Магически редкоземен елемент: Итербий

Итербий: атомен номер 70, атомно тегло 173,04, име на елемент, получено от мястото на откриването му.Съдържанието наитербийв земната кора е 0,000266%, присъства главно в находища на фосфорит и черно рядко злато, докато съдържанието на монацит е 0,03%, със 7 естествени изотопа.

Откриване на история

Открит от: Маринак

Време: 1878 г

Местоположение: Швейцария 

През 1878 г. швейцарските химици Жан Чарлз и Г. Мариняк откриват нов редкоземен елемент в „ербия“.През 1907 г. Ulban и Weils посочиха, че Marignac отделя смес от лутециев оксид и итербиев оксид.В памет на малкото селце на име Yteerby близо до Стокхолм, където е открита итриева руда, този нов елемент е наречен Ytterbium със символа Yb.

Електронна конфигурация

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

Метал

Метален итербийе сребристосив, пластичен и има мека текстура.При стайна температура итербият може бавно да се окислява от въздух и вода.

Има две кристални структури: α- Типът е лицево центрирана кубична кристална система (стайна температура -798 ℃);β- Типът е центрирана кубична (над 798 ℃) решетка.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.На въздух е доста стабилен.Подобно на самария и европия, итербият принадлежи към рядкоземните елементи с променлива валентност и може да бъде в положително двувалентно състояние в допълнение към това, че обикновено е тривалентен.

Поради тази характеристика на променлива валентност, получаването на метален итербий не трябва да се извършва чрез електролиза, а чрез метод на редукционна дестилация за получаване и пречистване.обикновено,метален лантансе използва като редуциращ агент за редукционна дестилация, като се използва разликата между високото налягане на парите на металния итербий и ниското налягане на парите на металния лантан.Алтернативно,тулий, итербий, илутецийконцентратите могат да се използват като суровини, а металният лантан може да се използва като редуциращ агент.При високотемпературни вакуумни условия от> 1100 ℃ и <0,133 Pa, металният итербий може да бъде директно извлечен чрез редукционна дестилация.катосамарийиевропий,итербият може също да бъде отделен и пречистен чрез мокра редукция.Обикновено като суровини се използват концентрати на 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 другите тривалентни редкоземни елементи.Производството на итербиев оксид с висока чистота обикновено се извършва чрез екстракционна хроматография или йонообменен метод

Приложение

Използва се за производство на специални сплави.Итербиеви сплависа използвани в денталната медицина за металургични и химични експерименти.

През последните години итербият се появи и бързо се разви в областта на оптичната комуникация и лазерната технология.

С изграждането и развитието на „информационната магистрала“ компютърните мрежи и системите за предаване на оптични влакна на дълги разстояния имат все по-високи изисквания към производителността на материалите от оптични влакна, използвани в оптичната комуникация.Итербиевите йони, поради техните отлични спектрални свойства, могат да се използват като материали за усилване на влакна за оптична комуникация, точно катоербийитулий.Въпреки че редкоземният елемент ербий все още е основният участник в подготовката на влакнести усилватели, традиционните легирани с ербий кварцови влакна имат малка честотна лента на усилване (30 nm), което затруднява изпълнението на изискванията за високоскоростно и висококапацитетно предаване на информация.Yb3+ йони имат много по-голямо напречно сечение на абсорбция от Er3+ йони около 980 nm.Чрез сенсибилизиращия ефект на Yb3+ и енергийния трансфер на ербий и итербий, светлината от 1530 nm може да бъде значително подобрена, като по този начин значително се подобрява ефективността на усилване на светлината.

През последните години фосфатното стъкло, легирано с ербий итербий, все повече се предпочита 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 широколентово и високоусилващо фибростъкло, легирано с ербий.Усилвателите с легирани влакна Yb3+ могат да постигнат усилване на мощността и малко усилване на сигнала, което ги прави подходящи за полета като оптични сензори, лазерна комуникация в свободно пространство и усилване на ултра къси импулси.Понастоящем Китай е изградил в света най-големия капацитет на един канал и най-бързата оптична преносна система и има най-широката информационна магистрала в света.Легираните с итербий и други редкоземни влакна 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 лазери с влакна.Като високомощен лазерен материал, легираните с итербий лазерни кристали са образували огромна серия, включително легирани с итербийитрий алуминийгранат (Yb: YAG), легиран с итербийгадолинийгалиев гранат (Yb: GGG), калциев флуорофосфат с итербий (Yb: FAP), стронциев флуорофосфат с итербий (Yb: S-FAP), итриев ванадат с итербий (Yb: YV04), борат с итербий и силикат.Полупроводниковият лазер (LD) е нов тип източник на помпа за твърдотелни лазери.Yb: YAG има много характеристики, подходящи за високомощно LD изпомпване и се превърна в лазерен материал за високомощно LD изпомпване.Yb: Кристалът S-FAP може да се използва като лазерен материал за лазерен ядрен синтез в бъдеще, което привлече вниманието на хората.В регулируемите лазерни кристали има хром, итербий, холмий, итрий, алуминий, галиев гранат (Cr, Yb, Ho: YAGG) с дължини на вълните, вариращи от 2,84 до 3,05 μ, непрекъснато регулируеми между m.Според статистиката повечето от инфрачервените бойни глави, използвани в ракети по света, използват 3-5 μ. Следователно, разработването на лазери Cr, Yb, Ho: YSGG може да осигури ефективна интерференция за противодействие на оръжие със средно инфрачервено насочване и има важно военно значение.Китай постигна серия от иновативни резултати с международно напреднало ниво в областта на легирани с итербий лазерни кристали (Yb: YAG, Yb: FAP, Yb: SFAP и т.н.), решавайки ключови технологии като растеж на кристали и лазерен бърз, импулсен, непрекъснат и регулируем изход.Резултатите от изследването са приложени в националната отбрана, промишлеността и научното инженерство, а кристалните продукти, легирани с итербий, са изнесени в множество страни и региони като Съединените щати и Япония.

Друга основна категория итербиеви лазерни материали е лазерното стъкло.Разработени са различни лазерни стъкла с високо емисионно напречно сечение, включително германиев телурит, силициев ниобат, борат и фосфат.Благодарение на лекотата на формоване на стъкло, то може да бъде направено в големи размери и има характеристики като висока пропускливост на светлина и висока еднородност, което прави възможно производството на високомощни лазери.Познатото редкоземно лазерно стъкло беше основнонеодимовистъкло, което има история на развитие от над 40 години и зряла технология за производство и приложение.Винаги е бил предпочитаният материал за високомощни лазерни устройства и е бил използван в експериментални устройства за ядрен синтез и лазерни оръжия.Високомощните лазерни устройства, построени в Китай, състоящи се от лазернеодимовистъкло като основна лазерна среда, са достигнали напреднало ниво в света.Но лазерното неодимово стъкло сега е изправено пред мощно предизвикателство от лазерното итербиево стъкло.

През последните години голям брой изследвания показват, че много свойства на лазерното итербиево стъкло надвишават тези нанеодимовистъклена чаша.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 живот на флуоресценция 3 пъти по-голям от този на неодимовото стъкло.Той също така има предимства като висока концентрация на допинг, честотна лента на поглъщане и може да се изпомпва директно от полупроводници, което го прави много подходящ за лазери с висока мощност.Практическото приложение на итербиевото лазерно стъкло обаче често разчита на помощта на неодим, като например използването на Nd3+ като сенсибилизатор, за да накара итербиевото лазерно стъкло да работи при стайна температура и μ лазерното излъчване се постига при m дължина на вълната.И така, итербий и неодим са едновременно конкуренти и партньори 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 основно направление, лазерите, изработени от итербиево лазерно стъкло, се използват все по-широко в съвременната индустрия, селското стопанство, медицината, научните изследвания и военните приложения.

Военна употреба: Използването на енергията, генерирана от ядрения синтез като енергия, винаги е била очаквана цел и постигането на контролиран ядрен синтез ще бъде важно средство за решаване на енергийните проблеми на човечеството.Лазерното стъкло, легирано с итербий, се превръща в предпочитан материал за постигане на подобрения на инерционния термоядрен синтез (ICF) през 21-ви век поради отличната си лазерна производителност.

Лазерните оръжия използват огромната енергия на лазерен лъч, за да поразяват и унищожават цели, генерирайки температури от милиарди градуси по Целзий и директно атакувайки със скоростта на светлината.Те могат да бъдат посочени като Nadana и имат голяма смъртоносност, особено подходящи за съвременни оръжейни системи за противовъздушна отбрана във война.Отличното представяне на легираното с итербий лазерно стъкло го превърна във важен основен материал за производство на високомощни и високопроизводителни лазерни оръжия.

Фибролазерът е бързо развиваща се нова технология и също принадлежи към областта на приложенията на лазерното стъкло.Фибърният лазер е лазер, който използва влакно като лазерна среда, което е продукт на комбинацията от влакнеста и лазерна технология.Това е нова лазерна технология, разработена на базата на технология за усилвател с влакна с добавка на ербий (EDFA).Влакнестият лазер се състои от полупроводников лазерен диод като източник на помпа, оптичен вълновод и усилваща среда и оптични компоненти като решетъчни влакна и съединители.Не изисква механична настройка на оптичния път, а механизмът е компактен и лесен за интегриране.В сравнение с традиционните твърдотелни лазери и полупроводникови лазери, той има технологични и работни предимства като високо качество на лъча, добра стабилност, силна устойчивост на смущения в околната среда, без настройка, без 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, разработеният от компанията фибролазер може също да се нарече лазер с редкоземни влакна.

Лазерно приложение: Лазерът с двойно облицовани влакна с висока мощност, легиран с итербий, се превърна в горещо поле в твърдотелната лазерна технология в международен план през последните години.Той има предимствата на добро качество на лъча, компактна структура и висока ефективност на преобразуване и има широки перспективи за приложение в промишлената обработка и други области.Влакната, легирани с итербий, са подходящи за полупроводниково лазерно изпомпване, с висока ефективност на свързване и висока изходна мощност на лазера и са основната посока на развитие на влакната, легирани с итербий.Китайската технология за двойно облечени влакна с итербий вече не е наравно с напредналото ниво на чужди страни.Разработените в Китай влакна с добавка на итербий, влакна с добавка на итербий с двойно покритие и влакна с добавка на ербий итербий, разработени в Китай, са достигнали напредналото ниво на подобни чуждестранни продукти по отношение на производителност и надеждност, имат предимства в разходите и имат основни патентовани технологии за множество продукти и методи .

Световноизвестната германска лазерна компания IPG наскоро обяви, че тяхната наскоро пусната влакнеста лазерна система с легиран итербий има отлични характеристики на лъча, живот на помпата от над 50 000 часа, централна дължина на вълната на излъчване от 1070nm-1080nm и изходна мощност до 20KW.Прилага се при фино заваряване, рязане и пробиване на скали.

Лазерните материали са ядрото и основата за развитието на лазерната технология.Винаги е имало поговорка в лазерната индустрия, че „едно поколение материали, едно поколение устройства“.За да се разработят модерни и практични лазерни устройства, е необходимо първо да се притежават високоефективни лазерни материали и да се интегрират други подходящи технологии.Лазерните кристали, легирани с итербий, и лазерното стъкло, като новата сила на твърдите лазерни материали, насърчават иновативното развитие на оптичните комуникационни и лазерни технологии, особено в авангардни лазерни технологии като високомощни лазери за ядрен синтез, високоенергийно биене лазери за плочки и високоенергийни оръжейни лазери.

Освен това итербият се използва и като активатор на флуоресцентен прах, радиокерамика, добавки за компоненти на паметта на електронни компютри (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 елементи, 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 символи на елементи, за да потвърдим.