografia d'extracció o mètode d'intercanvi iònic.

Aplicació

S'utilitza per a la fabricació d'aliatges especials. Els aliatges d'iterbi s'han aplicat en medicina dental per a experiments metal·lúrgics i químics.

En els últims anys, l'iterbi ha sorgit i s'ha desenvolupat ràpidament en els camps de la comunicació de fibra òptica i la tecnologia làser.

Amb la construcció i desenvolupament de la "autopista de la informació", les xarxes informàtiques i els sistemes de transmissió de fibra òptica de llarga distància tenen requisits cada cop més elevats per al rendiment dels materials de fibra òptica utilitzats en la comunicació òptica. Els ions d'iterbi, a causa de les seves excel·lents propietats espectrals, es poden utilitzar com a materials d'amplificació de fibres per a la comunicació òptica, igual que l'erbi i el tuli. Tot i que l'erbi d'elements de terres rares segueix sent el principal actor en la preparació d'amplificadors de fibra, les fibres de quars dopades amb erbi tradicionals tenen un ample de banda de guany petit (30 nm), cosa que dificulta el compliment dels requisits de transmissió d'informació d'alta velocitat i gran capacitat. Els ions Yb3 + tenen una secció transversal d'absorció molt més gran que els ions Er3 + al voltant de 980 nm. Mitjançant l'efecte de sensibilització de Yb3 + i la transferència d'energia d'erbi i iterbi, la llum de 1530 nm es pot millorar molt, millorant així molt l'eficiència d'amplificació de la llum.

En els darrers anys, els investigadors han afavorit cada cop més el vidre de fosfat dopat amb erbium iterbi. Els vidres de fosfat i fluorofosfat tenen una bona estabilitat química i tèrmica, així com una àmplia transmitància infraroja i grans característiques d'ampliació no uniformes, cosa que els converteix en materials ideals per a fibra de vidre d'amplificació dopada amb erbi de banda ampla i d'alt guany. Els amplificadors de fibra dopada Yb3 + poden aconseguir una amplificació de potència i una petita amplificació del senyal, cosa que els fa adequats per a camps com sensors de fibra òptica, comunicació làser d'espai lliure i amplificació de pols ultra curt. Actualment, la Xina ha construït el sistema de transmissió òptica de velocitat més ràpida i capacitat de canal més gran del món, i té l'autopista de la informació més àmplia del món. Els amplificadors de fibra i materials làser dopats amb iterbi i altres dopats amb terres rares hi tenen un paper crucial i significatiu.

Les característiques espectrals de l'iterbi també s'utilitzen com a materials làser d'alta qualitat, tant com a cristalls làser, ulleres làser i làsers de fibra. Com a material làser d'alta potència, els cristalls làser dopats amb iterbi han format una sèrie enorme, incloent granat d'itri d'alumini dopat amb itterbi (Yb: YAG), granat de gadolini gal·li dopat amb iterbi (Yb: GGG), fluorofosfat de calci dopat amb iterbi (Yb: FAP) , fluorofosfat d'estronci dopat amb iterbi (Yb: S-FAP), Vanadat d'itri dopat amb iterbi (Yb: YV04), borat dopat amb iterbi i silicat. El làser semiconductors (LD) és un nou tipus de font de bomba per a làsers d'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: el cristall S-FAP es pot utilitzar com a material làser per a la fusió nuclear làser en el futur, cosa que ha cridat l'atenció de la gent. En els cristalls làser ajustables, hi ha crom iterbi, holmi, ittri, alumini, gal·li granat (Cr, Yb, Ho: YAGG) amb longituds d'ona que oscil·len entre 2,84 i 3,05 μ ajustables contínuament entre m. Segons les estadístiques, la majoria de les ogives infrarojes utilitzades en míssils a tot el món utilitzen 3-5 μ. Per tant, el desenvolupament de làsers Cr, Yb, Ho: YSGG pot proporcionar una interferència efectiva per a contramesures d'armes guiades per infrarojos mitjans 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 iterbi (Yb: YAG, Yb: FAP, Yb: SFAP, etc.), solucionant tecnologies clau com el creixement de cristalls i làser ràpid, pols, sortida contínua 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 amb iterbi s'han exportat a diversos països i regions com els Estats Units i el Japó.

Una altra categoria important de materials làser d'itterbi és el vidre làser. S'han desenvolupat diversos vidres làser de secció transversal d'alta emissió, com ara tel·lurit de germani, niobat de silici, borat i fosfat. A causa de la facilitat d'emmotllament del vidre, es pot fer en grans mides i té característiques com ara una alta transmissió de la llum i una gran uniformitat, que permeten produir làsers d'alta potència. El vidre làser de terres rares familiar solia ser principalment vidre de neodimi, que té una història de desenvolupament de més de 40 anys i una 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 vidre làser de neodimi com a mitjà làser principal, han assolit el nivell avançat del món. Però el vidre làser de neodimi ara s'enfronta a un poderós repte del vidre làser d'iterbi.

En els últims anys, un gran nombre d'estudis han demostrat que moltes propietats del vidre d'iterbi làser superen les del vidre de neodimi. A causa del fet que la luminescència dopada amb iterbi només té dos nivells d'energia, l'eficiència d'emmagatzematge d'energia és alta. Amb el mateix guany, el vidre d'itterbi té una eficiència d'emmagatzematge d'energia 16 vegades superior a la del vidre de neodimi i una vida útil de fluorescència 3 vegades superior a la del vidre de neodimi. També té avantatges com l'alta concentració de dopatge, l'amplada de banda d'absorció i pot ser bombejat directament per semiconductors, el que el fa molt adequat per a làsers d'alta potència. Tanmateix, l'aplicació pràctica del vidre làser d'itterbi sovint depèn de l'assistència del neodimi, com ara l'ús de Nd3 + com a sensibilitzador per fer que el vidre làser d'itterbi funcioni a temperatura ambient i l'emissió del làser μ s'aconsegueix a la longitud d'ona m. Així, l'itterbi i el neodimi són alhora competidors i socis col·laboradors en el camp del vidre làser.

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

Ús militar: utilitzar l'energia generada per la fusió nuclear com a energia sempre ha estat un objectiu esperat, i aconseguir una fusió nuclear controlada serà un mitjà important per a la humanitat per resoldre els problemes energètics. El vidre làser dopat amb iterbi 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 raig 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 anomenar Nadana i tenen una gran letalitat, especialment adequats per als sistemes d'armes moderns de defensa aèria en la guerra. L'excel·lent rendiment del vidre làser dopat amb iterbi l'ha convertit en un material bàsic important per a la fabricació d'armes làser d'alta potència i d'alt rendiment.

El làser de fibra és una nova tecnologia en ràpid desenvolupament i també pertany al camp de les aplicacions de vidre làser. El làser de fibra és un làser que utilitza fibra com a mitjà làser, que és un producte de la combinació de fibra i tecnologia làser. És una nova tecnologia làser desenvolupada sobre la base de la tecnologia d'amplificador de fibra dopada amb erbi (EDFA). Un làser de fibra es compon d'un díode làser semiconductor com a font de bomba, una guia d'ones de fibra òptica i un mitjà de guany, i components òptics com ara fibres de reixeta i acobladors. No requereix ajust mecànic del camí òptic, i el mecanisme és compacte i fàcil d'integrar. En comparació amb els làsers tradicionals d'estat sòlid i els làsers semiconductors, té avantatges tecnològics i de rendiment, com ara una alta qualitat del feix, una bona estabilitat, una forta resistència a les interferències ambientals, sense ajust, sense manteniment i estructura compacta. A causa del fet que els ions dopats són principalment Nd+3, Yb+3, Er+3, Tm+3, Ho+3, tots els quals utilitzen fibres de terres rares com a mitjà de guany, el làser de fibra desenvolupat per l'empresa també pot s'anomena làser de fibra de terres rares.

Aplicació làser: el làser de fibra de doble revestiment dopat amb iterbi d'alta potència s'ha convertit en un camp calent en la tecnologia làser d'estat sòlid a nivell internacional en els últims anys. Té els avantatges d'una bona qualitat del feix, una estructura compacta i una alta eficiència de conversió, i té àmplies perspectives d'aplicació en el processament industrial i altres camps. Les fibres dopades amb iterbi de doble revestiment són adequades per al bombeig làser de semiconductors, amb una alta eficiència d'acoblament i una gran potència de sortida del làser, i són la principal direcció de desenvolupament de les fibres dopades amb iterbi. La tecnologia de fibra dopada amb iterbi doble de la Xina ja no està a l'alçada del nivell avançat dels països estrangers. La fibra dopada amb iterbi, la fibra dopada amb iterbi de doble revestiment i la fibra dopada amb iterbi co erbium desenvolupades 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 múltiples productes i mètodes. .

La coneguda empresa alemanya de làser IPG va anunciar recentment que el seu sistema làser de fibra dopada amb iterbi recentment llançat té excel·lents característiques de feix, una vida útil de la bomba de més de 50.000 hores, una longitud d'ona d'emissió central de 1070 nm-1080 nm i una potència de sortida de fins a 20 kW. S'ha aplicat en soldadura fina, tall i perforació de roques.

Els materials làser són el nucli i la base per al desenvolupament de la tecnologia làser. Sempre s'ha dit a la indústria del làser que "una generació de materials, una generació de dispositius". Per desenvolupar dispositius làser avançats i pràctics, primer cal tenir materials làser d'alt rendiment i integrar altres tecnologies rellevants. Els cristalls làser dopats amb iterbi i el vidre làser, com a nova força dels materials làser sòlids, estan promovent el desenvolupament innovador de la comunicació de fibra òptica i la tecnologia làser, especialment en tecnologies làser d'avantguarda com ara làsers de fusió nuclear d'alta potència, ritme d'alta energia. làsers de rajoles i làsers d'armes d'alta energia.

A més, l'iterbi també s'utilitza com a activador de pols fluorescent, ceràmica de ràdio, additius per a components electrònics de memòria d'ordinadors (bombolles magnètiques) i additius de vidre òptic. Cal assenyalar que l'itri i l'itri són elements de terres rares. Tot i que hi ha diferències significatives en els noms anglesos i els símbols dels elements, l'alfabet fonètic xinès té les mateixes síl·labes. En algunes traduccions xineses, de vegades s'anomena itri erròniament com a itri. En aquest cas, hem de traçar el text original i combinar símbols d'elements per confirmar.