Elemento magico delle terre rare: itterbio

Itterbio: numero atomico 70, peso atomico 173,04, nome dell'elemento derivato dalla sua posizione di scoperta. Il contenuto di itterbio nella crosta è 0,000266%, principalmente presente nei depositi di fosforite e neri rari in oro. Il contenuto in monazite è dello 0,03%e ci sono 7 isotopi naturali

Scoperto

Di: Marinak

Tempo: 1878

Posizione: Svizzera

Nel 1878, i chimici svizzeri Jean Charles e G Marignac scoprirono un nuovo elemento di terre rare in "erbio". Nel 1907, Ulban e Weils sottolinearono che Marignac separava una miscela di ossido di lutetium e ossido di itterbio. In memoria del piccolo villaggio di nome Yteerby vicino a Stoccolma, dove è stato scoperto il minerale di yttio, questo nuovo elemento è stato chiamato ytterbium con il simbolo yb.

Configurazione elettronica

Configurazione elettronica
1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D10 4P6 5S2 4D10 5P6 6S2 4F14

Metallo

Il ytterbio metallico è grigio argento, duttile e ha una consistenza morbida. A temperatura ambiente, l'itterbio può essere lentamente ossidato dall'aria e dall'acqua.

Esistono due strutture cristalline: α- Il tipo è un sistema di cristallo cubico centrato sulla faccia (temperatura ambiente -798 ℃); β- Il tipo è un reticolo cubico (sopra 798 ℃) centrato sul corpo. Punto di fusione 824 ℃, punto di ebollizione 1427 ℃, densità relativa 6.977 （tipo α), 6,54 （β-tipo).

Insolubile in acqua fredda, solubile in acidi e ammoniaca liquida. È abbastanza stabile nell'aria. Simile al samarium ed Europium, l'itterbio appartiene alla Vernce Valence Rare Earth e può anche essere in uno stato divalente positivo oltre ad essere solivalente.

A causa di questa caratteristica di valenza variabile, la preparazione di itterbio metallico non deve essere effettuata mediante elettrolisi, ma mediante metodo di distillazione di riduzione per la preparazione e la purificazione. Di solito, il metallo di lantanio viene utilizzato come agente riducente per la distillazione di riduzione, utilizzando la differenza tra l'alta pressione di vapore del metallo di itterbium e la bassa pressione di vapore del metallo di lantanio. In alternativa,tulio, itterbio, ElutetiumI concentrati possono essere utilizzati come materie prime eLanthanum di metallopuò essere usato come agente riducente. In condizioni di vuoto ad alta temperatura di> 1100 ℃ e <0,133Pa, l'itterbio metallico può essere estratto direttamente mediante distillazione di riduzione. Come il samarium ed Europium, l'itterbio può anche essere separato e purificato attraverso la riduzione umida. Di solito, i concentrati di tulium, itterbio e lutetium sono usati come materie prime. Dopo lo scioglimento, l'itterbio viene ridotto a uno stato bivalente, causando differenze significative nelle proprietà e quindi separati da altre terre rare trivalenti. La produzione di alta purezzaossido di itterbioviene solitamente effettuato mediante cromatografia di estrazione o metodo di scambio ionico。

Applicazione

Utilizzato per la produzione di leghe speciali. Le leghe di itterbio sono state applicate in medicina dentale per esperimenti metallurgici e chimici.

Negli ultimi anni, Ytterbium è emerso e rapidamente sviluppato nei campi della comunicazione in fibra ottica e della tecnologia laser.

Con la costruzione e lo sviluppo di "Information Highway", le reti di computer e i sistemi di trasmissione in fibra ottica a lunga distanza hanno requisiti sempre più elevati per le prestazioni dei materiali in fibra ottica utilizzati nella comunicazione ottica. Gli ioni a itterbio, grazie alle loro eccellenti proprietà spettrali, possono essere utilizzati come materiali di amplificazione in fibra per la comunicazione ottica, proprio come l'erbio e il tulium. Sebbene l'elemento terrestre rare Erbium sia ancora il giocatore principale nella preparazione di amplificatori in fibra, le tradizionali fibre di quarzo drogate con erbio hanno una piccola larghezza di banda di guadagno (30nm), rendendo difficile soddisfare i requisiti di trasmissione di informazioni ad alta velocità e ad alta capacità. Gli ioni YB3+hanno una sezione di assorbimento molto più grande rispetto agli ioni ER3+intorno a 980 Nm. Attraverso l'effetto di sensibilizzazione di Yb3+e il trasferimento di energia di Erbio e Itterbium, la luce da 1530 nm può essere notevolmente migliorata, migliorando così notevolmente l'efficienza di amplificazione della luce.

Negli ultimi anni, il vetro fosfato drogato di Erbium Ytterbium CO è stato sempre più favorito dai ricercatori. I vetri di fosfato e fluorofosfato hanno una buona stabilità chimica e termica, nonché un'ampia trasmittanza a infrarossi e grandi caratteristiche di ampliamento non uniforme, rendendoli materiali ideali per la banda larga e il vetro in fibra di amplificazione drogata con erbio. Gli amplificatori in fibra drogati di YB3+possono ottenere l'amplificazione della potenza e l'amplificazione del segnale di piccole dimensioni, rendendoli adatti a campi come sensori in fibra ottica, comunicazione laser a spazio libero e amplificazione a impulsi ultra corti. La Cina ha attualmente costruito la più grande capacità del canale singolo del mondo e il sistema di trasmissione ottica a velocità più rapida e ha la più ampia autostrada informativa al mondo. Drogato di itterbio e altri amplificatori in fibra drogati di terre rare e materiali laser svolgono un ruolo cruciale e significativo in essi.

Le caratteristiche spettrali dell'itterbio sono anche utilizzate come materiali laser di alta qualità, sia come cristalli laser, occhiali laser e laser in fibra. As a high-power laser material, ytterbium doped laser crystals have formed a huge series, including ytterbium doped yttrium aluminum garnet (Yb: YAG), ytterbium doped gadolinium gallium garnet (Yb: GGG), ytterbium doped calcium fluorophosphate (Yb: FAP), ytterbium doped strontium Fluorofosfato (YB: S-Fap), vanadati yttio drogati in itterbio (YB: YV04), borato drogato con itterbium e silicato. Il laser a semiconduttore (LD) è un nuovo tipo di sorgente di pompa per laser a stato solido. YB: YAG ha molte caratteristiche adatte al pompaggio LD ad alta potenza ed è diventato un materiale laser per il pompaggio LD ad alta potenza. YB: il cristallo S-Fap può essere usato come materiale laser per la fusione nucleare laser in futuro, che ha attirato l'attenzione delle persone. Nei cristalli laser sintonizzabili, esiste un granato di gallio in alluminio di olmio a yttmium di cromo che va da 2,84 a 3,05 μ continuamente regolabile tra M. Secondo le statistiche, la maggior parte delle testate a infrarossi utilizzate nei missili di tutto il mondo utilizzano 3-5 μ, quindi lo sviluppo di CR, YB, HO: YSGG i laser possono fornire interferenze efficaci per le contromisure di armi guidate a infrarossi medi e ha un importante significato militare. La Cina ha raggiunto una serie di risultati innovativi con livello avanzato internazionale nel campo dei cristalli laser drogati di itterbium (YB: YAG, YB: FAP, YB: SFAP, ecc.), Risoluzione di tecnologie chiave come crescita del cristallo e rapida laser, polso, continuo e regolabile. I risultati della ricerca sono stati applicati nella difesa nazionale, nell'industria e nell'ingegneria scientifica e i prodotti cristallini drogati in itterbium sono stati esportati in più paesi e regioni come gli Stati Uniti e il Giappone.

Un'altra importante categoria di materiali laser a itterbium è il vetro laser. Sono stati sviluppati vari bicchieri laser a sezione ad alta emissione, tra cui tellurite di germanio, silicio niobate, borato e fosfato. A causa della facilità di modanatura del vetro, può essere trasformato in grandi dimensioni e ha caratteristiche come la trasmittanza della luce alta e l'alta uniformità, consentendo di produrre laser ad alta potenza. Il familiare vetro laser a terra rare era principalmente in vetro di neodimio, che ha una storia di sviluppo di oltre 40 anni e una tecnologia di produzione e applicazione matura. È sempre stato il materiale preferito per i dispositivi laser ad alta potenza ed è stato utilizzato in dispositivi sperimentali di fusione nucleare e armi laser. I dispositivi laser ad alta potenza costruiti in Cina, costituiti da vetro laser al neodimio come mezzo laser principale, hanno raggiunto il livello avanzato del mondo. Ma il vetro laser al neodimio ora affronta una potente sfida dal vetro laser a itterbium.

Negli ultimi anni, un gran numero di studi ha dimostrato che molte proprietà del vetro laser a itterbio superano quelle del vetro di neodimio. A causa del fatto che la luminescenza drogata con itterbio ha solo due livelli di energia, l'efficienza di accumulo di energia è elevata. Allo stesso guadagno, il vetro di itterbio ha un'efficienza di accumulo di energia 16 volte superiore al vetro di neodimio e una durata della fluorescenza 3 volte quella del vetro di neodimio. Ha anche vantaggi come l'elevata concentrazione di doping, la larghezza di banda di assorbimento e può essere pompato direttamente dai semiconduttori, rendendolo molto adatto per laser ad alta potenza. Tuttavia, l'applicazione pratica del vetro laser a itterbium si basa spesso sull'assistenza del neodimio, come l'utilizzo di ND3+come sensibilizzatore per far funzionare il vetro laser a itterbium a temperatura ambiente e l'emissione di laser μ è raggiunto a lunghezza d'onda M. Quindi, Ytterbium e Neodimio sono sia concorrenti che partner collaborativi nel campo del vetro laser.

Regolando la composizione del vetro, è possibile migliorare molte proprietà luminescenti del vetro laser a itterbium. Con lo sviluppo di laser ad alta potenza come direzione principale, i laser in vetro laser a itterbium sono sempre più ampiamente utilizzati nell'industria moderna, nell'agricoltura, nella medicina, nella ricerca scientifica e nelle applicazioni militari.

Uso militare: usare l'energia generata dalla fusione nucleare come energia è sempre stata un obiettivo atteso e raggiungere la fusione nucleare controllata sarà un mezzo importante per l'umanità per risolvere i problemi di energia. Il vetro laser drogato a itterbi sta diventando il materiale preferito per raggiungere gli aggiornamenti di fusione del confinamento inerziale (ICF) nel 21 ° secolo grazie alle sue eccellenti prestazioni laser.

Le armi laser usano l'enorme energia di un raggio laser per colpire e distruggere i bersagli, generando temperature di miliardi di gradi Celsius e attaccando direttamente alla velocità della luce. Possono essere definiti Nadana e avere una grande letalità, in particolare adatti ai moderni sistemi di armi di difesa aerea in guerra. L'eccellente prestazione del vetro laser drogato con itterbium lo ha reso un importante materiale di base per la produzione di armi laser ad alta potenza e ad alte prestazioni.

Fiber Laser è una nuova tecnologia in rapido sviluppo e appartiene anche al campo delle applicazioni di vetro laser. Il laser in fibra è un laser che utilizza fibra come mezzo laser, che è un prodotto della combinazione di tecnologia in fibra e laser. È una nuova tecnologia laser sviluppata sulla base della tecnologia EDFA (Erbium Doped Fibre Amplifier). Un laser in fibra è composto da un diodo laser a semiconduttore come sorgente della pompa, una guida d'onda in fibra ottica e un mezzo di guadagno e componenti ottici come fibre e accoppiatori. Non richiede una regolazione meccanica del percorso ottico e il meccanismo è compatto e facile da integrare. Rispetto ai tradizionali laser a stato solido e laser a semiconduttore, presenta vantaggi tecnologici e prestazionali come alta qualità del raggio, buona stabilità, forte resistenza alle interferenze ambientali, nessuna regolazione, nessuna manutenzione e struttura compatta. A causa del fatto che gli ioni drogati sono principalmente ND+3, YB+3, ER+3, TM+3, Ho+3, che usano tutte le fibre di terre rare come media di guadagno, il laser in fibra sviluppato dall'azienda può anche essere chiamato laser a fibra di terra rara.

Applicazione laser: il laser a doppia fibra a doppia fibra drogata in fibra a doppia potenza ad alta potenza è diventato un campo caldo nella tecnologia laser a stato solido a livello internazionale negli ultimi anni. Ha i vantaggi della buona qualità del raggio, della struttura compatta e dell'elevata efficienza di conversione e ha ampie prospettive di applicazione nella lavorazione industriale e in altri campi. Le fibre drogate a doppio rivestimento di yttebium sono adatte per il pompaggio laser a semiconduttore, con alta efficienza di accoppiamento e alta potenza di uscita laser e sono la principale direzione di sviluppo delle fibre drogate a itterbium. La tecnologia in fibra drogata a doppio rivestimento in Cina con fibra drogata non è più alla pari con il livello avanzato di paesi stranieri. La fibra drogata con itterbium, la fibra drogata a doppio rivestimento di yttebium e la fibra drogata di Erbium Ytterbium CO sviluppate in Cina hanno raggiunto il livello avanzato di prodotti stranieri simili in termini di prestazioni e affidabilità, hanno vantaggi in termini di costi e hanno tecnologie brevettate per più prodotti e metodi.

La famosa società di laser IPG tedesca di fama mondiale ha recentemente annunciato che il loro sistema laser a fibra drogata di yttebium appena lanciata ha eccellenti caratteristiche di raggio, una durata della pompa di oltre 50000 ore, una lunghezza d'onda di emissione centrale di 1070nm-1080nm e una potenza di uscita fino a 20kW. È stato applicato in raffinata saldatura, taglio e perforazione rocciosa.

I materiali laser sono il nucleo e le basi per lo sviluppo della tecnologia laser. C'è sempre stato un detto nel settore laser che "una generazione di materiali, una generazione di dispositivi". Per sviluppare dispositivi laser avanzati e pratici, è necessario possedere prima materiali laser ad alte prestazioni e integrare altre tecnologie pertinenti. I cristalli laser drogati in itterbium e il vetro laser, in quanto la nuova forza dei materiali laser solidi, stanno promuovendo lo sviluppo innovativo della comunicazione in fibra ottica e della tecnologia laser, in particolare nelle tecnologie laser all'avanguardia come laser a fusione nucleare ad alta potenza.

Inoltre, Ytterbium viene anche utilizzato come attivatore a polvere fluorescente, ceramica radio, additivi per i componenti della memoria elettronica del computer (bolle magnetiche) e additivi in ​​vetro ottico. Va sottolineato che ittrium e ittrio sono entrambi elementi della terra rara. Sebbene ci siano differenze significative nei nomi inglesi e nei simboli degli elementi, l'alfabeto fonetico cinese ha le stesse sillabe. In alcune traduzioni cinesi, l'YTRIUM viene talvolta erroneamente indicato come ittrio. In questo caso, dobbiamo rintracciare il testo originale e combinare i simboli degli elementi per confermare.