Elementu magicu di a Terra rara: Ytterbium

Ytterbiu: numaru atomicu 70, pesu atomicu 173.04, nomu di l'elementu derivatu da u so locu di scuperta. U cuntenutu di itterbiu in a crosta hè 0,000266%, prisenti principarmenti in fosforite è dipositi d'oru raru neru. U cuntenutu in monazite hè 0,03%, è ci sò 7 isotopi naturali

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Di: Marinak

Tempu: 1878

Locu: Svizzera

In u 1878, i chimichi svizzeri Jean Charles è G Marignac anu scupertu un novu elementu di terra rara in "erbium". In u 1907, Ulban è Weils anu dettu chì Marignac siparava una mistura di l'oxidu di lutetium è l'ossidu di itterbiu. In memoria di u picculu paese chjamatu Yteerby vicinu à Stoccolma, induve u minerale di ittriu hè statu scupertu, stu novu elementu hè statu chjamatu Ytterbium cù u simbulu Yb.

Cunfigurazione elettronica

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

Metallu

L'itterbiu metallicu hè grisgiu d'argentu, ductile, è hà una texture suave. À a temperatura di l'ambienti, l'itterbiu pò esse oxidatu lentamente da l'aria è l'acqua.

Ci sò duie strutture cristalline: α- U tipu hè un sistema di cristalli cubicu centratu in faccia (temperatura di l'ambienti -798 ℃); β- U tipu hè un lattice cubicu centratu in u corpu (sopra 798 ℃). Puntu di fusione 824 ℃, puntu di ebollizione 1427 ℃, densità relativa 6,977 (Tipu α), 6,54 (Tipu β).

Insoluble in acqua fridda, soluble in acidi è ammonia liquidu. Hè abbastanza stabile in l'aria. Simile à samarium è europium, l'itterbiu appartene à a terra rara di valenza variabile, è pò ancu esse in un statu divalente pusitivu in più di esse generalmente trivalente.

A causa di sta caratteristica di valenza variabile, a preparazione di l'itterbiu metallicu ùn deve esse realizatu per l'elettrolisi, ma per u metudu di distillazione di riduzzione per a preparazione è a purificazione. Di solitu, u metalu di lantanu hè utilizatu com'è un agentu riducente per a distillazione di riduzzione, utilizendu a diffarenza trà l'alta pressione di vapore di l'itterbiu metallicu è a bassa pressione di vapore di u metale di lanthanu. In alternativa,thulium, itterbiu, èluteziucuncentrati pò ièssiri usatu comu materia prima, èlantanu di metallupò ièssiri usatu comu un agenti riduzzione. In cundizioni di vacuum à alta temperatura di> 1100 ℃ è <0.133Pa, l'itterbiu metallicu pò esse direttamente estratti da a distillazione di riduzzione. Cum'è u samarium è l'europium, l'itterbiu pò ancu esse separatu è purificatu per a riduzzione umida. Di solitu, i cuncentrati di thulium, itterbium è lutetium sò usati com'è materia prima. Dopu a dissoluzione, l'itterbiu hè ridutta à un statu divalente, causannu differenzi significati in proprietà, è dopu siparati da altre terre rare trivalenti. A pruduzzione di alta puritàossidu di itterbiuhè generalmente realizatu per cromatografia d'estrazione o metudu di scambiu di ioni.

Applicazione

Adupratu per a fabricazione di lega speciale. L'aliaghji di itterbiu sò stati applicati in a medicina dentale per esperimenti metallurgichi è chimichi.

Nta l'ultimi anni, l'itterbiu hè apparsu è sviluppatu rapidamente in i campi di a cumunicazione in fibra ottica è a tecnulugia laser.

Cù a custruzzione è u sviluppu di "l'autostrada di l'infurmazioni", e rete di computer è i sistemi di trasmissione di fibra ottica à longa distanza anu esigenze sempre più elevate per a prestazione di materiali di fibra ottica utilizati in a cumunicazione ottica. Ioni di itterbiu, per via di e so proprietà spettrali eccellenti, ponu esse aduprati cum'è materiali di amplificazione di fibre per a cumunicazione ottica, cum'è l'erbiu è u tuliu. Ancu s'è l'erbiu di l'elementu di a terra rara hè sempre u principale attore in a preparazione di amplificatori di fibra, i fibri tradiziunali di quartz erbium-doped anu una larghezza di banda di guadagnu chjucu (30nm), facendu difficiuli à scuntrà i bisogni di trasmissioni d'infurmazioni à alta velocità è capacità. Ioni Yb3 + anu una sezione trasversale di assorbimentu assai più grande di ioni Er3 + intornu à 980nm. Attraversu l'effettu di sensibilizazione di Yb3 + è u trasferimentu d'energia di l'erbiu è l'itterbiu, a luce di 1530nm pò esse rinfurzata assai, per quessa chì migliurà assai l'efficienza di amplificazione di a luce.

Nta l'ultimi anni, u vetru di fosfatatu erbiu itterbiu co dopatu hè statu sempri più favuritu da i circadori. I vetri di fosfatatu è di fluorofosfatu anu una bona stabilità chimica è termica, è ancu una larga trasmittanza infrarossa è grandi caratteristiche di allargamentu non uniformi, facenu i materiali ideali per a banda larga è a fibra di vetru di amplificazione dopata cù erbiu d'altu guadagnu. L'amplificatori di fibra dopata Yb3 + ponu ottene l'amplificazione di putenza è l'amplificazione di u signale chjucu, facendu adattati per campi cum'è sensori di fibra ottica, cumunicazione laser di spaziu liberu è amplificazione di impulsi ultra brevi. A Cina hà attualmente custruitu a più grande capacità di un canale di u mondu è u sistema di trasmissione ottica più veloce, è hà l'autostrada d'infurmazione più larga in u mondu. Itterbiu dopatu è altri amplificatori di fibra dopata di terra rara è materiali laser ghjucanu un rolu cruciale è significativu in elli.

I caratteristiche spettrali di l'itterbiu sò ancu usati cum'è materiali laser d'alta qualità, cum'è cristalli laser, vetri laser è laser di fibra. Cum'è un materiale laser d'alta putenza, i cristalli laser drogati cù itterbiu anu furmatu una serie enormosa, cumprese granata d'aluminiu di ittriu dopatu di itterbiu (Yb: YAG), granata di gadoliniu di galliu dopatu di itterbiu (Yb: GGG), fluorofosfatu di calciu dopatu di itterbiu (Yb: FAP) , fluorofosfato di stronzio drogato con itterbiu (Yb: S-FAP), vanadato di ittrio drogato con itterbio (Yb: YV04), borato drogato con itterbio e silicato. U laser semiconductor (LD) hè un novu tipu di fonte di pompa per i laser à stati solidi. Yb: YAG hà parechje caratteristiche adattati per u pumping LD d'alta putenza è hè diventatu un materiale laser per u pumping LD d'alta putenza. Yb: U cristallu S-FAP pò esse usatu cum'è materiale laser per a fusione nucleare laser in u futuru, chì hà attiratu l'attenzione di e persone. In i cristalli laser accordabili, ci hè cromu ytterbium holmium ittriu aluminium gallium granat (Cr, Yb, Ho: YAGG) cù lunghezze d'onda chì varieghja da 2,84 à 3,05 μ Continuamente regulabile trà m. Sicondu statistiche, a maiò parte di e testate infrared usate in missili in u mondu utilizanu 3-5 μ Per quessa, u sviluppu di Cr, Yb, Ho: laser YSGG pò furnisce interferenza efficace per contramisuri d'arme guidate in infrarossi, è hà un impurtante significatu militare. Cina hà ottinutu una seria di risultati innovativi cù u livellu avanzatu internaziunale in u campu di i cristalli laser drogati cù itterbiu (Yb: YAG, Yb: FAP, Yb: SFAP, etc.), risolvendu tecnulugii chjave cum'è a crescita di cristalli è laser fast, pulse, uscita cuntinuu è regulabile. I risultati di a ricerca sò stati applicati in a difesa naziunale, l'industria è l'ingegneria scientifica, è i prudutti di cristalli dopati di itterbiu sò stati esportati in parechji paesi è regioni cum'è i Stati Uniti è u Giappone.

Una altra categuria maiò di materiali laser itterbiu hè u vetru laser. Diversi vetri laser di sezione trasversale d'alta emissione sò stati sviluppati, cumprese tellurite di germaniu, niobate di siliciu, borate è fosfate. A causa di a facilità di u vetru di vetru, pò esse fattu in grandezza grande è hà caratteristiche cum'è una alta trasmittanza di luce è una alta uniformità, chì facenu pussibule di pruduce laser d'alta putenza. U vetru laser di terra rara famigliali era principarmenti vetru di neodimiu, chì hà una storia di sviluppu di più di 40 anni è tecnulugia di pruduzzione è applicazione matura. Hè sempre statu u materiale preferitu per i dispositi laser d'alta putenza è hè stata utilizata in i dispositi sperimentali di fusione nucleare è l'arme laser. I dispusitivi laser d'alta putenza custruiti in Cina, custituiti da vetru di neodimiu laser cum'è u principale mediu laser, anu righjuntu u livellu avanzatu di u mondu. Ma u vetru di neodimiu laser face avà una sfida putente da u vetru di itterbiu laser.

Nta l'ultimi anni, un gran numaru di studii anu dimustratu chì assai pruprietà di u vetru di itterbiu laser superanu quelli di u vetru di neodimiu. A causa di u fattu chì a luminescenza dopata cù itterbiu hà solu dui livelli di energia, l'efficienza di almacenamiento di energia hè alta. À u listessu guadagnu, u vetru di itterbiu hà una efficienza di almacenamento d'energia 16 volte più altu ch'è u vetru di neodimiu, è una vita di fluorescenza 3 volte quella di u vetru di neodimio. Havi ancu vantaghji cum'è alta cuncentrazione di doping, larghezza di banda d'assorbimentu, è pò esse direttamente pumped by semiconduttori, facendu assai adattatu per i laser d'alta putenza. In ogni casu, l'applicazione pratica di u vetru laser d'itterbiu spessu s'appoghja nantu à l'assistenza di u neodimiu, cum'è l'usu di Nd3 + cum'è un sensibilisatore per fà u vetru laser di l'itterbiu operanu à a temperatura di l'ambienti è l'emissione Laser μ hè ottenuta à a lunghezza d'onda m. Allora, l'itterbiu è u neodimiu sò tramindui cuncurrenti è partenarii di cullaburazione in u campu di u vetru laser.

Ajustendu a cumpusizioni di vetru, parechje proprietà luminiscenti di u vetru laser di itterbiu ponu esse migliurate. Cù u sviluppu di laser d'alta putenza cum'è a direzzione principale, i laser fatti di vetru laser di itterbiu sò sempri più utilizati in l'industria muderna, l'agricultura, a medicina, a ricerca scientifica è l'applicazioni militari.

Usu militare: Utilizà l'energia generata da a fusione nucleare cum'è energia hè sempre stata un scopu previstu, è ottene una fusione nucleare cuntrullata serà un mezzu impurtante per l'umanità per risolve i prublemi energetichi. U vetru laser dopatu à l'itterbiu hè diventatu u materiale preferitu per ottene l'aghjurnamenti di a fusione inerziale di confinamentu (ICF) in u 21u seculu per via di a so eccellente prestazione laser.

L'armi laser utilizanu l'enorme energia di un fasciu laser per attaccà è distrughje i miri, generendu temperature di miliardi di gradi Celsius è attaccanu direttamente à a velocità di a luce. Puderanu esse chjamati Nadana è anu una grande letalità, soprattuttu adattatu per i sistemi d'armi di difesa aerea muderni in a guerra. L'eccellente prestazione di u vetru laser dopatu à l'itterbiu hà fattu un impurtante materiale di basa per a fabricazione d'armi laser d'alta putenza è di altu rendiment.

U laser di fibra hè una nova tecnulugia chì si sviluppa rapidamente è appartene ancu à u campu di l'applicazioni di vetru laser. Fibre laser hè un laser chì usa fibre cum'è u mediu laser, chì hè un pruduttu di a cumminazione di fibra è tecnulugia laser. Hè una nova tecnulugia laser sviluppata nantu à a basa di a tecnulugia di amplificatore di fibra dopata di erbium (EDFA). Un laser in fibra hè cumpostu da un diodu laser semiconductor cum'è a fonte di pompa, una guida d'onda di fibra ottica è un mediu di guadagnu, è cumpunenti ottici cum'è fibre di griglia è accoppiatori. Ùn hè micca bisognu di l'aghjustamentu meccanicu di u percorsu otticu, è u mecanismu hè compactu è faciule d'integrazione. In cunfrontu cù i laser tradiziunali di u statu solidu è i laser semiconductori, hà vantaghji tecnologichi è di prestazione cum'è una qualità di fasciu alta, una bona stabilità, una forte resistenza à l'interferenza ambientale, senza regulazione, senza mantenimentu è struttura compatta. A causa di u fattu chì l'ioni dopati sò principalmente Nd + 3, Yb + 3, Er + 3, Tm + 3, Ho + 3, tutti chì utilizanu fibre di terra rara cum'è media di guadagnu, u laser di fibra sviluppatu da a cumpagnia pò ancu esse chjamatu laser di fibra di terra rara.

Applicazione Laser: U laser di fibra doppia dopata cù itterbiu d'alta putenza hè diventatu un campu caldu in a tecnulugia di laser solidu in l'internaziunale in l'ultimi anni. Havi i vantaghji di una bona qualità di fasciu, una struttura compatta è una alta efficienza di cunversione, è hà una larga prospettiva d'applicazione in u processu industriale è altri campi. Fibre dopate à l'itterbiu doppiu rivestitu sò adattate per u pumping laser semiconductor, cù una alta efficienza di accoppiamentu è un altu putere di output laser, è sò a direzzione principale di sviluppu di fibre dopate à l'itterbiu. A tecnulugia di fibra dopata à l'itterbiu doppiu di a Cina ùn hè più à pari cù u livellu avanzatu di i paesi stranieri. A fibra dopata à l'itterbiu, a fibra dopata à l'itterbiu doppiu, è a fibra dopata à l'erbiu itterbiu co sviluppata in Cina anu righjuntu u livellu avanzatu di prudutti stranieri simili in termini di prestazioni è affidabilità, anu vantaghji di costu, è anu tecnulugii core patentati per parechji prudutti è metudi. .

A cumpagnia di laser IPG tedesca di fama mundiale hà annunziatu recentemente chì u so sistema laser di fibra dopata à itterbiu di novu lanciatu hà caratteristiche eccellenti di fasciu, una vita di pompa di più di 50000 ore, una lunghezza d'onda di emissione centrale di 1070nm-1080nm, è una putenza di output di finu à 20KW. Hè stata appiicata in saldatura fine, taglio è perforazione di roccia.

I materiali laser sò u core è u fundamentu per u sviluppu di a tecnulugia laser. Ci hè sempre statu un dettu in l'industria laser chì "una generazione di materiali, una generazione di dispusitivi". Per sviluppà i dispositi laser avanzati è pratichi, hè necessariu prima di pussede materiali laser d'alta prestazione è integra altre tecnulugia pertinenti. I cristalli laser dopati à l'itterbiu è u vetru laser, cum'è a nova forza di materiali laser solidi, prumove u sviluppu innovativu di cumunicazione in fibra ottica è tecnulugia laser, in particulare in tecnulugia laser d'avanguardia cum'è laser di fusione nucleari d'alta putenza, battitu d'alta energia. laser di tile, è laser d'arme d'alta energia.

Inoltre, l'itterbiu hè ancu utilizatu com'è attivatore di polvere fluorescente, radioceramica, additivi per i cumpunenti di memoria di l'informatica elettronica (bolle magnetiche), è additivi di vetru otticu. Si deve esse nutatu chì l'ittriu è l'ittriu sò dui elementi di terra rara. Ancu s'ellu ci sò differenzi significati in i nomi inglesi è i simboli di l'elementu, l'alfabetu foneticu cinese hà i stessi sillabi. In certi traduzzioni chinesi, l'ittriu hè qualchì volta chjamatu ittriu. In questu casu, avemu bisognu di traccia u testu uriginale è combina simboli di elementi per cunfirmà.