Ütterbiumaatomnumber 70, aatommass 173,04, elemendi nimetus tuleneb selle leidmiskohast. SisuütterbiumMaakoores on see 0,000266%, esinedes peamiselt fosforiidi ja musta haruldase kulla leiukohtades, samas kui monasiidi sisaldus on 0,03%, koos 7 loodusliku isotoopiga.
Ajaloo avastamine
Avastaja: Marinak
Aeg: 1878
Asukoht: Šveits
1878. aastal avastasid Šveitsi keemikud Jean Charles ja G. Marignac uue haruldase muldmetalli nimega „erbium“. 1907. aastal juhtisid Ulban ja Weils tähelepanu sellele, et Marignac eraldas luteetsiumoksiidi ja ütterbiumoksiidi segu. Stockholmi lähedal asuva väikese Yteerby küla mälestuseks, kus avastati ütriumimaak, nimetati see uus element ütterbiumiks sümboliga Yb.
Elektronkonfiguratsioon
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14
Metall
Metalliline ütterbiumon hõbehall, painduv ja pehme tekstuuriga. Toatemperatuuril saab ütterbiumi õhu ja veega aeglaselt oksüdeerida.
Kristallstruktuure on kaks: α-tüüp on tahukeskne kuubiline kristallsüsteem (toatemperatuur -798 ℃); β-tüüp on kehakeskne kuubiline võre (üle 798 ℃). Sulamistemperatuur 824 ℃, keemistemperatuur 1427 ℃, suhteline tihedus 6,977 (α-tüüp), 6,54 (β-tüüp).
Külmas vees ei lahustu, hapetes ja vedelas ammoniaagis lahustub. Õhus on see üsna stabiilne. Sarnaselt samaariumi ja euroopiumiga kuulub ütterbium muutuva valentsiga haruldaste muldmetallide hulka ning lisaks tavaliselt kolmevalentsele olekule võib see olla ka positiivses kahevalentses olekus.
Selle muutuva valentsi tõttu ei tohiks metallilise ütterbiumi valmistamist läbi viia elektrolüüsi, vaid redutseeriva destillatsiooni meetodil nii valmistamiseks kui ka puhastamiseks. Tavaliseltlantaanmetallkasutatakse redutseerijana redutseeriva destillatsiooni puhul, kasutades ära ütterbiumi metalli kõrge aururõhu ja lantaani metalli madala aururõhu erinevust. Teise võimalusena,tuulium, ütterbiumjaluteetsiumkontsentraate saab kasutada toorainena ja metallilantaani saab kasutada redutseerijana. Kõrge temperatuuriga vaakumtingimustes (> 1100 ℃ ja <0,133 Pa) saab metalli ütterbiumi otse ekstraheerida redutseeriva destillatsiooni teel. NagusamaariumjaeuroopiumÜtterbiumi saab eraldada ja puhastada ka märgredutseerimise teel. Tavaliselt kasutatakse toorainena tuuliumi, ütterbiumi ja luteetsiumi kontsentraate. Pärast lahustamist redutseeritakse ütterbium kahevalentseks olekuks, mis põhjustab olulisi erinevusi omadustes, ja seejärel eraldatakse see teistest kolmevalentsetest haruldastest muldmetallidest. Kõrge puhtusastmega ütterbiumoksiidi tootmine toimub tavaliselt ekstraktsioonkromatograafia või ioonvahetusmeetodi abil.
Taotlus
Kasutatakse spetsiaalsete sulamite valmistamiseks.Ytterbiumi sulamidon kasutatud hambaravis metallurgilistes ja keemilistes katsetes.
Viimastel aastatel on ytterbium tekkinud ja kiiresti arenenud fiiberoptilise side ja lasertehnoloogia valdkonnas.
„Infokiirtee“ ehitamise ja arendamisega on arvutivõrkudel ja pikamaa-kiudoptiliste edastussüsteemidel üha kõrgemad nõudmised optilises sides kasutatavate kiudoptiliste materjalide toimivusele. Tänu suurepärastele spektraalsetele omadustele saab ütterbiumioone kasutada optilise side kiudvõimendusmaterjalidena, just naguerbiumjatuuliumKuigi haruldaste muldmetallide erbium on endiselt kiudvõimendite valmistamisel peamine element, on traditsioonilistel erbiumiga legeeritud kvartskiududel väike võimendusribalaius (30 nm), mistõttu on kiire ja suure mahutavusega infoedastuse nõuete täitmine keeruline. Yb3+ ioonidel on umbes 980 nm juures palju suurem neeldumisristlõige kui Er3+ ioonidel. Yb3+ sensibiliseeriva toime ja erbiumi ning ütterbiumi energiaülekande kaudu saab 1530 nm valgust oluliselt võimendada, parandades seeläbi valguse võimendustõhusust.
Viimastel aastatel on teadlased üha enam eelistanud erbiumi ja ütterbiumiga legeeritud fosfaatklaasi. Fosfaat- ja fluorofosfaatklaasidel on hea keemiline ja termiline stabiilsus, samuti lai infrapunaläbivus ja suured ebaühtlased laienemisomadused, mis teeb neist ideaalsed materjalid lairiba- ja suure võimendusega erbiumiga legeeritud võimenduskiudklaaside jaoks. Yb3+ legeeritud kiudvõimendid suudavad saavutada võimsusvõimenduse ja väikese signaali võimenduse, mistõttu sobivad need sellistesse valdkondadesse nagu kiudoptilised andurid, vaba ruumi laserside ja ülilühikeste impulsside võimendus. Hiina on praegu ehitanud maailma suurima ühekanalilise mahutavusega ja kiireima kiirusega optilise ülekandesüsteemi ning omab maailma laia infomagistraali. Ütterbiumiga ja teiste haruldaste muldmetallidega legeeritud kiudvõimendid ja lasermaterjalid mängivad neis olulist ja olulist rolli.
Ütterbiumi spektraalseid omadusi kasutatakse ka kvaliteetsete lasermaterjalidena, nii laserkristallide, laserprillide kui ka kiudlaseritena. Suure võimsusega lasermaterjalina on ütterbiumiga legeeritud laserkristallid moodustanud tohutu seeria, sealhulgas ütterbiumiga legeeritudütriumalumiiniumgranaat (Yb: YAG), ütterbiumiga legeeritudgadoliiniumgalliumgranaat (Yb: GGG), ütterbiumiga legeeritud kaltsiumfluorofosfaat (Yb: FAP), ütterbiumiga legeeritud strontsiumfluorofosfaat (Yb: S-FAP), ütterbiumiga legeeritud ütriumvanadaat (Yb: YV04), ütterbiumiga legeeritud boraat ja silikaat. Pooljuhtlaser (LD) on uut tüüpi pumbaallikas tahkislaserite jaoks. Yb:YAG-il on palju omadusi, mis sobivad suure võimsusega LD-pumpamiseks, ja sellest on saanud lasermaterjal suure võimsusega LD-pumpamiseks. Yb:S-FAP kristalli võidakse tulevikus kasutada lasermaterjalina lasertuumasünteesiks, mis on äratanud inimeste tähelepanu. Häälestatavates laserkristallides on kroomütterbiumholmiumütriumalumiiniumgalliumgranaat (Cr, Yb, Ho: YAGG) lainepikkustega 2,84–3,05 μ. Pidevalt reguleeritav vahemikus m. Statistika kohaselt kasutab enamik maailmas rakettides kasutatavaid infrapunalõhkepead 3–5 μ. Seetõttu suudab Cr, Yb, Ho: YSGG laserite väljatöötamine pakkuda tõhusat interferentsi keskmise infrapunakiirgusega juhitavate relvade vastumeetmetes ja sellel on oluline sõjaline tähtsus. Hiina on saavutanud rea uuenduslikke tulemusi rahvusvaheliselt kõrgel tasemel ütterbiumiga legeeritud laserkristallide (Yb: YAG, Yb: FAP, Yb: SFAP jne) valdkonnas, lahendades võtmetehnoloogiaid, nagu kristallide kasv ja laserkiire, impulss-, pidev- ja reguleeritava väljundiga. Uurimistulemusi on rakendatud riigikaitses, tööstuses ja teadustehnikas ning ütterbiumiga legeeritud kristalltooteid on eksporditud mitmesse riiki ja piirkonda, näiteks Ameerika Ühendriikidesse ja Jaapanisse.
Teine oluline ütterbiumlasermaterjalide kategooria on laserklaas. On välja töötatud mitmesuguseid suure kiirgusega ristlõikega laserklaase, sealhulgas germaaniumtelluuriit, räniniobaat, boraat ja fosfaat. Klaasi vormimise lihtsuse tõttu saab seda valmistada suurteks mõõtmeteks ning sellel on sellised omadused nagu kõrge valguse läbilaskvus ja kõrge ühtlus, mis võimaldab toota suure võimsusega lasereid. Tuttav haruldaste muldmetallide laserklaas oli varem peamiseltneodüümklaas, millel on üle 40 aasta pikkune arendusajalugu ning küps tootmis- ja rakendustehnoloogia. See on alati olnud eelistatud materjal suure võimsusega laserseadmete jaoks ning seda on kasutatud tuumasünteesi eksperimentaalsetes seadmetes ja laserrelvades. Hiinas ehitatud suure võimsusega laserseadmed, mis koosnevad laseristneodüümKlaas kui peamine lasermeedium on jõudnud maailma tipptasemele. Kuid laserneodüümklaas seisab nüüd silmitsi tugeva väljakutsega laserütterbiumklaasi poolt.
Viimastel aastatel on suur hulk uuringuid näidanud, et laser-ytterbiumklaasi paljud omadused ületavad ...neodüümklaas. Kuna ütterbiumiga legeeritud luminestsentsil on ainult kaks energiataset, on energia salvestamise efektiivsus kõrge. Sama võimenduse juures on ütterbiumiklaasi energia salvestamise efektiivsus 16 korda suurem kui neodüümklaasil ja fluorestsentsi eluiga 3 korda pikem kui neodüümklaasil. Sellel on ka eeliseid, nagu kõrge legeerimiskontsentratsioon, neeldumisribalaius ja seda saab otse pooljuhtidega pumbata, mistõttu sobib see väga hästi suure võimsusega laserite jaoks. Ütterbiumiga legeeritud klaasi praktiline rakendamine tugineb aga sageli neodüümi abile, näiteks Nd3+ kasutamisel sensibilisaatorina, et ütterbiumiga legeeritud klaas töötaks toatemperatuuril ja μ-lainepikkusel. Laseri emissioon saavutatakse m lainepikkusel. Seega on ütterbium ja neodüüm laserklaasi valdkonnas nii konkurendid kui ka koostööpartnerid.
Klaasi koostise reguleerimisega saab parandada paljusid ütterbiumlaserklaasi luminestsentsomadusi. Kuna suure võimsusega laserite areng on peamine suund, kasutatakse ütterbiumlaserklaasist valmistatud lasereid üha laialdasemalt tänapäeva tööstuses, põllumajanduses, meditsiinis, teadusuuringutes ja sõjalistes rakendustes.
Sõjaline kasutamine: Tuumasünteesi käigus tekkiva energia kasutamine energia tootmiseks on alati olnud oodatud eesmärk ning kontrollitud tuumasünteesi saavutamine on inimkonna jaoks oluline vahend energiaprobleemide lahendamiseks. Ütterbiumiga legeeritud laserklaas on tänu oma suurepärasele laserjõudlusele 21. sajandil muutumas eelistatud materjaliks inertsiaalse sulgumisega termotuumasünteesi (ICF) täiustamiseks.
Laserrelvad kasutavad sihtmärkide tabamiseks ja hävitamiseks laserkiire tohutut energiat, tekitades miljardite kraadide Celsiuse temperatuure ja rünnates otse valguse kiirusel. Neid võib nimetada ka nadanaks ja neil on suur surmavus, mis teeb need eriti sobivaks tänapäevastele õhutõrjerelvasüsteemidele sõjapidamises. Ütterbiumiga legeeritud laserklaasi suurepärased omadused on teinud sellest olulise põhimaterjali suure võimsuse ja suure jõudlusega laserrelvade tootmisel.
Kiudlaser on kiiresti arenev uus tehnoloogia ja kuulub samuti laserklaasi rakenduste valdkonda. Kiudlaser on laser, mis kasutab laserkeskkonnana kiudu, mis on kiu ja lasertehnoloogia kombinatsiooni tulemus. See on uus lasertehnoloogia, mis on välja töötatud erbiumiga legeeritud kiudvõimendi (EDFA) tehnoloogia põhjal. Kiudlaser koosneb pooljuhtlaserdioodist kui pumbaallikast, kiudoptilisest lainejuhist ja võimenduskeskkonnast ning optilistest komponentidest, nagu võrekiud ja sidurid. See ei vaja optilise tee mehaanilist reguleerimist ning mehhanism on kompaktne ja hõlpsasti integreeritav. Võrreldes traditsiooniliste tahkislaserite ja pooljuhtlaseritega on sellel tehnoloogilised ja jõudluslikud eelised, nagu kõrge kiire kvaliteet, hea stabiilsus, tugev vastupidavus keskkonnamõjudele, reguleerimise ja hoolduse puudumine ning kompaktne struktuur. Tulenevalt asjaolust, et legeeritud ioonid on peamiselt Nd+3, Yb+3, Er+3, Tm+3, Ho+3, mis kõik kasutavad võimenduskeskkonnana haruldaste muldmetallide kiude, võib ettevõtte väljatöötatud kiudlaserit nimetada ka haruldaste muldmetallide kiudlaseriks.
Laseri rakendus: Suure võimsusega ytterbiumiga legeeritud topeltkattega kiudlaser on viimastel aastatel rahvusvaheliselt muutunud tahkislasertehnoloogia kuumaks valdkonnaks. Selle eelised on hea kiire kvaliteet, kompaktne struktuur ja kõrge muundamise efektiivsus ning sellel on laialdased rakendusvõimalused tööstuslikus töötlemises ja muudes valdkondades. Topeltkattega ytterbiumiga legeeritud kiud sobivad pooljuhtlaseri pumpamiseks, neil on kõrge sidestustõhusus ja suur laseri väljundvõimsus ning need on ytterbiumiga legeeritud kiudude peamine arendussuund. Hiina topeltkattega ytterbiumiga legeeritud kiu tehnoloogia ei ole enam välisriikide edasijõudnud tasemel. Hiinas välja töötatud ytterbiumiga legeeritud kiud, topeltkattega ytterbiumiga legeeritud kiud ja erbiumiga ytterbiumiga legeeritud kiud on jõudluse ja töökindluse poolest jõudnud sarnaste välismaiste toodete edasijõudnud tasemele, neil on kulueelised ning mitme toote ja meetodi jaoks on olemas patenteeritud põhitehnoloogiad.
Maailmakuulus Saksa IPG-laserifirma teatas hiljuti, et nende äsja turule toodud ytterbiumiga legeeritud kiudlasersüsteemil on suurepärased kiire omadused, pumba eluiga üle 50 000 tunni, keskne emissioonlainepikkus 1070–1080 nm ja väljundvõimsus kuni 20 kW. Seda on kasutatud peenkeevitamisel, lõikamisel ja kivimite puurimisel.
Lasermaterjalid on lasertehnoloogia arengu tuum ja alus. Laseritööstuses on alati olnud ütlus, et "üks materjalide põlvkond, üks seadmete põlvkond". Täiustatud ja praktiliste laserseadmete väljatöötamiseks on vaja kõigepealt omada suure jõudlusega lasermaterjale ja integreerida muid asjakohaseid tehnoloogiaid. Ytterbiumiga legeeritud laserkristallid ja laserklaas kui tahkete lasermaterjalide uus jõud edendavad fiiberoptilise side ja lasertehnoloogia uuenduslikku arengut, eriti tipptasemel lasertehnoloogiates, nagu suure võimsusega tuumasünteesilaserid, suure energiaga löögiplaatlaserid ja suure energiaga relvalaserid.
Lisaks kasutatakse ütterbiumi ka fluorestseeruva pulbri aktivaatorina, radiokeraamikas, elektrooniliste arvutimälu komponentide (magnetmullide) lisandina ja optilise klaasi lisandina. Tuleb märkida, et ütrium ja ütrium on mõlemad haruldased muldmetallid. Kuigi ingliskeelsetes nimedes ja elementide sümbolites on olulisi erinevusi, on hiina foneetilises tähestikus samad silbid. Mõnes hiinakeelses tõlkes nimetatakse ütriumit mõnikord ekslikult ütriumiks. Sellisel juhul peame kinnitamiseks jälgima algset teksti ja ühendama elementide sümbolid.
Postituse aeg: 13. september 2023