Itterbio: numero atomico 70, peso atomico 173,04, nome dell'elemento derivato dal luogo della sua scoperta. Il contenuto diitterbionella crosta è pari allo 0,000266%, presente principalmente nei depositi di fosforite e oro nero raro, mentre il contenuto nella 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 notarono che Marignac aveva separato una miscela di ossido di lutezio e ossido di itterbio. In memoria del piccolo villaggio di 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 °C); β - Il tipo è un reticolo cubico a corpo centrato (oltre 798 °C). Punto di fusione 824 °C, punto di ebollizione 1427 °C, densità relativa 6,977 (tipo α), 6,54 (tipo β).
Insolubile in acqua fredda, solubile in acidi e ammoniaca liquida. È piuttosto stabile in aria. Come il samario e l'europio, l'itterbio appartiene alle terre rare a valenza variabile e può anche trovarsi in uno stato bivalente positivo oltre a essere solitamente trivalente.
A causa di questa caratteristica di valenza variabile, la preparazione dell'itterbio metallico non dovrebbe essere effettuata per elettrolisi, ma con il metodo di distillazione per riduzione per la preparazione e la purificazione. Di solito,lantanio metallicoviene utilizzato come agente riducente per la distillazione di riduzione, 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 °C e <0,133 Pa, l'itterbio metallico può essere estratto direttamente per distillazione di riduzione. ComesamarioEeuropio,L'itterbio può anche essere separato e purificato mediante riduzione a umido. Solitamente, come materie prime vengono utilizzati concentrati di tulio, itterbio e lutezio. Dopo la dissoluzione, l'itterbio viene ridotto allo stato bivalente, causando significative differenze nelle proprietà, e quindi separato dalle altre terre rare trivalenti. La produzione di ossido di itterbio ad alta 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 delle comunicazioni in fibra ottica e della tecnologia laser.
Con la costruzione e lo sviluppo delle "autostrade dell'informazione", le reti informatiche e i sistemi di trasmissione in fibra ottica a lunga distanza impongono requisiti sempre più elevati per le prestazioni dei materiali in fibra ottica utilizzati nelle comunicazioni ottiche. Gli ioni di itterbio, grazie alle loro eccellenti proprietà spettrali, possono essere utilizzati come materiali di amplificazione in fibra per le comunicazioni ottiche, proprio comeerbioEtulioSebbene l'erbio, elemento delle terre rare, sia ancora il principale protagonista nella preparazione degli amplificatori in fibra, le tradizionali fibre di quarzo drogate con erbio presentano una ridotta larghezza di banda (30 nm), rendendo difficile soddisfare i requisiti di trasmissione di informazioni ad alta velocità e alta capacità. Gli ioni Yb3+ presentano una sezione d'urto di assorbimento molto maggiore rispetto agli ioni Er3+, attorno ai 980 nm. Grazie all'effetto di sensibilizzazione di Yb3+ e al trasferimento di energia di erbio e itterbio, la luce a 1530 nm può essere notevolmente potenziata, migliorando così significativamente l'efficienza di amplificazione della luce.
Negli ultimi anni, il vetro fosfato drogato con erbio e itterbio è stato sempre più apprezzato dai ricercatori. I vetri fosfato e fluorofosfato presentano una buona stabilità chimica e termica, nonché un'ampia trasmittanza infrarossa e un'elevata caratteristica di allargamento non uniforme, che li rende materiali ideali per la fibra di vetro per amplificazione drogata con erbio a banda larga e ad alto guadagno. Gli amplificatori in fibra drogati con Yb3+ possono raggiungere un'amplificazione di potenza e un'amplificazione di piccoli segnali, rendendoli adatti a campi come i sensori in fibra ottica, le comunicazioni laser nello spazio libero e l'amplificazione a impulsi ultrabrevi. La Cina ha attualmente costruito il sistema di trasmissione ottica a canale singolo più grande al mondo e la più rapida, e possiede la più ampia autostrada informatica al mondo. Gli amplificatori in fibra e i materiali laser drogati con itterbio e altre terre rare svolgono un ruolo cruciale e significativo in questi settori.
Le caratteristiche spettrali dell'itterbio sono utilizzate anche come materiali laser di alta qualità, sia come cristalli laser, vetri laser e laser a fibra. Come materiale laser ad alta potenza, i cristalli laser drogati con itterbio hanno formato un'ampia gamma di materiali, tra cui cristalli drogati con itterbio.ittrio alluminiogranato (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 pompaggio per laser a stato solido. Lo Yb:YAG presenta numerose caratteristiche adatte al pompaggio LD ad alta potenza ed è diventato un materiale laser per tale scopo. Il cristallo di Yb:S-FAP potrebbe essere utilizzato in futuro come materiale laser per la fusione nucleare laser, cosa che ha attirato l'attenzione del pubblico. Nei cristalli laser sintonizzabili, sono presenti granati di cromo, itterbio, olmio, ittrio, alluminio e gallio (Cr, Yb, Ho: YAGG) con lunghezze d'onda che vanno da 2,84 a 3,05 μ, regolabili in continuo tra μ. Secondo le statistiche, la maggior parte delle testate a infrarossi utilizzate nei missili in tutto il mondo utilizza 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 importanza militare. La Cina ha raggiunto una serie di risultati innovativi con un 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 l'uscita laser veloce, pulsata, continua e regolabile. I risultati della ricerca sono stati applicati nella difesa nazionale, nell'industria e nell'ingegneria scientifica, e i prodotti cristallini drogati con itterbio sono stati esportati in numerosi paesi e regioni, come gli Stati Uniti e il Giappone.
Un'altra importante categoria di materiali laser a itterbio è il vetro laser. Sono stati sviluppati vari vetri laser ad alta emissione con sezione trasversale, tra cui tellurito di germanio, niobato di silicio, borato e fosfato. Grazie alla facilità di stampaggio, il vetro può essere prodotto in grandi dimensioni e presenta caratteristiche come l'elevata trasmittanza luminosa e l'elevata uniformità, rendendo possibile la produzione di laser ad alta potenza. Il noto vetro laser a terre rare era in passato utilizzato principalmenteneodimioIl vetro, che vanta una storia di sviluppo di oltre 40 anni e una tecnologia di produzione e applicazione consolidata, è sempre stato il materiale preferito per i dispositivi laser ad alta potenza ed è stato utilizzato in dispositivi sperimentali per la fusione nucleare e in armi laser. I dispositivi laser ad alta potenza costruiti in Cina, costituiti da laserneodimioIl vetro, come principale mezzo laser, ha raggiunto un livello di eccellenza a livello mondiale. Tuttavia, il vetro al neodimio laser si trova ora ad affrontare una sfida importante: il vetro all'itterbio laser.
Negli ultimi anni, un gran numero di studi ha dimostrato che molte proprietà del vetro di itterbio laser superano quelle dineodimioVetro. Poiché la luminescenza drogata con itterbio presenta solo due livelli energetici, l'efficienza di accumulo di energia è elevata. A parità di guadagno, il vetro all'itterbio ha un'efficienza di accumulo di energia 16 volte superiore a quella del vetro al neodimio e una durata della fluorescenza 3 volte superiore a quella del vetro al neodimio. Presenta inoltre vantaggi quali un'elevata concentrazione di drogaggio, un'elevata larghezza di banda di assorbimento e la possibilità di essere pompato direttamente dai semiconduttori, il che lo rende particolarmente adatto per laser ad alta potenza. Tuttavia, l'applicazione pratica del vetro laser all'itterbio si basa spesso sull'ausilio del neodimio, ad esempio utilizzando Nd3+ come sensibilizzatore per far funzionare il vetro laser all'itterbio a temperatura ambiente e ottenere un'emissione laser μ a una lunghezza d'onda m. Pertanto, itterbio e neodimio sono sia concorrenti che partner collaborativi nel campo del vetro laser.
Modificando la composizione del vetro, è possibile migliorare molte delle proprietà luminescenti del vetro laser all'itterbio. Con lo sviluppo di laser ad alta potenza come principale direzione, i laser realizzati in vetro laser all'itterbio sono sempre più utilizzati nell'industria moderna, in agricoltura, medicina, ricerca scientifica e applicazioni militari.
Uso militare: utilizzare l'energia generata dalla fusione nucleare come fonte energetica è sempre stato un obiettivo atteso, e raggiungere la 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 il potenziamento della fusione a confinamento inerziale (ICF) nel XXI secolo, grazie alle sue eccellenti prestazioni laser.
Le armi laser sfruttano 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 chiamate Nadana e sono estremamente letali, particolarmente adatte ai moderni sistemi d'arma di difesa aerea in ambito bellico. 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 alte prestazioni.
Il laser a fibra è una nuova tecnologia in rapido sviluppo e appartiene anche al campo delle applicazioni del vetro laser. Il laser a fibra è un laser che utilizza la fibra come mezzo laser, frutto della combinazione di fibra e tecnologia laser. Si tratta di una nuova tecnologia laser sviluppata sulla base della tecnologia dell'amplificatore a fibra drogata con erbio (EDFA). Un laser a fibra è composto da un diodo laser a semiconduttore come sorgente di pompaggio, una guida d'onda in fibra ottica e un mezzo di guadagno, nonché componenti ottici come fibre a reticolo e accoppiatori. Non richiede alcuna 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 elevata qualità del fascio, buona stabilità, elevata 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, i quali utilizzano tutti fibre di terre rare come mezzo di guadagno, il laser a fibra sviluppato dall'azienda può anche essere definito 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 di ricerca di punta nella tecnologia laser a stato solido a livello internazionale. Presenta i vantaggi di una buona qualità del fascio, una struttura compatta e un'elevata efficienza di conversione, con ampie prospettive di applicazione nella lavorazione industriale e in altri settori. Le fibre drogate con itterbio a doppio rivestimento sono adatte al pompaggio laser a semiconduttore, con elevata efficienza di accoppiamento ed elevata potenza di uscita laser, e rappresentano la principale direzione di sviluppo delle fibre drogate con itterbio. La tecnologia cinese delle fibre drogate con itterbio a doppio rivestimento non è più al livello avanzato dei paesi stranieri. La fibra drogata con itterbio, la fibra a doppio rivestimento drogata con itterbio e la fibra drogata con erbio e itterbio-co sviluppata 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 fondamentali per molteplici prodotti e metodi.
L'azienda tedesca di fama mondiale IPG, produttrice di laser, ha recentemente annunciato il lancio del suo nuovo sistema laser a fibra drogata con itterbio, caratterizzato da eccellenti caratteristiche del fascio, una durata di oltre 50.000 ore, una lunghezza d'onda di emissione centrale di 1070-1080 nm e una potenza di uscita fino a 20 kW. È stato utilizzato per la saldatura di precisione, il taglio e la perforazione di rocce.
I materiali laser sono il nucleo e il fondamento per lo sviluppo della tecnologia laser. Nel settore laser si è sempre detto "una generazione di materiali, una generazione di dispositivi". Per sviluppare dispositivi laser avanzati e pratici, è necessario innanzitutto disporre di 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 in tecnologie laser all'avanguardia come i laser a fusione nucleare ad alta potenza, i laser a piastrelle ad alta energia e i laser ad alta energia per armi.
Inoltre, l'itterbio viene utilizzato anche come attivatore di polvere fluorescente, come radioceramica, come additivi per componenti di memoria per computer elettronici (bolle magnetiche) e come additivi per vetri ottici. È importante sottolineare 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 presenta le stesse sillabe. In alcune traduzioni cinesi, l'ittrio viene talvolta erroneamente chiamato ittrio. In questo caso, è necessario ricalcare il testo originale e combinare i simboli degli elementi per confermare la traduzione.
Data di pubblicazione: 13 settembre 2023