Maģiskais retzemju elements: iterbijs

Iterbijs: atomskaitlis 70, atomsvars 173,04, elementa nosaukums iegūts no tā atklāšanas vietas. Iterbija saturs garozā ir 0,000266%, galvenokārt fosforīta un melnā retā zelta atradnēs. Monacīta saturs ir 0,03%, un tajā ir 7 dabiskie izotopi

Atklāts

Autors: Marinaks

Laiks: 1878. gads

Atrašanās vieta: Šveice

1878. gadā Šveices ķīmiķi Jean Charles un G Marignac atklāja jaunu retzemju elementu "erbijā". 1907. gadā Ulbans un Veils norādīja, ka Marignac atdala lutēcija oksīda un iterbija oksīda maisījumu. Pieminot mazo ciematu Yteerby netālu no Stokholmas, kur tika atklāta itrija rūda, šis jaunais elements tika nosaukts Itterbium ar simbolu Yb.

Elektronu konfigurācija

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

Metāls

Metāliskais iterbijs ir sudrabaini pelēks, elastīgs un ar mīkstu tekstūru. Istabas temperatūrā iterbijs var lēnām oksidēties ar gaisu un ūdeni.

Ir divas kristālu struktūras: α- tips ir uz sejas centrēta kubiskā kristāla sistēma (istabas temperatūra -798 ℃); β- tips ir ķermeņa centrā kubisks (virs 798 ℃) režģis. Kušanas temperatūra 824 ℃, viršanas temperatūra 1427 ℃, relatīvais blīvums 6,977 (α- tips), 6,54 (β- tips).

Nešķīst aukstā ūdenī, šķīst skābēs un šķidrā amonjakā. Tas ir diezgan stabils gaisā. Līdzīgi kā samārijs un eiropijs, iterbijs pieder pie mainīgā valences retzemju zemes un var būt arī pozitīvā divvērtīgā stāvoklī papildus tam, ka parasti ir trīsvērtīgs.

Sakarā ar šo mainīgo valences raksturlielumu metāliskā iterbija sagatavošana nav jāveic ar elektrolīzi, bet gan ar reducēšanas destilācijas metodi sagatavošanai un attīrīšanai. Parasti metālu lantānu izmanto kā reducētāju reducējošai destilācijai, izmantojot atšķirību starp iterbija metāla augsto tvaika spiedienu un lantāna metāla zemo tvaika spiedienu. Alternatīvi,tūlijs, iterbijs, unlutēcijskoncentrātus var izmantot kā izejvielas, unmetāla lantānsvar izmantot kā reducētāju. Augstas temperatūras vakuuma apstākļos> 1100 ℃ un < 0,133 Pa metāla iterbiju var tieši ekstrahēt ar reducēšanas destilāciju. Tāpat kā samārijs un eiropijs, iterbiju var atdalīt un attīrīt ar mitru reducēšanu. Parasti kā izejvielas izmanto tūlija, iterbija un lutēcija koncentrātus. Pēc izšķīšanas iterbijs tiek reducēts līdz divvērtīgam stāvoklim, izraisot būtiskas īpašību atšķirības, un pēc tam atdalīts no citiem trīsvērtīgiem retzemju metāliem. Augstas tīrības pakāpes ražošanaiterbija oksīdsparasti veic ar ekstrakcijas hromatogrāfiju vai jonu apmaiņas metodi.

Pieteikums

Izmanto īpašu sakausējumu ražošanai. Iterbija sakausējumi ir izmantoti zobārstniecībā metalurģiskiem un ķīmiskiem eksperimentiem.

Pēdējos gados iterbijs ir parādījies un strauji attīstījies optiskās šķiedras sakaru un lāzertehnoloģiju jomā.

Līdz ar “informācijas maģistrāles” izbūvi un attīstību, datortīkliem un tālsatiksmes optisko šķiedru pārraides sistēmām tiek izvirzītas arvien augstākas prasības optiskajā komunikācijā izmantoto optisko šķiedru materiālu veiktspējai. Iterbija jonus to izcilo spektrālo īpašību dēļ var izmantot kā šķiedru pastiprināšanas materiālus optiskajai komunikācijai, tāpat kā erbiju un tūliju. Lai gan retzemju elements erbijs joprojām ir galvenais spēlētājs šķiedru pastiprinātāju sagatavošanā, tradicionālajām ar erbiju leģētajām kvarca šķiedrām ir neliels pastiprinājuma joslas platums (30 nm), kas apgrūtina ātrgaitas un lieljaudas informācijas pārraides prasību izpildi. Yb3+joniem ir daudz lielāks absorbcijas šķērsgriezums nekā Er3+joniem ap 980nm. Pateicoties Yb3+ sensibilizācijas efektam un erbija un iterbija enerģijas pārnesei, 1530 nm gaismu var ievērojami uzlabot, tādējādi ievērojami uzlabojot gaismas pastiprināšanas efektivitāti.

Pēdējos gados pētnieki arvien vairāk iecienījuši erbija iterbija leģētu fosfāta stiklu. Fosfāta un fluorfosfāta stikliem ir laba ķīmiskā un termiskā stabilitāte, kā arī plaša infrasarkano staru caurlaidība un lieli nevienmērīgi paplašināšanas raksturlielumi, padarot tos par ideāliem materiāliem platjoslas un ar erbija leģētu pastiprināšanas stikla šķiedrai. Yb3+leģētie šķiedru pastiprinātāji var sasniegt jaudas pastiprinājumu un nelielu signāla pastiprinājumu, padarot tos piemērotus tādām jomām kā optiskās šķiedras sensori, brīvas vietas lāzera sakari un īpaši īsu impulsu pastiprināšana. Ķīna pašlaik ir uzbūvējusi pasaulē lielāko viena kanāla jaudu un ātrāko optiskās pārraides sistēmu, un tai ir pasaulē platākā informācijas maģistrāle. Iterbija leģētiem un citiem retzemju leģētiem šķiedru pastiprinātājiem un lāzermateriāliem tajos ir izšķiroša un nozīmīga loma.

Iterbija spektrālās īpašības tiek izmantotas arī kā augstas kvalitātes lāzera materiāli gan kā lāzera kristāli, gan lāzera stikli, gan šķiedru lāzeri. Kā lieljaudas lāzera materiāls, ar iterbija leģētu lāzera kristāli ir izveidojuši milzīgu sēriju, tostarp itrija alumīnija granātu (Yb: YAG), iterbija leģētu gadolīnija gallija granātu (Yb: GGG), iterbija leģētu kalcija fluorfosfātu (Yb: FAP). , iterbija leģēts stroncija fluorofosfāts (Yb: S-FAP), iterbija leģēts itrija vanadāts (Yb: YV04), iterbija leģēts borāts un silikāts. Pusvadītāju lāzers (LD) ir jauna veida sūkņa avots cietvielu lāzeriem. Yb: YAG ir daudzas īpašības, kas piemērotas lieljaudas LD sūknēšanai, un tas ir kļuvis par lāzera materiālu lieljaudas LD sūknēšanai. Yb: S-FAP kristālu nākotnē var izmantot kā lāzera materiālu kodolsintēzes lāzera vajadzībām, kas ir piesaistījis cilvēku uzmanību. Noskaņojamos lāzera kristālos ir hroma iterbija holmija itrija alumīnija gallija granāts (Cr, Yb, Ho: YAGG) ar viļņu garumu no 2,84 līdz 3,05 μ Nepārtraukti regulējams starp m. Saskaņā ar statistiku, lielākā daļa infrasarkano staru kaujas galviņu, ko izmanto raķetēs visā pasaulē, izmanto 3-5 μ. Tāpēc Cr, Yb, Ho: YSGG lāzeru izstrāde var nodrošināt efektīvus traucējumus vidēja infrasarkanā vadāmā ieroču pretpasākumiem, un tai ir svarīga militāra nozīme. Ķīna ir sasniegusi virkni novatorisku rezultātu ar starptautisku progresīvu līmeni iterbija leģētu lāzera kristālu jomā (Yb: YAG, Yb: FAP, Yb: SFAP utt.), risinot tādas galvenās tehnoloģijas kā kristāla augšana un lāzera ātra, impulsa, nepārtraukta un regulējama izvade. Pētījumu rezultāti ir izmantoti valsts aizsardzībā, rūpniecībā un zinātniskajā inženierijā, un iterbija leģēti kristāla produkti ir eksportēti uz vairākām valstīm un reģioniem, piemēram, ASV un Japānu.

Vēl viena liela iterbija lāzera materiālu kategorija ir lāzera stikls. Ir izstrādāti dažādi augstas emisijas šķērsgriezuma lāzera stikli, tostarp germānija telurīts, silīcija niobāts, borāts un fosfāts. Pateicoties stikla formēšanas vienkāršībai, to var izgatavot lielos izmēros, un tam ir tādas īpašības kā augsta gaismas caurlaidība un augsta vienmērība, kas ļauj ražot lieljaudas lāzerus. Pazīstamais retzemju lāzera stikls agrāk galvenokārt bija neodīma stikls, kura izstrādes vēsture ir vairāk nekā 40 gadu un nobriedusi ražošanas un pielietošanas tehnoloģija. Tas vienmēr ir bijis vēlamais materiāls lieljaudas lāzerierīcēm, un tas ir izmantots kodolsintēzes eksperimentālajās ierīcēs un lāzerieročos. Ķīnā ražotās lieljaudas lāzerierīces, kas sastāv no lāzera neodīma stikla kā galvenā lāzera medija, ir sasniegušas pasaules progresīvo līmeni. Taču lāzera neodīma stikls tagad saskaras ar spēcīgu izaicinājumu no lāzera iterbija stikla.

Pēdējos gados liels skaits pētījumu ir parādījuši, ka daudzas lāzera iterbija stikla īpašības pārsniedz neodīma stikla īpašības. Tā kā iterbija leģētai luminiscencei ir tikai divi enerģijas līmeņi, enerģijas uzglabāšanas efektivitāte ir augsta. Tajā pašā laikā iterbija stikla enerģijas uzglabāšanas efektivitāte ir 16 reizes augstāka nekā neodīma stiklam, un fluorescences kalpošanas laiks ir 3 reizes lielāks nekā neodīma stiklam. Tam ir arī tādas priekšrocības kā augsta dopinga koncentrācija, absorbcijas joslas platums, un to var tieši sūknēt ar pusvadītājiem, padarot to ļoti piemērotu lieljaudas lāzeriem. Tomēr iterbija lāzera stikla praktiskā pielietošana bieži ir atkarīga no neodīma palīdzības, piemēram, izmantojot Nd3 + kā sensibilizatoru, lai iterbija lāzera stikls darbotos istabas temperatūrā un μ lāzera emisija tiek sasniegta m viļņa garumā. Tātad iterbijs un neodīms ir gan konkurenti, gan sadarbības partneri lāzerstikla jomā.

Pielāgojot stikla sastāvu, var uzlabot daudzas iterbija lāzera stikla luminiscējošās īpašības. Attīstoties lieljaudas lāzeriem kā galvenajam virzienam, lāzeri, kas izgatavoti no iterbija lāzerstikla, arvien plašāk tiek izmantoti mūsdienu rūpniecībā, lauksaimniecībā, medicīnā, zinātniskajos pētījumos un militāros lietojumos.

Militārais lietojums: Kodolsintēzes radītās enerģijas izmantošana par enerģiju vienmēr ir bijis gaidīts mērķis, un kontrolētas kodolsintēzes sasniegšana būs svarīgs līdzeklis, lai cilvēce atrisinātu enerģētikas problēmas. Iterbija leģēts lāzera stikls kļūst par vēlamo materiālu inerciālās saplūšanas (ICF) uzlabošanai 21. gadsimtā, pateicoties tā izcilajai lāzera veiktspējai.

Lāzera ieroči izmanto milzīgo lāzera stara enerģiju, lai sasniegtu un iznīcinātu mērķus, ģenerējot temperatūru miljardiem grādu pēc Celsija un tieši uzbrūkot ar gaismas ātrumu. Tos var saukt par Nadanu, un tiem ir liela letalitāte, īpaši piemēroti mūsdienu pretgaisa aizsardzības ieroču sistēmām karadarbībā. Iterbija leģēta lāzera stikla lieliskā veiktspēja ir padarījusi to par svarīgu pamatmateriālu jaudīgu un augstas veiktspējas lāzerieroču ražošanā.

Šķiedru lāzers ir strauji attīstoša jauna tehnoloģija un pieder arī lāzerstikla lietojumu jomai. Šķiedru lāzers ir lāzers, kas izmanto šķiedru kā lāzera vidi, kas ir šķiedras un lāzera tehnoloģijas kombinācijas produkts. Tā ir jauna lāzera tehnoloģija, kas izstrādāta, pamatojoties uz erbija leģētu šķiedru pastiprinātāju (EDFA) tehnoloģiju. Šķiedru lāzers sastāv no pusvadītāju lāzera diodes kā sūkņa avota, optiskās šķiedras viļņvada un pastiprināšanas vides, un optiskiem komponentiem, piemēram, režģa šķiedrām un savienotājiem. Tam nav nepieciešama optiskā ceļa mehāniska regulēšana, un mehānisms ir kompakts un viegli integrējams. Salīdzinot ar tradicionālajiem cietvielu lāzeriem un pusvadītāju lāzeriem, tam ir tehnoloģiskas un veiktspējas priekšrocības, piemēram, augsta staru kūļa kvalitāte, laba stabilitāte, spēcīga izturība pret vides traucējumiem, bez regulēšanas, bez apkopes un kompakta struktūra. Tā kā leģētie joni galvenokārt ir Nd+3, Yb+3, Er+3, Tm+3, Ho+3, kas visi kā pastiprināšanas nesēju izmanto retzemju šķiedras, uzņēmuma izstrādātais šķiedru lāzers var arī var saukt par retzemju šķiedru lāzeru.

Lāzera pielietojums: Lieljaudas iterbija leģēts dubultā pārklājuma šķiedru lāzers pēdējos gados ir kļuvis par karstu cietvielu lāzeru tehnoloģiju lauku starptautiski. Tam ir laba staru kūļa kvalitāte, kompakta struktūra un augsta konversijas efektivitāte, un tam ir plašas pielietojuma iespējas rūpnieciskajā apstrādē un citās jomās. Dubultā pārklājuma iterbija leģētās šķiedras ir piemērotas pusvadītāju lāzera sūknēšanai, ar augstu savienojuma efektivitāti un lielu lāzera izejas jaudu, un tās ir galvenais iterbija leģēto šķiedru attīstības virziens. Ķīnas dubultā pārklājuma iterbija leģētās šķiedras tehnoloģija vairs nav līdzvērtīga ārvalstu progresīvajam līmenim. Ķīnā izstrādātā iterbija leģētā šķiedra, dubultā iterbija leģētā šķiedra un ar iterbija leģētā erbija šķiedra ir sasniegušas līdzīgu ārvalstu produktu augstāko līmeni veiktspējas un uzticamības ziņā, tām ir izmaksu priekšrocības, un tām ir patentētas pamata tehnoloģijas vairākiem produktiem un metodēm. .

Pasaulē pazīstamā Vācijas IPG lāzeru kompānija nesen paziņoja, ka viņu jaunizveidotajai iterbija leģētajai šķiedru lāzera sistēmai ir lieliski stara raksturlielumi, sūkņa kalpošanas laiks pārsniedz 50 000 stundas, centrālās emisijas viļņa garums ir 1070–1080 nm un izejas jauda līdz 20 KW. Tas ir izmantots smalkajā metināšanā, griešanā un akmeņu urbšanā.

Lāzermateriāli ir lāzertehnoloģiju attīstības kodols un pamats. Lāzeru industrijā vienmēr ir bijis teiciens “viena materiālu paaudze, viena ierīču paaudze”. Lai izstrādātu progresīvas un praktiskas lāzerierīces, vispirms ir jāiegūst augstas veiktspējas lāzera materiāli un jāintegrē citas atbilstošas ​​tehnoloģijas. Iterbija leģēti lāzera kristāli un lāzera stikls kā jauns cieto lāzera materiālu spēks veicina optisko šķiedru sakaru un lāzertehnoloģiju novatorisku attīstību, īpaši progresīvās lāzertehnoloģijās, piemēram, lieljaudas kodolsintēzes lāzeros, lielas enerģijas ritmā. flīžu lāzeri un augstas enerģijas ieroču lāzeri.

Turklāt iterbijs tiek izmantots arī kā fluorescējoša pulvera aktivators, radio keramika, elektronisko datoru atmiņas komponentu piedevas (magnētiskie burbuļi) un optiskā stikla piedevas. Jāuzsver, ka itrijs un itrijs ir retzemju elementi. Lai gan angļu valodas nosaukumos un elementu simbolos ir būtiskas atšķirības, ķīniešu fonētiskajā alfabētā ir vienādas zilbes. Dažos ķīniešu tulkojumos itriju dažreiz kļūdaini dēvē par itriju. Šajā gadījumā mums ir jāizseko sākotnējam tekstam un jāapvieno elementu simboli, lai to apstiprinātu.