ИтербийАтомен номер 70, атомно тегло 173.04, име на елемент, произлизащо от мястото на откриването му. Съдържанието на итербий в земната кора е 0.000266%, като се среща главно във фосфорити и находища на черно рядко злато. Съдържанието в монацит е 0.03% и има 7 естествени изотопа.
Открит
От: Маринак
Време: 1878 г.
Местоположение: Швейцария
През 1878 г. швейцарските химици Жан Шарл и Г. Мариняк откриват нов рядкоземен елемент – ербий. През 1907 г. Улбан и Вайлс посочват, че Мариняк отделя смес от лутециев оксид и итербий оксид. В памет на малкото селце Ютербю близо до Стокхолм, където е открита итриева руда, този нов елемент е наречен Итербий със символа Yb.
Електронна конфигурация
Електронна конфигурация
1s² 2s² 2p6 3s² 3p6 4s² 3d10 4p6 5s² 4d10 5p6 6s² 4f14
Метал
Металният итербий е сребристосив, пластичен и има мека текстура. При стайна температура итербият може бавно да се окислява от въздух и вода.
Съществуват две кристални структури: α- типът е гранецентрирана кубична кристална система (стайна температура -798 ℃); β- типът е обемноцентрирана кубична кристална система (над 798 ℃). Точка на топене 824 ℃, точка на кипене 1427 ℃, относителна плътност 6,977 (α- тип), 6,54 (β- тип).
Неразтворим в студена вода, разтворим в киселини и течен амоняк. Доста стабилен е на въздух. Подобно на самария и европия, итербият принадлежи към редкоземните елементи с променлива валентност и може да бъде и в положително двувалентно състояние, освен че обикновено е тривалентен.
Поради тази променлива валентна характеристика, получаването на метален итербий не трябва да се извършва чрез електролиза, а чрез метод на редукционна дестилация за получаване и пречистване. Обикновено металният лантан се използва като редуктор за редукционна дестилация, използвайки разликата между високото налягане на парите на металния итербий и ниското налягане на парите на металния лантан. Алтернативно,тулий, итербийилутецийконцентратите могат да се използват като суровини иметален лантанМоже да се използва като редуктор. При условия на висока температура и вакуум >1100 ℃ и <0,133 Pa, металният итербий може да се екстрахира директно чрез редукционна дестилация. Подобно на самария и европия, итербият може също да се отдели и пречисти чрез мокра редукция. Обикновено като суровини се използват концентрати от тулий, итербий и лутеций. След разтваряне, итербият се редуцира до двувалентно състояние, което води до значителни разлики в свойствата, и след това се отделя от други тривалентни редкоземни елементи. Производството на високочисти...итербиев оксидобикновено се извършва чрез екстракционна хроматография или йонообменен метод.
Приложение
Използва се за производство на специални сплави. Итербиевите сплави са били прилагани в денталната медицина за металургични и химични експерименти.
През последните години итербият се появи и бързо се разви в областта на оптичните комуникации и лазерните технологии.
С изграждането и развитието на „информационната магистрала“, компютърните мрежи и системите за пренос на оптични влакна на дълги разстояния имат все по-високи изисквания към производителността на материалите за оптични влакна, използвани в оптичната комуникация. Итербиевите йони, поради отличните си спектрални свойства, могат да се използват като материали за усилване на влакна за оптична комуникация, точно както ербий и тулий. Въпреки че редкоземният елемент ербий все още е основният играч в производството на влакнести усилватели, традиционните кварцови влакна, легирани с ербий, имат малка честотна лента на усилване (30 nm), което затруднява посрещането на изискванията за високоскоростно и висококапацитетно предаване на информация. Yb3+ йоните имат много по-голямо сечение на абсорбция от Er3+ йоните около 980 nm. Чрез сенсибилизиращия ефект на Yb3+ и енергийния трансфер на ербий и итербий, светлината с дължина на вълната 1530 nm може да бъде значително подобрена, като по този начин значително се подобрява ефективността на усилване на светлината.
През последните години, фосфатното стъкло, ко-дотирано с ербий и итербий, е все по-предпочитано от изследователите. Фосфатните и флуорофосфатните стъкла имат добра химическа и термична стабилност, както и широка инфрачервена пропускливост и големи характеристики на неравномерно разширяване, което ги прави идеални материали за широколентови и високо-усилващи се ербиево-допирани оптични стъкла. Yb3+-допираните оптични усилватели могат да постигнат усилване на мощността и усилване на малки сигнали, което ги прави подходящи за области като оптични сензори, лазерна комуникация в свободно пространство и усилване на ултракъси импулси. Китай в момента е изградил най-голямата в света система за оптично предаване с един канал по отношение на капацитет и най-висока скорост, и разполага с най-широката информационна магистрала в света. Допираните с итербий и други редкоземни елементи оптични усилватели и лазерни материали играят решаваща и важна роля в тях.
Спектралните характеристики на итербия се използват и като висококачествени лазерни материали, както като лазерни кристали, лазерни стъкла, така и като влакнести лазери. Като високомощни лазерни материали, лазерните кристали, легирани с итербий, са образували огромна серия, включително легиран с итербий итриево-алуминиев гранат (Yb: YAG), легиран с итербий гадолиниев галиев гранат (Yb: GGG), легиран с итербий калциев флуорофосфат (Yb: FAP), легиран с итербий стронциев флуорофосфат (Yb: S-FAP), легиран с итербий итриев ванадат (Yb: YV04), легиран с итербий борат и силикат. Полупроводниковият лазер (LD) е нов тип източник на помпено напрежение за твърдотелни лазери. Yb:YAG има много характеристики, подходящи за високомощно LD напомпване, и се е превърнал в лазерен материал за високомощно LD напомпване. Кристалът Yb:S-FAP може да се използва като лазерен материал за лазерен ядрен синтез в бъдеще, което е привлякло вниманието на хората. В настройваемите лазерни кристали има хром-итербиев, холмий-итриев-алуминиев-галиев гранат (Cr, Yb, Ho:YAGG) с дължини на вълните от 2,84 до 3,05 μ, които се регулират непрекъснато между m. Според статистиката, повечето инфрачервени бойни глави, използвани в ракети по света, използват 3-5 μ. Следователно, разработването на Cr, Yb, Ho:YSGG лазери може да осигури ефективна интерференция за средноинфрачервени противодействия на оръжия и има важно военно значение. Китай постигна серия от иновативни резултати с международно напреднало ниво в областта на лазерните кристали, легирани с итербий (Yb:YAG, Yb:FAP, Yb:SFAP и др.), решавайки ключови технологии като растеж на кристали и бърз, импулсен, непрекъснат и регулируем лазерен изход. Резултатите от изследванията са приложени в националната отбрана, промишлеността и научното инженерство, а кристални продукти, легирани с итербий, са изнесени в множество страни и региони, като Съединените щати и Япония.
Друга основна категория материали за итербиеви лазери е лазерното стъкло. Разработени са различни лазерни стъкла с високо напречно сечение, включително германиев телурит, силициев ниобат, борат и фосфат. Благодарение на лекотата на формоване на стъклото, то може да се произвежда в големи размери и има характеристики като висока пропускливост на светлината и висока еднородност, което прави възможно производството на лазери с висока мощност. Познатото лазерно стъкло от редкоземни елементи е било предимно неодимово стъкло, което има история на развитие от над 40 години и зряла технология за производство и приложение. То винаги е било предпочитаният материал за лазерни устройства с висока мощност и се е използвало в експериментални устройства за ядрен синтез и лазерни оръжия. Високомощните лазерни устройства, произведени в Китай, състоящи се от лазерно неодимово стъкло като основна лазерна среда, са достигнали световно напреднало ниво. Но лазерното неодимово стъкло сега е изправено пред сериозно предизвикателство от лазерното итербиево стъкло.
През последните години голям брой изследвания показват, че много свойства на лазерното итербиево стъкло превъзхождат тези на неодимовото стъкло. Поради факта, че луминесценцията, легирана с итербий, има само две енергийни нива, ефективността на съхранение на енергия е висока. При същото усилване, итербиевото стъкло има ефективност на съхранение на енергия 16 пъти по-висока от неодимовото стъкло и 3 пъти по-дълъг живот на флуоресценция от този на неодимовото стъкло. То също така има предимства като висока концентрация на легиране, честотна лента на абсорбция и може да бъде директно напомпвано от полупроводници, което го прави много подходящо за мощни лазери. Практическото приложение на итербиевото лазерно стъкло обаче често разчита на помощта на неодим, като например използването на Nd3+ като сенсибилизатор, за да се накара итербиевото лазерно стъкло да работи при стайна температура, а μ лазерната емисия се постига при m дължина на вълната. Така че, итербият и неодимът са едновременно конкуренти и партньори в сътрудничеството си в областта на лазерното стъкло.
Чрез регулиране на състава на стъклото могат да се подобрят много луминесцентни свойства на итербиевото лазерно стъкло. С развитието на високомощните лазери като основна насока, лазерите, изработени от итербиево лазерно стъкло, намират все по-широко приложение в съвременната промишленост, селското стопанство, медицината, научните изследвания и военните приложения.
Военна употреба: Използването на енергията, генерирана от ядрения синтез, като енергия винаги е било очаквана цел, а постигането на контролиран ядрен синтез ще бъде важно средство за човечеството да реши енергийните проблеми. Лазерното стъкло, легирано с итербий, се превръща в предпочитан материал за постигане на подобрения в инерционния термоядрен синтез (ICF) през 21-ви век, благодарение на отличните си лазерни характеристики.
Лазерните оръжия използват огромната енергия на лазерния лъч, за да поразяват и унищожават цели, генерирайки температури от милиарди градуса по Целзий и атакувайки директно със скоростта на светлината. Те могат да бъдат наречени Надана и имат голяма смъртоносност, особено подходящи за съвременните оръжейни системи за противовъздушна отбрана във война. Отличните характеристики на лазерното стъкло, легирано с итербий, го правят важен основен материал за производството на високомощни и високопроизводителни лазерни оръжия.
Фибролазерът е бързо развиваща се нова технология и принадлежи към областта на приложенията на лазерното стъкло. Фибролазерът е лазер, който използва влакно като лазерна среда и е продукт на комбинацията от влакнеста и лазерна технология. Това е нова лазерна технология, разработена на базата на технологията на легиран с ербий влакнест усилвател (EDFA). Фибролазерът се състои от полупроводников лазерен диод като източник на помпа, оптичен вълновод и усилваща среда, както и от оптични компоненти като решетъчни влакна и съединители. Не изисква механично регулиране на оптичния път, а механизмът е компактен и лесен за интегриране. В сравнение с традиционните твърдотелни лазери и полупроводникови лазери, той има технологични и експлоатационни предимства като високо качество на лъча, добра стабилност, силна устойчивост на смущения от околната среда, липса на настройка, липса на поддръжка и компактна структура. Поради факта, че легираните йони са главно Nd+3, Yb+3, Er+3, Tm+3, Ho+3, всички от които използват редкоземни влакна като усилваща среда, фибролазерът, разработен от компанията, може да се нарече и редкоземен влакнест лазер.
Приложение на лазера: Високомощните двойно плакирани влакнести лазери, легирани с итербий, се превърнаха в гореща област в технологията за твърдотелни лазери в международен план през последните години. Те имат предимствата на добро качество на лъча, компактна структура и висока ефективност на преобразуване, и имат широки перспективи за приложение в промишлената обработка и други области. Двойно плакираните влакна, легирани с итербий, са подходящи за напомпване на полупроводникови лазери, с висока ефективност на свързване и висока изходна мощност на лазера и са основната насока за развитие на влакната, легирани с итербий. Китайската технология за двойно плакирани влакна, легирани с итербий, вече не е на нивото на напредналото ниво на чуждестранните страни. Разработените в Китай влакна, легирани с итербий, двойно плакирани влакна, легирани с итербий, и влакна, легирани с ербий итербий, съвместно легирани с итербий, са достигнали напредналото ниво на подобни чуждестранни продукти по отношение на производителност и надеждност, имат предимства по отношение на разходите и имат основни патентовани технологии за множество продукти и методи.
Световноизвестната немска компания за IPG лазери наскоро обяви, че новопуснатата им система с фибролазер, легиран с итербий, има отлични характеристики на лъча, живот на помпата над 50 000 часа, централна дължина на вълната на емисия от 1070 nm-1080 nm и изходна мощност до 20 kW. Тя се прилага при фино заваряване, рязане и пробиване на скали.
Лазерните материали са ядрото и основата за развитието на лазерните технологии. В лазерната индустрия винаги е имало поговорка, че „едно поколение материали, едно поколение устройства“. За да се разработят усъвършенствани и практични лазерни устройства, е необходимо първо да се притежават високопроизводителни лазерни материали и да се интегрират други съответни технологии. Лазерните кристали и лазерното стъкло, легирани с итербий, като новата сила на твърдите лазерни материали, насърчават иновативното развитие на оптичната комуникация и лазерните технологии, особено в авангардни лазерни технологии като високомощни лазери за ядрен синтез, високоенергийни лазери с бийт плочки и високоенергийни оръжейни лазери.
Освен това, итербият се използва и като активатор на флуоресцентен прах, радиокерамика, добавки за компоненти на електронна компютърна памет (магнитни мехурчета) и добавки за оптично стъкло. Трябва да се отбележи, че итрият и итрият са редкоземни елементи. Въпреки че има значителни разлики в английските имена и символи на елементите, китайската фонетична азбука има едни и същи срички. В някои китайски преводи итрият понякога погрешно се нарича „итрий“. В този случай трябва да проследим оригиналния текст и да комбинираме символите на елементите, за да потвърдим.
Време на публикуване: 30 август 2023 г.