Erbium, das 68. Element im Periodensystem.
Die Entdeckung vonErbiumist voller Wendungen. 1787 wurde in der kleinen Stadt Itby, 1,6 Kilometer von Stockholm entfernt, in einem schwarzen Stein eine neue Seltene Erde entdeckt, die nach dem Fundort Yttriumerde genannt wurde. Nach der Französischen Revolution nutzte der Chemiker Mossander neu entwickelte Technologien, um elementareYttriumaus Yttriumerde. Zu diesem Zeitpunkt erkannte man, dass Yttriumerde keine „Einzelkomponente“ ist und fand zwei weitere Oxide: das rosafarbene heißtErbiumoxid, und das hellviolette heißt Terbiumoxid. Im Jahr 1843 entdeckte Mossander Erbium undTerbium, aber er glaubte nicht, dass die beiden gefundenen Substanzen rein und möglicherweise mit anderen Substanzen vermischt waren. In den folgenden Jahrzehnten entdeckte man nach und nach, dass tatsächlich viele Elemente darin vermischt waren, und fand nach und nach neben Erbium und Terbium auch andere Lanthanoidmetallelemente.
Die Erforschung von Erbium verlief nicht so reibungslos wie seine Entdeckung. Obwohl Maussand 1843 rosa Erbiumoxid entdeckte, dauerte es bis 1934, bis reine Proben vonErbiummetallwurden durch kontinuierliche Verbesserung der Reinigungsmethoden extrahiert. Durch Erhitzen und ReinigenErbiumchloridund Kalium gelang es, Erbium durch metallisches Kalium zu reduzieren. Dennoch ähneln die Eigenschaften von Erbium denen anderer Lanthanoide zu sehr, was zu einer fast 50-jährigen Stagnation in verwandten Bereichen wie Magnetismus, Reibungsenergie und Funkenbildung führte. Erst 1959 erlangte Erbium mit der Anwendung der speziellen 4f-Schicht-Elektronenstruktur von Erbiumatomen in neuen optischen Bereichen Aufmerksamkeit und entwickelte vielfältige Anwendungsmöglichkeiten.
Erbium, silberweiß, hat eine weiche Textur und zeigt nur nahe dem absoluten Nullpunkt starken Ferromagnetismus. Es ist ein Supraleiter und wird bei Raumtemperatur langsam durch Luft und Wasser oxidiert.Erbiumoxidist ein rosaroter Farbton, der häufig in der Porzellanindustrie verwendet wird und sich gut als Glasur eignet. Erbium ist in Vulkangestein konzentriert und verfügt über große Mineralvorkommen in Südchina.
Erbium verfügt über hervorragende optische Eigenschaften und kann Infrarot in sichtbares Licht umwandeln. Damit ist es das ideale Material für die Herstellung von Infrarotdetektoren und Nachtsichtgeräten. Es eignet sich zudem hervorragend zur Photonendetektion. Es absorbiert kontinuierlich Photonen durch spezifische Ionenanregungsniveaus im Festkörper und erfasst und zählt diese anschließend, um einen Photonendetektor zu erzeugen. Die Effizienz der direkten Absorption von Photonen durch dreiwertige Erbiumionen war jedoch nicht hoch. Erst 1966 entwickelten Wissenschaftler Erbiumlaser, indem sie optische Signale indirekt über Hilfsionen einfingen und anschließend Energie auf Erbium übertrugen.
Das Prinzip des Erbiumlasers ähnelt dem des Holmiumlasers, seine Energie ist jedoch deutlich geringer. Ein Erbiumlaser mit einer Wellenlänge von 2940 Nanometern eignet sich zum Schneiden von Weichgewebe. Obwohl dieser Lasertyp im mittleren Infrarotbereich eine geringe Penetrationskraft aufweist, wird er schnell von der Feuchtigkeit im menschlichen Gewebe absorbiert und erzielt so mit geringerem Energieaufwand gute Ergebnisse. Er kann Weichgewebe fein schneiden, schleifen und entfernen und sorgt so für eine schnelle Wundheilung. Er wird häufig in der Laserchirurgie eingesetzt, beispielsweise in der Mundhöhle, bei Kataraktoperationen, in der Schönheitschirurgie, zur Narben- und Faltenentfernung.
1985 entwickelten die University of Southampton (Großbritannien) und die Northeastern University (Japan) erfolgreich einen Erbium-dotierten Faserverstärker. Heute kann Wuhan Optics Valley in Wuhan (Provinz Hubei, China) diesen Erbium-dotierten Faserverstärker unabhängig produzieren und nach Nordamerika, Europa und in andere Länder exportieren. Diese Anwendung ist eine der größten Erfindungen in der Glasfaserkommunikation. Durch die Dotierung mit einem bestimmten Erbiumanteil können optische Signalverluste in Kommunikationssystemen ausgeglichen werden. Dieser Verstärker ist derzeit das am weitesten verbreitete Gerät in der Glasfaserkommunikation und kann optische Signale ohne Abschwächung übertragen.
Veröffentlichungszeit: 16. August 2023