Itterbio: numero atomico 70, peso atomico 173,04, nome dell'elemento derivato dal luogo di scoperta. Il contenuto diitterbionella crosta è dello 0,000266%, presente principalmente nei giacimenti di fosforite e oro nero raro, mentre il contenuto in monazite è dello 0,03%, con 7 isotopi naturali.
Alla scoperta della storia
Scoperto da: Marinak
Tempo: 1878
Luogo: Svizzera
Nel 1878, i chimici svizzeri Jean Charles e G. Marignac scoprirono un nuovo elemento delle terre rare nell’”erbio”. Nel 1907, Ulban e Weils sottolinearono che Marignac separava una miscela di ossido di lutezio e ossido di itterbio. In ricordo del piccolo villaggio chiamato Yteerby vicino a Stoccolma, dove fu scoperto il minerale di ittrio, questo nuovo elemento fu chiamato Itterbio con il simbolo Yb.
Configurazione elettronica
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14
Metallo
Itterbio metallicoè 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 cristallino cubico a facce centrate (temperatura ambiente -798 ℃); β- Il tipo è un reticolo cubico a corpo centrato (sopra 798 ℃). Punto di fusione 824 ℃, punto di ebollizione 1427 ℃, densità relativa 6,977 (tipo α), 6,54 (tipo β).
Insolubile in acqua fredda, solubile in acidi e ammoniaca liquida. È abbastanza stabile nell'aria. Simile al samario e all'europio, l'itterbio appartiene alla terra rara a valenza variabile e può anche trovarsi in uno stato bivalente positivo oltre ad essere solitamente trivalente.
A causa di questa caratteristica di valenza variabile, la preparazione dell'itterbio metallico non deve essere effettuata mediante elettrolisi, ma mediante metodo di distillazione riducente per la preparazione e la purificazione. Generalmente,lantanio metallicoè utilizzato come agente riducente per la distillazione riducente, sfruttando la differenza tra l'elevata pressione di vapore dell'itterbio metallico e la bassa pressione di vapore del lantanio metallico. In alternativa,tulio, itterbio, Elutezioi concentrati possono essere utilizzati come materie prime e il lantanio metallico può essere utilizzato come agente riducente. In condizioni di vuoto ad alta temperatura >1100 ℃ e <0,133Pa, l'itterbio metallico può essere estratto direttamente mediante distillazione di riduzione. ComesamarioEeuropio,l'itterbio può anche essere separato e purificato mediante riduzione ad umido. Di solito, come materie prime vengono utilizzati concentrati di tulio, itterbio e lutezio. Dopo la dissoluzione, l'itterbio viene ridotto allo stato bivalente, causando differenze significative nelle proprietà, e quindi separato dalle altre terre rare trivalenti. La produzione di ossido di itterbio ad elevata purezza viene solitamente effettuata mediante cromatografia di estrazione o metodo di scambio ionico
Applicazione
Utilizzato per la produzione di leghe speciali.Leghe di itterbiosono stati applicati in odontoiatria per esperimenti metallurgici e chimici.
Negli ultimi anni, l’itterbio è emerso e si è sviluppato rapidamente nei campi della comunicazione in fibra ottica e della tecnologia laser.
Con la costruzione e lo sviluppo dell'"autostrada dell'informazione", 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 itterbio, grazie alle loro eccellenti proprietà spettrali, possono essere utilizzati come materiali di amplificazione delle fibre per la comunicazione ottica, proprio comeerbioEtulio. Sebbene l'erbio, elemento delle terre rare, sia ancora il principale attore nella preparazione degli amplificatori in fibra, le tradizionali fibre di quarzo drogato con erbio hanno una larghezza di banda di guadagno ridotta (30 nm), rendendo difficile soddisfare i requisiti di trasmissione di informazioni ad alta velocità e ad alta capacità. Gli ioni Yb3+ hanno una sezione trasversale di assorbimento molto più grande degli ioni Er3+ intorno a 980 nm. Attraverso l'effetto di sensibilizzazione di Yb3+ e il trasferimento di energia di erbio e itterbio, la luce a 1530 nm può essere notevolmente migliorata, migliorando così notevolmente l'efficienza di amplificazione della luce.
Negli ultimi anni, il vetro fosfato co drogato con erbio-itterbio è stato sempre più preferito dai ricercatori. I vetri al fosfato e al fluorofosfato hanno una buona stabilità chimica e termica, nonché un'ampia trasmittanza infrarossa e grandi caratteristiche di allargamento non uniforme, che li rendono materiali ideali per la fibra di vetro per amplificazione a banda larga e ad alto guadagno drogata con erbio. Gli amplificatori in fibra drogata Yb3+ possono ottenere amplificazione di potenza e amplificazione di piccoli segnali, rendendoli adatti a campi come sensori in fibra ottica, comunicazione laser nello spazio libero e amplificazione di impulsi ultracorti. La Cina ha attualmente costruito il sistema di trasmissione ottica con la capacità di canale singolo più grande al mondo e la velocità più elevata, oltre a possedere l'autostrada informatica più ampia del mondo. Gli amplificatori in fibra drogata con itterbio e altre terre rare e i materiali laser svolgono un ruolo cruciale e significativo in essi.
Le caratteristiche spettrali dell'itterbio vengono utilizzate anche come materiali laser di alta qualità, sia come cristalli laser, vetri laser e laser a fibra. Essendo un materiale laser ad alta potenza, i cristalli laser drogati con itterbio hanno formato una serie enorme, inclusoalluminio ittriogranato (Yb: YAG), drogato con itterbiogadoliniogranato di gallio (Yb: GGG), fluorofosfato di calcio drogato con itterbio (Yb: FAP), fluorofosfato di stronzio drogato con itterbio (Yb: S-FAP), vanadato di ittrio drogato con itterbio (Yb: YV04), borato drogato con itterbio 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 potrebbe essere utilizzato in futuro come materiale laser per la fusione nucleare laser, cosa che ha attirato l'attenzione della gente. Nei cristalli laser accordabili è presente il cromo itterbio olmio ittrio alluminio gallio granato (Cr, Yb, Ho: YAGG) con lunghezze d'onda comprese tra 2,84 e 3,05 μ Regolazione continua tra m. Secondo le statistiche, la maggior parte delle testate a infrarossi utilizzate nei missili di tutto il mondo utilizzano 3-5 μ. Pertanto, lo sviluppo di laser Cr, Yb, Ho: YSGG può fornire un'interferenza efficace per le contromisure delle armi guidate nel medio infrarosso e ha un importante significato militare. La Cina ha raggiunto una serie di risultati innovativi di livello avanzato internazionale nel campo dei cristalli laser drogati con itterbio (Yb: YAG, Yb: FAP, Yb: SFAP, ecc.), risolvendo tecnologie chiave come la crescita dei cristalli e il laser veloce, a impulsi, uscita continua e regolabile. I risultati della ricerca sono stati applicati nella difesa nazionale, nell'industria e nell'ingegneria scientifica, e i prodotti a base di cristalli drogati con itterbio sono stati esportati in più paesi e regioni come gli Stati Uniti e il Giappone.
Un'altra categoria importante di materiali laser all'itterbio è il vetro laser. Sono stati sviluppati vari vetri laser a sezione trasversale ad alta emissione, tra cui tellurito di germanio, niobato di silicio, borato e fosfato. Grazie alla facilità di stampaggio del vetro, può essere realizzato in grandi dimensioni e presenta caratteristiche quali elevata trasmissione luminosa ed elevata uniformità, rendendo possibile la produzione di laser ad alta potenza. Il familiare vetro laser a terre rare era principalmenteneodimiovetro, 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 nei dispositivi sperimentali per la fusione nucleare e nelle armi laser. I dispositivi laser ad alta potenza costruiti in Cina, costituiti da laserneodimioil vetro come principale mezzo laser, ha raggiunto il livello avanzato a livello mondiale. Ma il vetro al neodimio laser deve ora affrontare una sfida potente rispetto al vetro itterbio laser.
Negli ultimi anni, un gran numero di studi hanno dimostrato che molte proprietà del vetro itterbio laser superano quelle del vetro itterbioneodimiobicchiere. Dato che la luminescenza drogata con itterbio ha solo due livelli energetici, l'efficienza di accumulo dell'energia è elevata. Allo stesso modo, il vetro all'itterbio ha un'efficienza di accumulo dell'energia 16 volte superiore rispetto al vetro al neodimio e una durata di fluorescenza 3 volte superiore a quella del vetro al neodimio. Presenta inoltre vantaggi quali elevata concentrazione di drogaggio, larghezza di banda di assorbimento e può essere pompato direttamente da semiconduttori, rendendolo molto adatto per laser ad alta potenza. Tuttavia, l'applicazione pratica del vetro laser all'itterbio si basa spesso sull'assistenza del neodimio, ad esempio utilizzando Nd3+ come sensibilizzatore per far funzionare il vetro laser all'itterbio a temperatura ambiente e l'emissione laser μ viene ottenuta alla lunghezza d'onda m. Pertanto, l'itterbio e il 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 all'itterbio. Con lo sviluppo di laser ad alta potenza come direzione principale, i laser realizzati con vetro laser all'itterbio sono sempre più ampiamente utilizzati nell'industria moderna, nell'agricoltura, nella medicina, nella ricerca scientifica e nelle applicazioni militari.
Uso militare: utilizzare l'energia generata dalla fusione nucleare come energia è sempre stato un obiettivo atteso e il raggiungimento della fusione nucleare controllata sarà un mezzo importante per l'umanità per risolvere i problemi energetici. Il vetro laser drogato con itterbio sta diventando il materiale preferito per ottenere miglioramenti nella fusione a confinamento inerziale (ICF) nel 21° secolo grazie alle sue eccellenti prestazioni laser.
Le armi laser utilizzano l'enorme energia di un raggio laser per colpire e distruggere bersagli, generando temperature di miliardi di gradi Celsius e attaccando direttamente alla velocità della luce. Possono essere indicati come Nadana e hanno una grande letalità, particolarmente adatti ai moderni sistemi d'arma di difesa aerea in guerra. Le eccellenti prestazioni del vetro laser drogato con itterbio lo hanno reso un importante materiale di base per la produzione di armi laser ad alta potenza e ad alte prestazioni.
Il laser a fibra è una nuova tecnologia in rapido sviluppo e appartiene anche al campo delle applicazioni laser su vetro. Il laser a fibra è un laser che utilizza la fibra come mezzo laser, che è un prodotto della combinazione di tecnologia a fibra e laser. Si tratta di una nuova tecnologia laser sviluppata sulla base della tecnologia EDFA (amplificatore in fibra drogata con erbio). Un laser a fibra è composto da un diodo laser a semiconduttore come sorgente di pompa, una guida d'onda in fibra ottica e un mezzo di guadagno e componenti ottici come fibre a reticolo e accoppiatori. Non richiede la regolazione meccanica del percorso ottico e il meccanismo è compatto e facile da integrare. Rispetto ai tradizionali laser a stato solido e ai laser a semiconduttore, presenta vantaggi tecnologici e prestazionali come qualità del fascio abbagliante, buona stabilità, forte resistenza alle interferenze ambientali, nessuna regolazione, nessuna manutenzione e struttura compatta. Poiché gli ioni drogati sono principalmente Nd+3, Yb+3, Er+3, Tm+3, Ho+3, che utilizzano tutti fibre di terre rare come mezzo di guadagno, il laser a fibra sviluppato dall'azienda può anche essere chiamato laser a fibra di terre rare.
Applicazione laser: negli ultimi anni il laser a fibra a doppio rivestimento drogato con itterbio ad alta potenza è diventato un campo caldo nella tecnologia laser a stato solido a livello internazionale. Presenta i vantaggi di una buona qualità del fascio, di una struttura compatta e di un'elevata efficienza di conversione e ha ampie prospettive di applicazione nella lavorazione industriale e in altri campi. Le fibre drogate con itterbio a doppio rivestimento sono adatte per il pompaggio laser a semiconduttore, con elevata efficienza di accoppiamento ed elevata potenza di uscita del laser, e sono la principale direzione di sviluppo delle fibre drogate con itterbio. La tecnologia cinese delle fibre drogate con itterbio a doppio rivestimento non è più alla pari con il livello avanzato dei paesi stranieri. La fibra drogata con itterbio, la fibra drogata con itterbio a doppio rivestimento e la fibra drogata con itterbio e erbio sviluppate in Cina hanno raggiunto il livello avanzato di prodotti stranieri simili in termini di prestazioni e affidabilità, presentano vantaggi in termini di costi e dispongono di tecnologie brevettate di base per molteplici prodotti e metodi .
La società tedesca di laser IPG di fama mondiale ha recentemente annunciato che il suo nuovo sistema laser a fibra drogata con itterbio ha eccellenti caratteristiche del raggio, una durata della pompa di oltre 50.000 ore, una lunghezza d'onda di emissione centrale di 1070 nm-1080 nm e una potenza di uscita fino a 20 kW. È stato applicato nella saldatura fine, nel taglio e nella perforazione della roccia.
I materiali laser sono il nucleo e il fondamento per lo sviluppo della tecnologia laser. Nell'industria del laser si è sempre affermato il detto "una generazione di materiali, una generazione di dispositivi". Per sviluppare dispositivi laser avanzati e pratici, è necessario innanzitutto possedere materiali laser ad alte prestazioni e integrare altre tecnologie pertinenti. I cristalli laser drogati con itterbio e il vetro laser, come 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 i laser a fusione nucleare ad alta potenza, il battito ad alta energia laser per piastrelle e laser per armi ad alta energia.
Inoltre, l'itterbio viene utilizzato anche come attivatore di polvere fluorescente, radioceramica, additivi per componenti di memoria elettronica dei computer (bolle magnetiche) e additivi per vetro ottico. Va sottolineato che l'ittrio e l'ittrio sono entrambi elementi delle terre rare. Sebbene vi siano differenze significative nei nomi inglesi e nei simboli degli elementi, l'alfabeto fonetico cinese ha le stesse sillabe. In alcune traduzioni cinesi, l'ittrio viene talvolta erroneamente chiamato ittrio. In questo caso dobbiamo ricalcare il testo originale e combinare i simboli degli elementi per confermarlo.
Orario di pubblicazione: 13 settembre 2023