Ytterbium: aatomnumber 70, aatommass 173,04, elemendi nimi tuleneb selle avastamiskohast.Sisuütterbiummaakoores on 0,000266%, peamiselt fosforiidi ja musta haruldase kulla leiukohtades, samas kui monasiidis on sisaldus 0,03%, 7 loodusliku isotoobiga.
Ajaloo avastamine
Avastas: Marinak
Aeg: 1878
Asukoht: Šveits
1878. aastal avastasid Šveitsi keemikud Jean Charles ja G Marignac erbiumis uue haruldaste muldmetallide elemendi.1907. aastal märkisid Ulban ja Weils, et Marignac eraldas luteetiumoksiidi ja ütterbiumoksiidi segu.Mälestamaks väikest küla nimega Yteerby Stockholmi lähedal, kus avastati ütriumimaak, sai see uus element nimeks Ytterbium sümboliga Yb.
Elektronide konfiguratsioon
1s2 2s2 2p6 3p2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14
Metallist
Metalliline ütterbiumon hõbehall, plastiline ja pehme tekstuuriga.Toatemperatuuril võib ütterbium õhu ja vee toimel aeglaselt oksüdeeruda.
On kaks kristallstruktuuri: α- Tüüp on näokeskne kuubikujuline kristallisüsteem (toatemperatuur -798 ℃);β- Tüüp on kehakeskne kuupvõre (üle 798 ℃).Sulamistemperatuur 824 ℃, keemistemperatuur 1427 ℃, suhteline tihedus 6,977 (α-tüüp), 6,54 (β-tüüp).
Külmas vees lahustumatu, hapetes ja vedelas ammoniaagis lahustuv.See on õhus üsna stabiilne.Sarnaselt samariumile ja euroopiumile kuulub ütterbium muutuva valentsiga haruldaste muldmetallide hulka ja võib lisaks tavapärasele kolmevalentsusele olla ka positiivses kahevalentses olekus.
Selle muutuva valentsi karakteristiku tõttu ei tohiks metallilise ütterbiumi valmistamine toimuda elektrolüüsi, vaid valmistamise ja puhastamise redutseerimisdestilleerimise meetodil.Tavaliselt,lantaan metallkasutatakse redutseeriva destilleerimise redutseeriva ainena, kasutades ära erinevust ütterbiummetalli kõrge aururõhu ja metalli lantaani madala aururõhu vahel.Teise võimalusenatoolium, ütterbiumjaluteetsiumtoormaterjalina saab kasutada kontsentraate ja redutseeriva ainena metallilantaani.Kõrge temperatuuriga vaakumtingimustes > 1100 ℃ ja < 0,133 Pa saab metalli ütterbiumi otse ekstraheerida redutseeriva destilleerimisega.meeldibsamariumjaeuroopium,ütterbiumi saab eraldada ja puhastada ka märgredutseerimise teel.Tavaliselt kasutatakse toorainena tuliumi, ütterbiumi ja luteetiumi kontsentraate.Pärast lahustumist redutseeritakse ütterbium kahevalentsesse olekusse, põhjustades olulisi erinevusi omadustes, ja seejärel eraldatakse see teistest kolmevalentsetest haruldastest muldmetallidest.Kõrge puhtusastmega ütterbiumoksiidi tootmine toimub tavaliselt ekstraheerimiskromatograafia või ioonvahetusmeetodi abil
Rakendus
Kasutatakse spetsiaalsete sulamite valmistamiseks.Ytterbiumi sulamidon kasutatud hambaravis metallurgilistes ja keemilistes katsetes.
Viimastel aastatel on ütterbium esile kerkinud ja kiiresti arenenud fiiberoptilise side ja lasertehnoloogia valdkonnas.
"Teabekiirtee" ehitamise ja arendamisega on arvutivõrkudel ja kiudoptiliste kaugedastussüsteemidel üha kõrgemad nõuded optilises sides kasutatavate kiudoptiliste materjalide jõudlusele.Ütterbiumioone saab tänu oma suurepärastele spektriomadustele kasutada optilise side kiudude võimendusmaterjalidena, nagu kaerbiumjatoolium.Kuigi haruldaste muldmetallide element erbium on endiselt kiudvõimendite valmistamisel põhitegija, on traditsioonilistel erbiumiga legeeritud kvartskiududel väike ribalaius (30 nm), mistõttu on kiire ja suure võimsusega teabeedastuse nõuete täitmine raskendatud.Yb3+ioonidel on palju suurem neeldumisristlõige kui Er3+ioonidel umbes 980nm.Yb3+ sensibiliseeriva efekti ning erbiumi ja ytterbiumi energiaülekande abil saab 1530 nm valgust oluliselt suurendada, parandades seeläbi oluliselt valguse võimendustõhusust.
Viimastel aastatel on teadlased üha enam eelistanud erbium-ytterbium-ga legeeritud fosfaatklaasi.Fosfaat- ja fluorofosfaatklaasidel on hea keemiline ja termiline stabiilsus, samuti lai infrapunaläbilaskvus ja suured ebaühtlased laienemisomadused, mistõttu on need ideaalsed materjalid lairibaühenduse ja suure võimendusvõimega erbiumiga legeeritud kiudklaasi jaoks.Yb3+ legeeritud kiudvõimendid suudavad saavutada võimsusvõimenduse ja väikese signaalivõimenduse, muutes need sobivaks sellistes valdkondades nagu fiiberoptilised andurid, vaba ruumi laserside ja ülilühikese impulsi võimendus.Hiina on praegu ehitanud maailma suurima ühekanalilise võimsuse ja kiireima optilise edastussüsteemi ning sellel on maailma kõige laiem infomagistraal.Ytterbiumiga ja muudel haruldaste muldmetallidega legeeritud kiudvõimenditel ja lasermaterjalidel on neis ülioluline ja oluline roll.
Ytterbiumi spektraalomadusi kasutatakse ka kvaliteetsete lasermaterjalidena, nii laserkristallidena, laserklaasidena kui ka fiiberlaseritena.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 ütriumvanadaat ja silikaatboraat.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 laseri tuumasünteesi lasermaterjalina, mis on äratanud inimeste tähelepanu.Häälestatavates laserkristallides on kroom-ütterbium-holmium-ütrium-alumiinium-galliumgranaat (Cr, Yb, Ho: YAGG), mille lainepikkused on vahemikus 2,84–3,05 μ. Pidevalt reguleeritavad m.Statistika kohaselt kasutab enamik üle maailma rakettides kasutatavaid infrapunalõhkepeasid 3-5 μ Seetõttu võib Cr, Yb, Ho: YSGG laserite väljatöötamine pakkuda tõhusaid häireid keskmise infrapunaga juhitavate relvade vastumeetmete jaoks ja sellel on oluline sõjaline tähendus.Hiina on saavutanud rahvusvahelise kõrgtasemega uuenduslikke tulemusi ütterbiumiga legeeritud laserkristallide (Yb: YAG, Yb: FAP, Yb: SFAP jne) valdkonnas, lahendades võtmetehnoloogiaid, nagu kristallide kasv ja laserkiire, impulss, pidev ja reguleeritav väljund.Uurimistulemusi on kasutatud riigikaitses, tööstuses ja teadustehnikas ning ytterbiumiga legeeritud kristalltooteid on eksporditud mitmetesse riikidesse ja piirkondadesse, nagu Ameerika Ühendriigid ja Jaapan.
Teine suur ytterbium lasermaterjalide kategooria on laserklaas.On välja töötatud mitmesuguseid suure emissiooniga ristlõikega laserklaase, sealhulgas germaaniumtelluriit, räni niobaat, boraat ja fosfaat.Klaasi vormimise lihtsuse tõttu saab seda teha suurte mõõtmetega ja sellel on sellised omadused nagu kõrge valguse läbilaskvus ja kõrge ühtlus, mis võimaldab toota suure võimsusega lasereid.Tuttav haruldaste muldmetallide laserklaas oli vanasti peamiseltneodüümklaas, millel on üle 40 aasta pikkune arenduslugu ning väljakujunenud tootmis- ja rakendustehnoloogia.See on alati olnud suure võimsusega laserseadmete eelistatud materjal ning seda on kasutatud tuumasünteesi katseseadmetes ja laserrelvades.Hiinas ehitatud suure võimsusega laserseadmed, mis koosnevad laseristneodüümklaas kui peamine laserkandja, on jõudnud maailma kõrgtasemele.Kuid laser-neodüümklaas seisab nüüd silmitsi laser-ytterbium-klaasi võimsa väljakutsega.
Viimastel aastatel on paljud uuringud näidanud, et paljud laser-ytterbium-klaasi omadused ületavad omaneodüümklaasist.Tänu sellele, et ütterbiumiga legeeritud luminestsentsil on ainult kaks energiataset, on energia salvestamise efektiivsus kõrge.Sama võimenduse juures on ytterbiumklaasil energia salvestamise efektiivsus 16 korda kõrgem kui neodüümklaasil ja fluorestsentsi eluiga 3 korda pikem kui neodüümklaasil.Sellel on ka eelised, nagu kõrge dopingu kontsentratsioon, neeldumisriba laius ja seda saab otse pumbata pooljuhtidega, mistõttu sobib see väga hästi suure võimsusega laseritele.Ütterbiumlaserklaasi praktiline rakendamine tugineb aga sageli neodüümi abile, näiteks Nd3 + kasutamine sensibilisaatorina, et ytterbium laserklaas töötaks toatemperatuuril ja μ laseremissioon saavutatakse lainepikkusel m.Seega on ütterbium ja neodüüm laserklaasi valdkonnas nii konkurendid kui ka koostööpartnerid.
Klaasi koostise reguleerimisega saab parandada paljusid ytterbium laserklaasi luminestsentsomadusi.Suure võimsusega laserite väljatöötamisel kui peamise suunana kasutatakse ytterbium laserklaasist lasereid üha laialdasemalt kaasaegses tööstuses, põllumajanduses, meditsiinis, teadusuuringutes ja sõjalistes rakendustes.
Sõjaline kasutamine: Tuumasünteesi abil toodetud energia kasutamine energiana on alati olnud oodatud eesmärk ning juhitava tuumasünteesi saavutamine on inimkonna jaoks oluline vahend energiaprobleemide lahendamisel.Ytterbiumiga legeeritud laserklaasist on 21. sajandil saamas eelistatud materjal inertsiaalse sulandumise (ICF) uuenduste saavutamiseks tänu oma suurepärasele laseri jõudlusele.
Laserrelvad kasutavad sihtmärkide tabamiseks ja hävitamiseks laserkiire tohutut energiat, tekitades miljardeid Celsiuse kraadiseid temperatuure ja rünnates otse valguse kiirusel.Neid võib nimetada Nadanaks ja neil on suur surmavus, mis sobivad eriti hästi kaasaegsete õhutõrjerelvasüsteemide jaoks sõjapidamises.Ytterbiumiga legeeritud laserklaasi suurepärane jõudlus on muutnud selle oluliseks põhimaterjaliks suure võimsusega ja suure jõudlusega laserrelvade valmistamisel.
Fiiberlaser on kiiresti arenev uus tehnoloogia ning kuulub ka laserklaasi rakenduste valdkonda.Kiudlaser on laser, mis kasutab laserikandjana kiudu, mis on kiud- ja lasertehnoloogia kombinatsiooni toode.Tegemist on uue lasertehnoloogiaga, mis on välja töötatud erbiumiga legeeritud kiudvõimendi (EDFA) tehnoloogia baasil.Kiudlaser koosneb pooljuhtlaserdioodist pumba allikana, fiiberoptilisest lainejuhist ja võimenduskeskkonnast ning optilistest komponentidest, nagu võrekiud ja sidurid.See ei nõua optilise tee mehaanilist reguleerimist ning mehhanism on kompaktne ja hõlpsasti integreeritav.Võrreldes traditsiooniliste tahkislaserite ja pooljuhtlaseritega on sellel tehnoloogilised ja jõudluse eelised, nagu kõrge kiire kvaliteet, hea stabiilsus, tugev vastupidavus keskkonnahäiretele, reguleerimine, hooldus ja kompaktne struktuur.Kuna legeeritud ioonid on peamiselt Nd+3, Yb+3, Er+3, Tm+3, Ho+3, mis kõik kasutavad võimenduskandjatena haruldasi muldmetallide kiude, saab ettevõtte väljatöötatud fiiberoplaser ka nimetatakse haruldaste muldmetallide kiudlaseriks.
Laseri kasutamine: Suure võimsusega ytterbium-legeeritud topeltkattega kiudlaserist on viimastel aastatel saanud rahvusvaheliselt kuum valdkond tahkislasertehnoloogias.Selle eelisteks on tala hea kvaliteet, kompaktne struktuur ja kõrge konversioonitõhusus ning laialdased kasutusvõimalused tööstuslikus töötlemises ja muudes valdkondades.Kahekordse plakeeritud ytterbium-leegitud kiud sobivad pooljuhtlaseriga pumpamiseks, millel on kõrge sidestusefektiivsus ja suur laserväljundvõimsus ning need on ytterbiumiga legeeritud kiudude peamine arengusuund.Hiina topeltkattega ytterbiumiga legeeritud kiudtehnoloogia ei ole enam välisriikide kõrgtasemel võrdne.Hiinas välja töötatud ytterbium-legeeritud kiud, topeltkattega ytterbium-legeeritud kiud ja erbium-ytterbium-legeeritud kiud on jõudluse ja töökindluse osas saavutanud sarnaste välismaiste toodete kõrgtaseme, neil on kulueeliseid ning mitme toote ja meetodite patenteeritud põhitehnoloogiad. .
Maailmakuulus Saksa IPG laseriettevõte teatas hiljuti, et nende äsja turule lastud ytterbium-leegitud fiiberlasersüsteemil on suurepärased kiirte omadused, pumba tööiga üle 50 000 tunni, tsentraalne kiirguslainepikkus 1070–1080 nm ja väljundvõimsus kuni 20 kW.Seda on kasutatud peenkeevitamisel, lõikamisel ja kivide puurimisel.
Lasermaterjalid on lasertehnoloogia arendamise tuumik ja alus.Laseritööstuses on alati olnud ütlus, et "üks põlvkond materjale, üks põlvkond seadmeid".Täiustatud ja praktiliste laserseadmete arendamiseks on vaja esmalt 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 energiatarbega beat. plaatlaserid ja suure energiatarbega relvalaserid.
Lisaks kasutatakse ütterbiumi ka fluorestseeruva pulbri aktivaatorina, raadiokeraamika, elektrooniliste arvutimälu komponentide lisandina (magnetmullid) 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 hiina tõlkes nimetatakse ütriumit mõnikord ekslikult ütriumiks.Sel juhul peame algteksti jälgima ja kinnitamiseks ühendama elementide sümbolid.
Postitusaeg: 13. september 2023