Магични елемент ретке земље: итербијум

Иттербиум: атомски број 70, атомска тежина 173,04, име елемента изведено из локације његовог открића. Садржај одитербијуму кори је 0,000266%, углавном присутно у налазиштима фосфорита и црног ретког злата, док је садржај у моназиту 0,03%, са 7 природних изотопа.

Откривање историје

Открио: Маринак

Време: 1878

Локација: Швајцарска 

1878. године, швајцарски хемичари Жан Шарл и Г. Марињак открили су нови елемент ретке земље у „ербијуму“. Улбан и Вајлс су 1907. године истакли да је Маригнац одвојио мешавину лутецијум оксида и итербијум оксида. У знак сећања на мало село Итеерби у близини Стокхолма, где је откривена руда итријума, овај нови елемент је назван Иттербиум са симболом Иб.

Електронска конфигурација

1с2 2с2 2п6 3с2 3п6 4с2 3д10 4п6 5с2 4д10 5п6 6с2 4ф14

Метал

Метални итербијумје сребрно сива, дуктилна и има меку текстуру. На собној температури, итербијум се може полако оксидовати ваздухом и водом.

Постоје две кристалне структуре: α- Тип је кубни кристални систем са лицем (собна температура -798 ℃); β- Тип је кубична (изнад 798 ℃) решетка са телом. Тачка топљења 824 ℃, тачка кључања 1427 ℃, релативна густина 6,977 (α- тип), 6,54 (β- тип).

Нерастворљив у хладној води, растворљив у киселинама и течном амонијаку. У ваздуху је прилично стабилан. Слично самаријуму и европијуму, итербијум спада у ретке земље променљиве валенције, а такође може бити у позитивном двовалентном стању поред тога што је обично тровалентан.

Због ове променљиве валентне карактеристике, припрема металног итербијума не треба да се врши електролизом, већ методом редукцијске дестилације за припрему и пречишћавање. обично,метал лантанкористи се као редукционо средство за редукциону дестилацију, користећи разлику између високог притиска паре метала итербијума и ниског притиска паре метала лантана. Алтернативно,тхулиум, итербијум, илутецијумконцентрати се могу користити као сировине, а метални лантан као редукционо средство. У условима високотемпературног вакуума од >1100 ℃ и <0,133 Па, метални итербијум се може директно екстраховати редукционом дестилацијом. Ликесамаријумиевропијум,итербијум се такође може одвојити и пречистити влажном редукцијом. Обично се као сировине користе концентрати тулијума, итербијума и лутецијума. Након растварања, итербијум се редукује у двовалентно стање, изазивајући значајне разлике у својствима, а затим се одваја од осталих тровалентних ретких земаља. Производња итербијум оксида високе чистоће се обично врши екстракцијском хроматографијом или методом јонске размене

Апликација

Користи се за производњу специјалних легура.Легуре итербијумасу примењене у стоматолошкој медицини за металуршке и хемијске експерименте.

Последњих година, итербијум се појавио и брзо се развијао у областима оптичких комуникација и ласерске технологије.

Са изградњом и развојем „информационог аутопута“, рачунарске мреже и системи за пренос оптичких влакана на велике удаљености имају све веће захтеве за перформансама материјала од оптичких влакана који се користе у оптичкој комуникацији. Јони итербијума, због својих одличних спектралних својстава, могу се користити као материјали за појачавање влакана за оптичку комуникацију, као штоербијумитхулиум. Иако је ербијум елемента ретких земаља и даље главни играч у припреми појачивача влакана, традиционална кварцна влакна допирана ербијумом имају мали опсег појачања (30 нм), што отежава испуњавање захтева за брзим и великим капацитетом преноса информација. Иб3+јони имају много већи попречни пресек апсорпције од Ер3+јона око 980нм. Кроз ефекат сензибилизације Иб3+ и пренос енергије ербијума и итербијума, светлост од 1530 нм може бити значајно побољшана, чиме се у великој мери побољшава ефикасност појачања светлости.

Последњих година, ербијум итербијум ко-допирано фосфатно стакло све више фаворизују истраживачи. Фосфатна и флуорофосфатна стакла имају добру хемијску и термичку стабилност, као и широку инфрацрвену пропусност и велике карактеристике неуједначеног ширења, што их чини идеалним материјалима за широкопојасно и високо појачање од стаклених влакана допираних ербијумом. Иб3+допирана влакнаста појачала могу постићи појачање снаге и мало појачање сигнала, што их чини погодним за поља као што су оптички сензори, ласерска комуникација у слободном простору и појачање ултра кратких импулса. Кина је тренутно изградила највећи светски капацитет једног канала и систем оптичког преноса најбрже брзине, и има најшири информациони аутопут на свету. У њима пресудну и значајну улогу имају појачивачи влакана допираних итербијумом и другим ретким земљаним влакнима и ласерски материјали.

Спектралне карактеристике итербијума се такође користе као висококвалитетни ласерски материјали, и као ласерски кристали, ласерске наочаре и ласери са влакнима. Као ласерски материјал велике снаге, ласерски кристали допирани итербијумом формирали су огромну серију, укључујући итербијум допиранитријум алуминијумгранат (Иб: ИАГ), допиран итербијумомгадолинијумагалијум гранат (Иб: ГГГ), итербијумом допиран калцијум флуорофосфат (Иб: ФАП), стронцијум флуорофосфат допиран итербијумом (Иб: С-ФАП), итрбијум допиран итријум ванадат (Иб: ИВ04), итербијум до силикатни борат. Полупроводнички ласер (ЛД) је нова врста извора пумпе за ласере у чврстом стању. Иб: ИАГ има многе карактеристике погодне за ЛД пумпање велике снаге и постао је ласерски материјал за ЛД пумпање велике снаге. Иб: С-ФАП кристал би се у будућности могао користити као ласерски материјал за ласерску нуклеарну фузију, што је привукло пажњу људи. У подесивим ласерским кристалима налази се хром итербијум холмијум итријум алуминијум галијум гранат (Цр, Иб, Хо: ИАГГ) са таласним дужинама у распону од 2,84 до 3,05 μ Континуирано подесиво између м. Према статистикама, већина инфрацрвених бојевих глава које се користе у пројектилима широм света користи 3-5 μ. Стога, развој Цр, Иб, Хо: ИСГГ ласера ​​може да обезбеди ефикасне сметње за средње инфрацрвене вођене противмере оружја и има важан војни значај. Кина је постигла низ иновативних резултата са међународним напредним нивоом у области ласерских кристала допираних итербијумом (Иб: ИАГ, Иб: ФАП, Иб: СФАП, итд.), решавајући кључне технологије као што су раст кристала и ласерски брзи, пулсни, континуирани и подесиви излаз. Резултати истраживања су примењени у националној одбрани, индустрији и научном инжењерингу, а кристални производи допирани итербијумом су извезени у више земаља и региона као што су Сједињене Државе и Јапан.

Друга главна категорија итербијум ласерских материјала је ласерско стакло. Развијена су разна ласерска стакла са попречним пресеком високе емисије, укључујући германијум телурит, силицијум ниобат, борат и фосфат. Због лакоће обликовања стакла, може се направити у великим величинама и има карактеристике као што су висока пропусност светлости и висока униформност, што омогућава производњу ласера ​​велике снаге. Познато ласерско стакло ретких земаља некада је било углавномнеодимијумстакло, које има историју развоја од преко 40 година и зрелу технологију производње и примене. Одувек је био пожељан материјал за ласерске уређаје велике снаге и коришћен је у експерименталним уређајима за нуклеарну фузију и ласерском оружју. Ласерски уређаји велике снаге произведени у Кини, који се састоје од ласеранеодимијумстакло као главни ласерски медијум, достигли су светски напредни ниво. Али ласерско неодимијумско стакло сада се суочава са снажним изазовом ласерског итербијум стакла.

Последњих година велики број студија је показао да многа својства ласерског итербијумског стакла превазилазе својстванеодимијумстакло. Због чињенице да луминисценција допирана итербијумом има само два енергетска нивоа, ефикасност складиштења енергије је висока. Уз исто појачање, итербијумско стакло има ефикасност складиштења енергије 16 пута већу од неодимијум стакла, а животни век флуоресценције је 3 пута већи од неодимијум стакла. Такође има предности као што су висока концентрација допинга, пропусни опсег апсорпције и може се директно пумпати од стране полупроводника, што га чини веома погодним за ласере велике снаге. Међутим, практична примена итербијум ласерског стакла често се ослања на помоћ неодимијума, као што је коришћење Нд3+ као сензибилизатора да би итербијум ласерско стакло радило на собној температури и μ Ласерска емисија се постиже на м таласној дужини. Дакле, итербијум и неодимијум су и конкуренти и сараднички партнери у области ласерског стакла.

Подешавањем састава стакла, многа луминисцентна својства итербијум ласерског стакла могу се побољшати. Са развојем ласера ​​велике снаге као главног правца, ласери од итербијум ласерског стакла се све више користе у савременој индустрији, пољопривреди, медицини, научним истраживањима и војним апликацијама.

Војна употреба: Коришћење енергије произведене нуклеарном фузијом као енергије је одувек био очекивани циљ, а постизање контролисане нуклеарне фузије биће важно средство за човечанство за решавање енергетских проблема. Ласерско стакло допирано итербијумом постаје пожељан материјал за постизање инерцијалног затварања фузије (ИЦФ) надоградње у 21. веку због својих одличних ласерских перформанси.

Ласерско оружје користи огромну енергију ласерског зрака да погоди и уништи мете, генеришући температуре од милијарди степени Целзијуса и директно нападају брзином светлости. Могу се назвати Надана и имају велику смртоносност, посебно погодне за модерне системе противваздушног наоружања у рату. Одличне перформансе ласерског стакла допираног итербијумом учиниле су га важним основним материјалом за производњу ласерског оружја велике снаге и високих перформанси.

Фибер ласер је нова технологија која се брзо развија и такође припада области примене ласерског стакла. Фибер ласер је ласер који користи влакна као ласерски медијум, који је производ комбинације влакана и ласерске технологије. Реч је о новој ласерској технологији развијеној на бази ербијум допиране фибер амплифиер (ЕДФА) технологије. Ласер са влакнима се састоји од полупроводничке ласерске диоде као извора пумпе, оптичког таласовода и медијума за појачавање, и оптичких компоненти као што су решеткаста влакна и спојници. Не захтева механичко подешавање оптичке путање, а механизам је компактан и лако се интегрише. У поређењу са традиционалним ласерима у чврстом стању и полупроводничким ласерима, има технолошке и перформансе као што су висок квалитет зрака, добра стабилност, јака отпорност на утицај околине, без подешавања, без одржавања и компактне структуре. Због чињенице да су допирани јони углавном Нд+3, Иб+3, Ер+3, Тм+3, Хо+3, од којих сви користе влакна ретких земаља као медиј за појачавање, ласер са влакнима који је развила компанија такође може назвати ласером са ретким земљаним влакнима.

Примена ласера: Ласер са двоструким влакнима допираним итербијумом велике снаге је последњих година постао вруће поље у технологији чврстог ласера ​​​​на међународном нивоу. Има предности доброг квалитета снопа, компактне структуре и високе ефикасности конверзије, и има широку примену у индустријској преради и другим областима. Двоструко обложена влакна допирана итербијумом су погодна за полупроводничко ласерско пумпање, са високом ефикасношћу спајања и великом излазном снагом ласера, и главни су правац развоја влакана допираних итербијумом. Кинеска технологија двоструко обложених итербијумом допираних влакана више није у рангу са напредним нивоом страних земаља. Влакна допирана итербијумом, влакна допирана са итербијумом, и влакна допирана са итербијумом, развијена у Кини, достигла су напредни ниво сличних страних производа у погледу перформанси и поузданости, имају предности у погледу трошкова и имају основне патентиране технологије за више производа и метода .

Светски позната немачка ласерска компанија ИПГ недавно је објавила да њихов новоизведени ласерски систем допиран итербијумом има одличне карактеристике снопа, радни век пумпе од преко 50000 сати, централну таласну дужину емисије од 1070нм-1080нм и излазну снагу до 20КВ. Примењује се у фином заваривању, резању и бушењу камена.

Ласерски материјали су језгро и основа за развој ласерске технологије. У ласерској индустрији одувек је постојала изрека „једна генерација материјала, једна генерација уређаја“. Да би се развили напредни и практични ласерски уређаји, неопходно је прво поседовати ласерске материјале високих перформанси и интегрисати друге релевантне технологије. Ласерски кристали допирани итербијумом и ласерско стакло, као нова сила чврстих ласерских материјала, промовишу иновативни развој оптичких комуникација и ласерске технологије, посебно у најсавременијим ласерским технологијама као што су ласери нуклеарне фузије велике снаге, високоенергетски ритам ласери за плочице и ласери за оружје високе енергије.

Поред тога, итербијум се такође користи као флуоресцентни прашкасти активатор, радио керамика, адитиви за компоненте меморије електронских рачунара (магнетни мехурићи) и адитиви за оптичко стакло. Треба истаћи да су итријум и итријум ретки земни елементи. Иако постоје значајне разлике у енглеским називима и симболима елемената, кинеско фонетско писмо има исте слогове. У неким кинеским преводима, итријум се понекад погрешно назива итријумом. У овом случају, морамо да пратимо оригинални текст и комбинујемо симболе елемената да бисмо потврдили.