Element màgic de la terra rara: Itterbi

Itterbi: nombre atòmic 70, pes atòmic 173,04, nom de l'element derivat de la seva ubicació de descobriment. El contingut deitterbia l'escorça és del 0,000266%, present principalment en dipòsits de fosforita i or negre rar, mentre que el contingut en monazita és del 0,03%, amb 7 isòtops naturals.

Descobrint la història

Descobert per: Marinak

Temps: 1878

Ubicació: Suïssa 

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

configuració electrònica

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

Metall

Itterbi metàl·licés de color gris platejat, dúctil i té una textura suau. A temperatura ambient, l'itterbi es pot oxidar lentament amb aire i aigua.

Hi ha dues estructures cristal·lines: el tipus α és un sistema cristal·lí cúbic centrat en les cares (temperatura ambient -798 ℃); el tipus β 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 força estable a l'aire. De manera similar al samari i l'europi, l'itterbi pertany a les terres rares de valència variable i també pot estar en un estat divalent positiu a més de ser normalment trivalent.

A causa d'aquesta característica de valència variable, la preparació d'itterbi metàl·lic no s'ha de dur a terme per electròlisi, sinó mitjançant el mètode de destil·lació per reducció per a la seva preparació i purificació. Normalment,lantà metalls'utilitza com a agent reductor per a la destil·lació per reducció, utilitzant la diferència entre l'alta pressió de vapor del metall itterbi i la baixa pressió de vapor del metall lantà. Alternativament,tuli, itterbi, iluteciels concentrats es poden utilitzar com a matèries primeres i el lantà metàl·lic es pot utilitzar com a agent reductor. En condicions de buit d'alta temperatura de >1100 ℃ i <0,133 Pa, l'itterbi metàl·lic es pot extreure directament per destil·lació per reducció. Comsamariieuropi,L'itterbi també es pot separar i purificar mitjançant reducció humida. Normalment, s'utilitzen concentrats de tuli, itterbi i luteci com a matèries primeres. Després de la dissolució, l'itterbi es redueix a un estat divalent, cosa que provoca diferències significatives en les propietats, i després se separa d'altres terres rares trivalents. La producció d'òxid d'itterbi d'alta puresa se sol dur a terme mitjançant cromatografia d'extracció o mètode d'intercanvi iònic.

Aplicació

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

En els darrers anys, l'itterbi ha aparegut i s'ha desenvolupat ràpidament en els camps de la comunicació per fibra òptica i la tecnologia làser.

Amb la construcció i el desenvolupament de l'"autopista de la informació", les xarxes informàtiques i els sistemes de transmissió de fibra òptica de llarga distància tenen requisits cada cop més elevats pel que fa al rendiment dels materials de fibra òptica utilitzats en la comunicació òptica. Els ions d'itterbi, gràcies a les seves excel·lents propietats espectrals, es poden utilitzar com a materials d'amplificació de fibra per a la comunicació òptica, igual que...erbiituliTot i que l'erbi, un element de terres rares, continua 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 alta capacitat. Els ions Yb3+ tenen una secció transversal d'absorció molt més gran que els ions Er3+, al voltant de 980 nm. Gràcies a l'efecte de sensibilització de l'Yb3+ i la transferència d'energia de l'erbi i l'itterbi, la llum de 1530 nm es pot millorar considerablement, millorant així considerablement l'eficiència d'amplificació de la llum.

En els darrers anys, els investigadors han preferit cada cop més el vidre de fosfat codopat amb erbi i itterbi. Els vidres de fosfat i fluorofosfat tenen una bona estabilitat química i tèrmica, així com una àmplia transmitància infraroja i unes grans característiques d'eixamplament no uniforme, 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 amb Yb3+ poden aconseguir una amplificació de potència i una petita amplificació de senyal, cosa que els fa adequats per a camps com ara sensors de fibra òptica, comunicació làser en espai lliure i amplificació de polsos ultracurts. Actualment, la Xina ha construït el sistema de transmissió òptica de capacitat de canal únic més gran del món i la velocitat més ràpida, i té l'autopista d'informació més àmplia del món. Els amplificadors de fibra dopats amb itterbi i altres terres rares i els materials làser hi tenen un paper crucial i significatiu.

Les característiques espectrals de l'itterbi també s'utilitzen com a materials làser d'alta qualitat, tant com a cristalls làser, vidres làser i làsers de fibra. Com a material làser d'alta potència, els cristalls làser dopats amb itterbi han format una gran sèrie, incloent-hi els dopats amb itterbi.itri i aluminigranat (Yb: YAG), dopat amb itterbigadoliniGranat de gal·li (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 semiconductor (LD) és un nou tipus de font de bombament per a làsers d'estat sòlid. L'Yb: YAG té moltes característiques adequades per al bombament LD d'alta potència i s'ha convertit en un material làser per al bombament LD d'alta potència. El cristall Yb: S-FAP es pot utilitzar com a material làser per a la fusió nuclear làser en el futur, cosa que ha atret l'atenció de la gent. En els cristalls làser sintonitzables, hi ha granat de crom, iterbi, holmi, itri, alumini i gal·li (Cr, Yb, Ho: YAGG) amb longituds d'ona que van des de 2,84 fins a 3,05 μ. Ajustable contínuament entre m. Segons les estadístiques, la majoria dels caps de guerra infrarojos utilitzats en míssils de 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 important importància militar. La Xina ha aconseguit una sèrie de resultats innovadors amb nivell avançat internacional en el camp dels cristalls làser dopats amb itterbi (Yb: YAG, Yb: FAP, Yb: SFAP, etc.), resolent tecnologies clau com el creixement de cristalls i la sortida làser ràpida, pulsada, contínua i ajustable. Els resultats de la investigació s'han aplicat en la defensa nacional, la indústria i l'enginyeria científica, i els productes de cristall dopats amb itterbi s'han exportat a múltiples 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·lurita de germani, niobat de silici, borat i fosfat. A causa de la facilitat de modelat del vidre, es pot fabricar en grans mides i té característiques com ara una alta transmitància de la llum i una alta uniformitat, cosa que permet produir làsers d'alta potència. El conegut vidre làser de terres rares solia ser principalment...neodimividre, 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 làserneodimiEl vidre com a principal mitjà làser ha assolit el nivell avançat mundial. Però el vidre làser de neodimi ara s'enfronta a un poderós repte del vidre làser d'itterbi.

En els darrers anys, un gran nombre d'estudis han demostrat que moltes propietats del vidre d'itterbi làser superen les deneodimividre. 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'iterbi té una eficiència d'emmagatzematge d'energia 16 vegades superior al vidre de neodimi i una vida útil de fluorescència 3 vegades superior a la del vidre de neodimi. També té avantatges com ara una alta concentració de dopatge, una amplada de banda d'absorció i la possibilitat de ser bombat directament per semiconductors, cosa que el fa molt adequat per a làsers d'alta potència. Tanmateix, l'aplicació pràctica del vidre làser d'iterbi sovint es basa en l'assistència del neodimi, com ara l'ús de Nd3+ com a sensibilitzador per fer que el vidre làser d'iterbi funcioni a temperatura ambient i l'emissió làser μ s'aconsegueix a la longitud d'ona m. Per tant, l'iterbi i el neodimi són competidors i socis col·laboradors en el camp del vidre làser.

Ajustant la composició del vidre, es poden millorar moltes propietats luminescents del vidre làser d'itterbi. Amb el desenvolupament de làsers d'alta potència com a direcció principal, els làsers fets de vidre làser d'itterbi 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 com a energia sempre ha estat un objectiu esperat, i aconseguir la fusió nuclear controlada serà un mitjà important perquè la humanitat resolgui els problemes energètics. El vidre làser dopat amb itterbi s'està convertint en el material preferit per aconseguir millores de la fusió per 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 Celsius i atacant directament a la velocitat de la llum. Es poden anomenar Nadana i tenen una gran letalitat, especialment adequades per als sistemes d'armes de defensa aèria moderns en la guerra. L'excel·lent rendiment del vidre làser dopat amb itterbi l'ha convertit en un material bàsic important per a la fabricació d'armes làser d'alta potència i 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 medi làser, que és un producte de la combinació de la tecnologia de fibra i 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 està compost per un díode làser semiconductor com a font de bombament, una guia d'ones de fibra òptica i un medi de guany, i components òptics com ara fibres de reixeta i acobladors. No requereix ajust mecànic de la trajectòria òptica i el mecanisme és compacte i fàcil d'integrar. En comparació amb els làsers d'estat sòlid tradicionals i els làsers semiconductors, té avantatges tecnològics i de rendiment com ara una alta qualitat del feix, bona estabilitat, 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 medi de guany, el làser de fibra desenvolupat per l'empresa també es pot anomenar làser de fibra de terres rares.

Aplicació làser: El làser de fibra de doble revestiment dopat amb itterbi d'alta potència s'ha convertit en un camp candent en la tecnologia làser d'estat sòlid a nivell internacional en els darrers 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 itterbi de doble revestiment són adequades per al bombament de làsers semiconductors, amb una alta eficiència d'acoblament i una alta potència de sortida làser, i són la principal direcció de desenvolupament de les fibres dopades amb itterbi. La tecnologia de fibra dopada amb itterbi de doble revestiment de la Xina ja no està a l'altura del nivell avançat dels països estrangers. La fibra dopada amb itterbi, la fibra dopada amb itterbi de doble revestiment i la fibra codopada amb erbi itterbi desenvolupades a la Xina han assolit el nivell avançat de productes estrangers similars pel que fa al rendiment i la fiabilitat, tenen avantatges de costos i disposen de tecnologies patentades bàsiques per a múltiples productes i mètodes.

L'empresa alemanya de làser IPG, de renom mundial, ha anunciat recentment que el seu sistema làser de fibra dopada amb itterbi recentment llançat té unes característiques de feix excel·lents, 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 roca.

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

A més, l'itterbi també s'utilitza com a activador de pols fluorescent, radioceràmica, additius per a components de memòria d'ordinador electrònic (bombolles magnètiques) i additius per a 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 i símbols dels elements en anglès, l'alfabet fonètic xinès té les mateixes síl·labes. En algunes traduccions xineses, l'itri de vegades es coneix erròniament com a itri. En aquest cas, cal rastrejar el text original i combinar els símbols dels elements per confirmar-ho.